Composição isotópica do zinco em materiais naturais de compartimentos geoquímicos impactados por indústria galvânica : potencial (do zinco) como traçador de contaminação ambiental

Abstract

O desenvolvimento dos métodos e equipamentos relacionados à determinação de frações isotópicas de metais de transição vem propiciando reconhecer o comportamento isotópico desses elementos. São ainda escassas e relativamente recentes as informações existentes sobre os isótopos de zinco, em especial, sua aplicação nos estudos ambientais. O presente trabalho visa contribuir para o conhecimento sobre os isótopos estáveis de zinco e testar seu potencial como traçador ambiental. O estudo foi realizado no Município de Nova Santa Rita, RS, onde opera indústria galvânica de zinco de médio porte. As principais fontes de contaminação são emissões atmosféricas a partir da chaminé industrial e efluentes líquidos. Conteúdos totais de zinco, chumbo, cobre e cádmio foram determinados em amostras de solo, material particulado atmosférico, sedimentos de fundo e material em suspensão de águas superficiais com uso de equipamento ICP-MS (induced coupled plasma mass spectrometer). As frações isotópicas de zinco e chumbo foram determinadas com espectrômetro MC-ICPMS (multiple collector inductively-coupled plasma mass spectrometer) Neptune (Termofinnigan) nos laboratórios da Universidade Paul Sabatier em Toulouse (França) e da Universidade Federal do Rio Grande do Sul em Porto Alegre (Brasil). Os resultados referentes às concentrações totais apontam o zinco como sendo o único metal em teores anômalos em todos os compartimentos naturais. Os teores de cobre e chumbo apresentam pouca variação entre as amostras dos mesmos compartimentos geoquímicos. Os teores de cádmio são inferiores à precisão do método analítico em todas as amostras. Os dados obtidos em amostras de solos e sedimentos de fundo apontam origem predominantemente geogênica para os isótopos de chumbo indicando a minimização dos efeitos de contaminação por este metal. O cruzamento dos resultados isotópicos de zinco e chumbo mostra que o comportamento dos dois metais segue padrões semelhantes nos solos. Neste compartimento geoquímico os isótopos de zinco constituem uma promissora ferramenta como traçador ambiental. Nos sedimentos de fundo, os resultados isotópicos de chumbo e zinco são distintos e inconclusivos, apontando para depleção em isótopos pesados de zinco e eventual envolvimento de processos de fracionamento biogeoquímico. Verificou-se um sutil incremento nas frações isotópicas mais pesadas de zinco a partir da emanação atmosférica industrial. Considerando a precisão analítica de 0,1‰ para os isótopos de zinco, os fracionamentos isotópicos por processos naturais podem limitar, em alguns casos, a utilização do método como traçador ambiental.

Since the advent of multiple collector inductively-coupled plasma mass spectrometry (MCICP- MS), it becomes possible to learn about the isotope geochemistry of transition metals in natural systems. Modern scientific literature provides information about zinc stable isotope fractionation while the knowledge related to this element in environmental studies remains very poor. The study objects to improve the knowledge about zinc stable isotopes and additionally to test its potential as a tool tracer. The research was conducted in Nova Santa Rita municipality, RS, in galvanic industry area. Atmospheric vapors from industrial chimney and liquid effluents were identified as main sources of contamination. Total zinc, lead, cupper and cadmium contents were determined in soils, atmospheric particulate material, bottom sediments and stream water suspended material samples using ICP-MS (induced coupled plasma mass spectrometer) equipment. Zinc and lead isotopic fractions were measured in MC-ICP-MS spectrometer (multiple collector inductively-coupled plasma mass spectrometer) Neptune (Termofinnigan) in Paul Sabatier University (Toulouse, France) and in Federal University of Rio Grande do Sul (Porto Alegre, Brazil). Zinc, lead, cupper and cadmium contents indicate that zinc is the only element representatively found in anomalous concentrations. Comparing samples from each natural compartment, cupper and lead contents present low range of variation. Cadmium contents were lower than the accuracy of the analytical method for all samples. Lead isotopic results obtained in soils and bottom sediments samples indicate mainly geogenic origin for lead content. Comparing lead isotopic data with zinc isotopic data, a similar trend was observed for soil samples. The results reinforce that the zinc isotopic method is a potential tool to monitoring soils impacted by industrial activity. Zinc and lead isotopic data in bottom sediments indicate different isotopic behavior and pointed to depletion of heavier zinc fractions at this compartment, probably related to biochemical processes. The industrial vapors isotopic signatures are slightly different than the natural signature observed in non-contaminated soil. Considering the analytical precision of 0,1‰ for zinc isotopic analyses, natural processes may restrict the potential of zinc stable isotopes as a tool tracer.