Detecção da origem de nutrientes – Nitratos em água

O nitrato é uma molécula que ocorre naturalmente e que contém 3 átomos de oxigênio em volta de um átomo central de nitrogênio. O nitrato é formado naturalmente por fixação bacteriana de nitrogênio e, portanto, é encontrado em solos, efluentes e águas de superfície. O nitrato é também produzido artificialmente em escala comercial, empregado como conservante para carnes curadas e, devido a sua alta solubilidade e biodegradabilidade, também como veículo para outros nutrientes em fertilizantes.

Por que o excesso de nitrato é um problema?

Neste último século, o uso excessivo de fertilizantes à base de nitratos resultou em uma quantia abundante de nitratos em solos superiores, que é então transportada para o lençol freático via infiltração. Altas concentrações de nitratos em água potável pode torná-la tóxica (10mg/L ou mais, EPA, 2018), o que priva o sangue de oxigênio por metahemoglobinemia.

Além disso, altos níveis de nitratos em águas de superfície causam um superestímulo de crescimento algal. Essas eflorescências algais bloqueiam a luz do sol e criam zonas anóxicas (concentrações muito baixas de oxigênio dissolvido), que criam um ambiente inabitável para a vida marinha. A eutrofização pode ter grandes impactos negativos nas indústrias marinha e de pesca.

Sources of Nitrates

Os serviços de análise de nitratos do Beta Analytic

O laboratório Beta Analytic é acreditado pelo ISO 17025 e oferece medições isotópicas e de concentrações de nitratos, que podem ser utilizadas para decifrar a(s) fonte(s), alterações ambientais e destino de nitratos no meio-ambiente.

Fonte

Uma molécula de nitrato naturalmente contém diferentes isótopos de oxigênio e nitrogênio, sendo os mais comuns o oxigênio-16 e nitrogênio-14, e os mais raros o oxigênio-18 e nitrogênio-15. Como o nitrato é formado e utilizado natural ou artificialmente, a massa da molécula de nitrato varia.

Essas diferenças são expressas em valores delta, e são comparadas a padrões aceitos internacionalmente.
Por exemplo:

Alterações

Uma molécula de nitrato na natureza é passível de alterações, por exemplo, por desnitrificação, um processo em que bactérias utilizam NO3 . Durante a desnitrificação, os micróbios dão preferência às moléculas com nitrogênio-14 e oxigênio-16, deixando o nitrato residual enriquecido de isótopos de oxigênio-18 e nitrogênio-15. A nitrificação tem o efeito oposto.

Impacto

Tanto a origem, a disponibilidade de oxigênio, o pH, quanto o uso da terra têm papel nos valores isotópicos do nitrato, e deverão ser considerados na análise de dados isotópicos. Os isótopos de nitrato são uma ferramenta útil para se entender de onde o nitrato provém, e por quais processos a molécula passou antes de chegar ao frasco de amostragem.

O Beta Analytic realiza medições dos isótopos de oxigênio e nitrogênio rápidas e acreditadas pelo ISO 17025 com espectrometria de massa (IRMS). Resultados das análises em 14 dias úteis.


Referências:

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Hosono, T., Tokunaga, T., Kagabu, M., Nakata, H., Orishikida, T., Lin, I. T., & Shimada, J. (2013). The use of δ15N and δ18O tracers with an understanding of groundwater flow dynamics for evaluating the origins and attenuation mechanisms of nitrate pollution. Water research, 47(8), 2661-2675.

Isotope Tracers in Catchment Hydrology (1998), C. Kendall and J. J. McDonnell (Eds.). Elsevier Science B.V., Amsterdam. pp. 519-576.

Li, S. L., Liu, C. Q., Li, J., Xue, Z., Guan, J., Lang, Y., … & Li, L. (2013). Evaluation of nitrate source in surface water of southwestern China based on stable isotopes. Environmental earth sciences, 68(1), 219-228.

US EPA Fact Sheet – Preventing Eutrophication: Scientific Support for Dual Nutrient Criteria

US EPA National Primary Drinking Water Regulations