Aspectos gerais sobre preparo de amostras. Joaquim A. Nóbrega

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1 Aspectos gerais sobre preparo de amostras Joaquim A. Nóbrega

2 Técnicas Espectroanalíticas - FAAS - GFAAS - ICP OES - ICP-MS - Aspecto comum: amostras são usualmente introduzidas como soluções

3 A sequência analítica: as principais etapas de uma análise 1. Definição do problema 2. Seleção do método 3. Amostragem: coleta de uma amostra representativa; preparo da amostra laboratorial; replicatas 4. Preparo da amostra: obtenção de soluções a partir da amostra 5. Separação: eliminação de interferências 6. Execução de medidas (sinal analítico x concentração: calibração) 7. Cálculo dos resultados e estimativa de confiabilidade (validação) 8. Ação

4 Preparo de Amostra - A etapa de preparo da amostra é geralmente a mais cara e que envolve mais consumo de tempo e esforço - O tempo total envolvido na análise pode ser determinado pelo tempo gasto na etapa de preparo da amostra ( Amostragem e preparo de amostra ainda determinam o tempo total de análise e são etapas limitantes do processo.)

5 Preparo de Amostra - O melhor preparo de amostra é não ter que prepará-la (Determinação direta de Cd em urina por ETV-ICP OES) - Procedimentos Dilua-e-determine - Determinação da composição inorgânica de leite por ICP s - Diluição com água: resultados inexatos! - Diluição com aminas: OK!

6 Escolha do Método - Determinação de Ca em água - Determinação de Ca em carbonato de cálcio - Determinação de Ca em vidro

7 Escolha do Método - Formas de Hg em urina - Formas de As em frutos do mar - Cr(VI) em ligas, cimentos, carros etc.

8 Cr(VI) Especiação Redox US EPA Método 3060A: é um procedimento de digestão alcalina desenvolvido para extrair compostos solúveis e insolúveis de solos, lodos e sedimentos. O método foi desenvolvido para extrair todas formas solúveis, adsorvidas e precipitadas de cromo hexavalente e ao mesmo tempo assegurar que nenhum cromo trivalente é oxidado e que nenhum cromo hexavalente é reduzido.

9 Cr(VI) Especiação Redox - 2,5 g amostra - 0,28 mol/l Na 2 CO 3 + 0,5 mol/l NaOH o C - 1 h - Determinação?

10 Escolha do Método: Parâmetros - Quais espécies serão determinadas? Quais as faixas de concentrações dessas espécies? - Qual informação se busca? qualitativa semiquantitativa quantitativa - Qual o grau de exatidão necessário? - Quais são os constituintes da matriz da amostra? - Quais são as propriedades químicas e físicas da amostra bruta? (homogeneidade) - Quantas amostras serão analisadas? Qual a quantidade de cada amostra disponível para análise?

11 Escolha do Método: Requisitos Gerais - Precisão - Exatidão - Seletividade - Sensibilidade - Limite de detecção - Frequência analítica

12 Esciolha do Método: Requisitos Especiais - Microanálise - Controle de produção - Química Forense - Variação temporal - Especiação química (As, Hg, Cr )

13 Escolha do Método: Restrições - Custo - Espaço laboratorial - Infra-estrutura laboratorial - Tempo disponível - Habilidade do analista

14 Escolha do Método: Questões - Trata-se da aplicação de um método padrão ou será necessário desenvolver ou modificar um método e demonstrar sua eficiência? - Tratando-se da aplicação de um método padrão, o mesmo se aplica para o tipo de matriz presente na amostra? - Quais os teores de analitos esperados nas amostras? - Qual a exatidão e a precisão requeridas para efetivo uso dos resultados gerados? - Trata-se de uma amostra que implica em toxicidade para o analista? - A amostra requer algum procedimento especial de manipulação (e.g. radioativa, sensível ao ar, higroscópica)?

15 Escolha do Método: Questões - Quantas replicatas são necessárias? - Qual a quantidade de amostra necessária? - Qual a quantidade de amostra disponível? - Qual tipo de frasco deveria ser usado? - As amostras devem ser preservadas? - Qual o custo aceitável para a análise? - Qual a urgência (real) para emissão de resultados?

16 Pré-tratamento de Amostra - Pré-tratamento da amostra inclui todos procedimentos para o preparo da amostra no laboratório - Pré-tratamento depende do estado original da amostra - A maioria das técnicas instrumentais de medida requer uma etapa prévia de digestão da amostra

17 Pré-tratamento de Amostra - As principais razões para o pré-tratamento de amostra são: - Homogeneização - Dissolução de materiais sólidos - Separação de substâncias interferentes - Pré-concentração de analitos - Ph. Quevauviller, Sci. Tot. Environ.,176:141,1995.

18 Pré-tratamento de Amostra - Operações preliminares de tratamento geralmente são físicas - Moagem - Secagem - Filtração - Centrifugação - Destilação

19 Preservação de Amostras - Liofilização (meio aquoso, alimentos, resíduos) - Irradiação (amostras biológicas) estabilidade do analito precisa ser estabelecida - Antioxidantes (amostras líquidas) avalie efeitos de interferência específicos - Anticoagulantes (sangue e amostras clínicas) contaminação - Autoclave (fluidos biológicos e solos) avalie efeitos de interferência específicos - Ácidos (água) evite hidrólise

20 Preparo de Amostra: Homogeneização - Homogeneização visando obter uma amostra representativa - Etapa importante na análise da maioria dos materiais - Grau de homogeneidade requerido depende predominante/e do tamanho da subamostra - Identificação de heterogeneidades por análises paralelas de várias subamostras do mesmo material

21 Preparo de Amostra: Homogeneização - Aspecto crítico: contaminação (amostra pode ser mais dura que o material do dispositivo usado para moagem) - Reações químicas: oxidação Fe(II); perda de água - Materiais moles: - Moinhos de alta velocidade - Liofilização pulverização - Materiais duros: - Moinhos de bolas

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25 Engelsen & Wibetoe, Fresenius J. Anal. Chem.,366:494,2000. Temperatura ambiente Moagem criogênica

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27 Sequência Analítica - Amostragem - Moagem / homogeneização (10 min 2 h) - Amostra representativa - Pesagem (3-5 min) - Digestão (30 min to 48 h) - Diluição (3 5 min) - Medida (2 10 min)

28 Digestão de Amostra Dissolução é definida como o simples processo de dissolver uma substância em um líquido sob temperatura relativamente baixa O termo digestão (decomposição) se refere a um processo mais complexo que geralmente é conduzido sob maior temperatura e/ou sob maior pressão com a ajuda de reagentes e dispositivos especiais.

29 Digestão de Amostra Biológica C 2 H HNO 3 Δ 12 NO H 2 O + 2 CO 2 Geológica SiO HF Δ 2 H 2 O + SiF 4 Metais Cu + 2 HCl Δ H 2 + Cu Cl -

30 Digestão de Amostra A digestão de amostra desempenha uma papel central na maioria dos processos analíticos, mas não é frequentemente reconhecida como uma etapa importante em química analítica, com atenção especial sendo direcionada para a etapa de determinação. H. Matusiewicz, Wet digestion Methods, In: Z. Mester and R.E. Sturgeon, Eds., Sample Preparation for Trace Element Analysis. Elsevier, 2003.

31 Digestão de Amostra 1. Digestão por via úmida 2. Combustão 3. Fusão

32 Digestão de Amostra 1. Digestão por via úmida 1.1. Sistemas abertos 1.2. Sistemas fechados 2. Combustão 2.1. Sistemas abertos 2.2. Sistemas fechados 2.3. Sistemas dinâmicos 3. Fusão

33 Digestão de Amostra 1. Digestão por via úmida 1.1. Sistemas abertos 1.2. Sistemas fechados com aquecimento convencional com aquecimento assistido por radiação micro-ondas 2. Combustão 2.1. Sistemas abertos Via seca Combustão sob baixa temperatura 2.2. Sistemas fechados Combustão em frasco fechado com aquecimento convencional com aquecimento assistido por radiação micro-ondas 2.3. Sistemas dinâmicos 3. Fusão com aquecimento convencional com aquecimento assistido por radiação micro-ondas

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35 Preparo de Amostra Ideal Segurança Multi-elementar Frequência analítica (tempo) Volume do digerido? Reagentes? Custo? Resíduos? (Química Verde) Experiência do analista Baixa acidez residual Baixo conteúdo de sólidos dissolvidos Baixo teor de carbono residual (RCC)

36 Efeito do Teor de Carbono Residual sobre Determinações Analíticas 1. ICP-MS Interferência poliatômica: e.g. 52 Cr + ( 12 C 40 Ar + ) e 53 Cr + ( 13 C 40 Ar + ) 2. HGAAS: As e Se (elevado sinal de fundo e supressão de sinal) 3. Polarografia: Supressão de sinal de Cd e Pb 4. Digestão incompleta pode diminuir a liberação do analito da matriz

37 A etapa de pré-tratamento pode afetar - A exatidão e confiabilidade do resultado. - A quantidade total de tempo e esforço envolvidos na execução da análise. Muitos métodos instrumentais de análise requerem pré-tratamento de amostra mais simples que os métodos clássicos.

38 Avaliação de um procedimento de digestão - Perda de analitos (As, Hg, S, Se, I) - Contaminação (adsorção, dessorção) - Eficiência de digestão (teor de carbono residual RCC) - Tempo - Energia necessária - Trabalho requerido - Frequência analítica - Automação

39 Preparo de Amostra Desafios Críticos - Frequência analítica - Procedimentos gerais - Reagentes: propriedades, compatibilidade com técnica instrumental, pureza, segurança e custo - Análise de Traços - 1 ppb = 1 µg / L 1 s em 31,7 anos - Análise de especiação - Castanha do Pará - Elevados teores de Se - Elevados teores de Ba - Formas químicas?

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