Chemical characteristics of size-segregated particles from a brazilian coastal megacity

Abstract

Particulate matter (PM) size distribution samples were collected using a Micro-Orifice Uniform Deposit Impactor (MOUDI) in Rio de Janeiro between July and September 2016 during the Olympic and Paralympic periods, when there was an increase in tourist flow, changes in the local economy, modifications in traffic and pollution emission patterns. The samples were analyzed for elemental composition using inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS), for organic and inorganic ions using ion chromatography, and for polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) using gas chromatography-mass spectrometry (GC/MS). The data were processed, interpreted, and discussed through statistical analyses performed in R Language, including boxplots and Pearson correlation methodology. Results were categorized according to particle size: coarse, fine, ultrafine, and nano. Chloride dominated the coarse particulate matter (PMC; 18–3.2 μm), NO₂⁻ the fine fraction (PMF; 1.8–0.56 μm), and HCOO⁻ the ultrafine fraction (PMN; 320–56 nm). Ni, Pb, Sb, and V were enriched in PMN. Four- and five-ring PAHs were predominant across all particle size groups. The species present in the coarse fraction come from natural sources, while those in the fine fraction are of anthropogenic origin, mainly from the combustion of diesel and gasoline by vehicle engines.Amostras de distribuição de tamanho de material particulado (MP) foram coletadas usando um Impactor de Depósito Uniforme de Micro-Orifício (MOUDI) no Rio de Janeiro, entre julho e setembro de 2016, durante os períodos olímpico e paralímpico, quando houve aumento no fluxo turístico, mudanças na economia local, modificações no tráfego e nos padrões de emissão de poluição. As amostras foram analisadas quanto à composição elementar usando espectrometria de massas com plasma indutivamente acoplado (ICP-MS), para íons orgânicos e inorgânicos usando cromatografia iônica e para hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (HPA) usando cromatografia gasosa acoplada à espectrometria de massas (GC/MS). Os dados foram processados, interpretados e discutidos por meio de análises estatísticas realizadas em linguagem R, incluindo boxplots e metodologia de correlação de Pearson. Os resultados foram categorizados de acordo com o tamanho de partícula: grosso, fino, ultrafino e nano. O cloreto dominou o material particulado grosso (PMC; 18–3,2 μm), o NO₂⁻ a fração fina (PMF; 1,8–0,56 μm) e o HCOO⁻ a fração ultrafina (PMN; 320–56 nm). Ni, Pb, Sb e V foram enriquecidos no PMN. HPA de quatro e cinco anéis foram predominantes em todos os grupos de tamanho de partícula. As espécies presentes na fração grossa são provenientes de fontes naturais, enquanto as da fração fina são de origem antropogênica, principalmente da combustão de diesel e gasolina por motores de veículos