Criado por Monica Z. Bruckner, Montana State University, Bozeman
What Are DOC and POC?
Carbono orgânico dissolvido (DOC) é definido como a matéria orgânica capaz de passar através de um filtro (os filtros geralmente variam em tamanho entre 0,7 e 0,22 um). Inversamente, o carbono orgânico particulado (POC) é aquele carbono que é demasiado grande e que é filtrado de uma amostra. Se alguma vez se viu um corpo de água que parece palha, chá, ou de cor acastanhada, é provável que tenha uma elevada carga de carbono orgânico. Esta cor provém da lixiviação de substâncias húmicas de matéria orgânica vegetal e do solo. Esta matéria orgânica contribui com ácidos para o fluxo, resultando na coloração amarelo-acastanhada, bem como na intempérie dos solos. O carbono orgânico pode ser alóctone, ou proveniente do exterior do sistema (por exemplo, por deposição atmosférica ou transportado a longas distâncias através do fluxo do riacho) ou pode ser autóctone, ou proveniente das imediações do sistema (por exemplo, matéria vegetal e microbiana e sedimentos/solos dentro da bacia hidrográfica). Altas quantidades de matéria orgânica são comuns em áreas com baixo teor de oxigénio, tais como pântanos e zonas húmidas.
Por que nos preocupamos com DOC e POC?
Carbono orgânico dissolvido e particulado são componentes importantes no ciclo do carbono e servem como fontes alimentares primárias para as teias alimentares aquáticas. Além disso, DOC altera a química dos ecossistemas aquáticos, contribuindo para a acidificação em sistemas de baixa alcalinidade, fracamente tamponados, de água doce. Além disso, o DOC forma complexos com metais vestigiais, criando complexos solúveis em água que podem ser transportados e absorvidos por organismos. Finalmente, o carbono orgânico, bem como outras matérias dissolvidas e partículas, podem afectar a penetração da luz nos ecossistemas aquáticos, o que é importante para os fototróficos do ecossistema que necessitam de luz para subsistir.
Como é medido o DOC?
Carbono orgânico dissolvido pode ser medido através de várias técnicas diferentes. A combustão a alta temperatura e os métodos de oxidação UV/persulfato são discutidos em detalhe abaixo, mas ambos os métodos partilham o mesmo protocolo de preparação de amostras:
- A amostra é recolhida num recipiente de vidro que foi cozido no laboratório a 550° C durante 2-4 horas (o processo de cozedura remove qualquer carbono residual no recipiente de recolha que possa causar contaminação).
- A amostra é então filtrada com um dispositivo de filtração de vidro. Os filtros normalmente utilizados incluem filtros de fibra de vidro (GF/F), filtros de membrana de prata, ou um filtro de nitrocelulose/polipro e variam entre 0,7-0,25 um em tamanho de poro. Os filtros de nitrocelulose/polipropileno são os mais baratos destes filtros, mas podem lixiviar DOC, pelo que devem ser limpos passando água desionizada através deles antes de serem recolhidos.
li>Onicialmente recolhidos, as amostras devem ser armazenadas a frio (por exemplo, no frigorífico ou em gelo) até que possam ser processadas. Devem ser processadas o mais cedo possível para evitar a alteração das amostras pós-filtragem.
Medição de DOC por combustão a alta temperatura:
O método de combustão a alta temperatura para medir DOC envolve a conversão de carbono inorgânico em CO2 dissolvido, e a sua purga a partir da amostra. O restante carbono (orgânico) é então oxidado a alta temperatura para CO2, que pode ser detectado pelo sensor infravermelho não dispersivo (NDIR) do instrumento e directamente correlacionado com o conteúdo total de carbono orgânico (TOC).
Medição de DOC por Oxidação UV/Persulfato:
Este método combina a amostra com um ácido, baixando o pH da amostra para 2,0. Este processo converte o carbono inorgânico em CO2 dissolvido, que é depois purgado da amostra. Um reagente de persulfato é então adicionado à amostra e o carbono restante é oxidado pela radiação UV para formar CO2, que pode ser detectado pelo sensor NDIR e directamente correlacionado com o conteúdo total de carbono orgânico (COT).
Como é medido o COT?
Carbono orgânico particulado é medido através da determinação da massa perdida na combustão de uma amostra. Em amostras aquosas, isto pode ser feito medindo a massa seca de um filtro que teve uma quantidade conhecida de água passada através dele antes e depois de ser sujeito a combustão através do aquecimento do filtro a 550° C. Este método requer que o filtro seja purgado de POC estranho antes da filtração (por combustão a 550° C durante 2 horas), e que o filtro e a amostra estejam secos (isto pode ser feito colocando-os numa estufa quente) na sua medição de peso de pré-combustão. O método também requer que a amostra tenha uma quantidade mensurável de carbono orgânico presente. O POC nas amostras de solo também pode ser medido por perda de massa através da medição do peso seco de um dado volume de amostra antes e depois da combustão. Estes métodos assumem que a perda de massa é atribuível unicamente ao carbono, em vez de qualquer outro componente da amostra.
Outras análises de DOC – (Caracterização)
Além de medir as concentrações de DOC numa amostra, DOC pode ser caracterizado para determinar a sua reactividade (incluindo qualidade e composição), fonte, e importância potencial no seu ecossistema. A caracterização por absorção e fluorescência é discutida abaixo.
Absorbância:
As substâncias húmicas derivadas terrestres e microbianas diferem na sua relação carbono/nitrogénio (relação C:N).
- Ácidos húmicos derivados de terrícolas têm relações C:N elevadas porque são derivados da lignina, e a lignina não contém nitrogénio. Estes húmicos contêm grandes quantidades de carbono sob a forma de carbonos aromáticos e fenóis.
- As substâncias húmicas derivadas de micróbios têm altos teores de N, relativamente a fontes terrestres, juntamente com um baixo teor de carbono aromático e fenólico.
Utilizando estas diferenças, a absorção UV pode fornecer uma estimativa da aromaticidade do DOC numa amostra e assim determinar a sua fonte.
Fluorescência:
DOC também pode ser caracterizado por diferenças nos espectros de fluorescência, o que está associado a diferentes fontes de carbono orgânico em sistemas aquáticos. Este método envolve a excitação de uma amostra e a observação da sua matriz 3-d de excitação-emissão de ácidos fúlvicos. Basicamente, uma amostra é excitada e a sua correspondente intensidade de emissão é utilizada para determinar a sua fonte. A taxa de intensidade de emissão é geralmente mais elevada para os ácidos fúlvicos derivados de bactérias do que para os ácidos fúlvicos derivados do solo.
Análise de resultados
Como foi dito acima, o DOC é um componente importante num ecossistema. Fornece uma fonte alimentar primária para as teias alimentares aquáticas, sugerindo que um elevado DOC é benéfico para um ecossistema. Contudo, o DOC também pode contribuir para a acidez de um corpo de água e pode aumentar a atenuação da luz, afectando assim negativamente os organismos fototróficos num ambiente aquático. Portanto, como acontece com a maioria das coisas, a moderação é fundamental para o conteúdo de DOC. Dependendo de factores como a capacidade de amortecimento, ou a capacidade de um sistema aquático de estabilizar a sua acidez/alcalinidade, composição e quantidade de biomassa, e profundidade da água, o DOC necessário para suportar um ecossistema varia de acordo com a área. Os valores típicos de DOC para vários ambientes são geralmente relatados na literatura científica, tais como artigos de revistas e livros-texto revistos por pares.
Ligações Relacionadas
- Medição do Carbono Orgânico Total (DOC e POC) – um guia abrangente para a medição do carbono orgânico, incluindo amostragens e análises de campo. Este guia foi escrito por Brian Schumaher, PhD, do US EPA.
- USGS Water Resources – este site, pelo USGS National Research Program, fornece links para uma variedade de publicações envolvendo qualidade de água e análises de carbono orgânico.