19/04/2015. Espectroscopia atômica Absorção atômica...instrumental. Absorção atômica...fontes. Espectrometria de absorção CHAMA (VÍDEO) Introdução

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1 Introdução Curso de Especialização em Análises Clínicas e Toxicológicas Fundamentos e aplicações de metodologias analíticas: CLAE, CG, AAS e ICP-OES Tiago Severo Peixe Espectrometria de absorção CHAMA (VÍDEO) Londrina, 24 de abril de Farmacêutico-Bioquímico, UEPG Especialista em SST, OIT/ONU Mestre em Toxicologia, FCF/USP Doutor em Toxicologia, FCF/USP Espectroscopia atômica Absorção atômica...instrumental Resultado: espectro de linhas Absorbância ou Emissão Comprimento de onda (nm) Identificação: Análise qualitativa Quantificação: Análise quantitativa Determinação de 70 elementos Principais componentes Fonte, sistema de modulação de sinal, sistema de atomização, monocromador, detector Absorção atômica...fontes Fonte: sistema que permite proporcionar a radiação necessária, na forma de linhas Lâmpada de cátodo oco (LCO) Bulbo de vidro contendo gás inerte (argônio) e cátodo elaborado com o elemento de interesse Emite somente linhas de interesse Processo de sputtering Existem lâmpadas multi-elementos 1

2 Absorção atômica...atomização Solução Problema Íons nebulização ionização Spray Dessolvatação Líquido/Gás Átomos dissociação Aerosol Sólido/Gás Moléculas gasosas volatilização íons excitados átomos excitados Moléculas excitadas Absorção atômica... monocromadores Vídeo Absorção atômica com chama (FAAS) APLICAÇÃO EM ANÁLISES TRAÇO Sistemas constituídos por espelhos, fendas e grades de difração (prismas), utilizadas para selecionar comprimentos de onda desejados. Grades de difração Superfície polida, contendo ranhuras paralelas ( linhas por mm) Absorção atômica...sistema de atomização Sistemas eletrotérmicos (Líquidos e sólidos) Espectrometria de absorção Forno de grafite Forno de grafite Amostra é inserida em um tubo de grafite, aquecido eletricamente Maior tempo de residência do vapor atômico Maior sensibilidade Pequenos volumes de amostra Amostras sólidas 2

3 Absorção atômica...forno de grafite Programa de temperatura do forno Secagem ( o C) Eliminação do solvente Pirólise ( o C) Eliminação da matriz (mineralização) Atomização ( o C) Produção de vapor atômico Utilização de gases de purga (argônio) Remoção de gases produzidos na secagem e calcinação Reduzir a oxidação do tubo Evita a produção de gases tóxicos durante a atomização 3

4 4

5 Absorbância 19/04/2015 Absorção atômica...tratamento quantitativo Lei de Lambert-Beer Curvas de calibração Faixa linear Absorção atômica...figuras de mérito Erro médio (chama): 1-2 % Limite de determinação: Chama: ppm, Forno: ppb Pode ser melhorado... extração por solventes Limite de detecção: mínima concentração que produz sinal distinguível da radiação de fundo (3 x branco) Concentração Elemento Chama Forno ICP Cr 3 0, As 100 0,02 40 Hg 500 0,1 1 Cd 1 0, ppb Absorção atômica...aplicações Chama: aproximadamente 64 elementos Forno: aproximadamente 55 elementos Geração de hidretos: 8 elementos Vapor frio: 1 elemento (Hg) Ambiental: ar, solos, águas, plantas, sedimentos... Clínica: urina, cabelo, sangue, outros fluidos... Alimentos: enlatados... Industrial: Fertilizantes, lubrificantes, minérios... 5

6 Absorção atômica...custos Custo (dólares) Espectrômetro de chama: ,00 Espectrômetro de chama e forno: ,00 Lâmpadas: 200,00-500,00 Tubos de grafite: 20,00-30,00 Gases, energia:? 6 X no Brasil 6

7 Absorção atômica...aparelho Absorção Atômica com forno de grafite (AAS/GF) [1] ABIFA - ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE FUNDIÇÃO. Índices de Mercado: Produção de Fundidos: março de São Paulo. Disponível em: Acesso em: 01/05/2006. [2] Felix, F. S.; Lichtig, J; Santos, L. B. O; Masini, J. C. J.Braz.Chem. Soc. 2005, 16, n. 4, 801. Referência [3] Gomes, A. M.; Trassy, C.; Almi, A.; Seddiki, F.; Hassaine, S. High Temp.Mat. Proc. 1997, 4, 461. [4] NMAM-NIOSH - Manual of Analytical Methods Elements by ICP. 3. ed. Washington: National Institute for Occupational Safety and Health, 11 p., (Method 7300, v. 3, Data: 15 de março de 2003). [5] B. Welz e M. Sperling, Atomic Absorption Spectrometry. 3rd ed., Weinheim, Wiley- VCH, [6] D.J. Butcher e J. Sneddon, A Practical Guide to GFAAS. New York, John Wiley & Sons, [7] G. Schlemmer e B. Radziuk, Analytical Graphite Furnace Atomic Absorption Spectrometry. A Laboratory Guide. Berlin, Birkäuser, [8] B. Welz, H. Becker-Ross, S. Florek e U. Heitmann, High-Resolution Continuum Source AAS. The Better Way to Do AAS. Weinheim, Wiley-VCH, Análise de substâncias voláteis Conceito Solvente orgânico é a designação genérica dada a um grupo de substâncias orgânicas, líquidas à temperatura ambiente, que apresentam maior ou menor grau de volatilidade e lipossolubilidade, e são empregadas como dispersantes, solubilizantes e diluentes em diversos processos industriais e ocupacionais. (LEITE, E. M. A., 2003) 7

8 Técnica de Headspace Extração líquido-líquido Marcha analítica Extração com uso de Solventes Polaridade; K o/w; ph; Solubilidade. Métodos analíticos de TRIAGEM Cromatografia em camada delgada Rf D (fase móvel) d (susbtância) D d Rf = d/d X 100 cm 1,0 cm Uso de solventes com graus de polaridade; Fase estacionária; Cubas; Reveladores. 8

9 Métodos analíticos de TRIAGEM Imunoensaio Métodos analíticos de CONFIRMAÇÃO Cromatografia Líquida de alta eficiência (CLAE) Fase móvel - solventes HPLC Métodos analíticos de CONFIRMAÇÃO Cromatografia Gasosa (CG) 9

10 ESQUEMA DE UM EQUIPAMENTO DE GC Coluna: A separação efetiva dos componentes da amostra é realizada na coluna cromatográfica onde o tipo e a quantidade da fase estacionária são fatores importantes para se ter a eficiência desejada. gás Coluna cromatográfica gás gás DETECTOR Detectores: A) Detector de Ionização de Chama (FID) B) Detector de Condutividade Térmica (TCD) C) Detector de Nitrogênio-Fósforo (NPD) D) Detector de Captura de Elétrons (ECD) Obs: Em geral utiliza-se temperaturas mais elevadas no detector do que no forno, para evitar condensação de substâncias no detector (contaminação). ANÁLISE QUANTITATIVA A) Padrão externo Faz-se uma curva com várias concentrações do analito. A seguir injeta-se o extrato da amostra cuja concentração se quer determinar e lança-se no gráfico as áreas obtidas dos picos contra as concentrações dos adicionados. ANÁLISE QUANTITATIVA B) Padrão Interno (PI) O padrão interno (PI) é um composto que se adiciona à amostra, antes de qualquer manipulação (extração) de forma que não interfira com a análise. O PI tem a função de corrigir possíveis imprecisões durante a manipulação da amostra (fase de extração, injeção da amostra) ou mesmo variações no equipamento de GC. O PI também tem a função de monitorar possíveis erros de operação ou procedimentos durante a análise. O PI deve ter preferencialmente as seguintes características: a) nunca ser encontrado na amostra; b) ser disponível em elevado grau de pureza; c) ser bem resolvido dos outros picos; d) ser estruturalmente semelhante ao analito, ou possuir os mesmos grupos químicos do analito. 10

11 ANÁLISE QUANTITATIVA B) Padrão Interno (PI) Exemplos: Análises Toxicológicas Sistemáticas Identificação de substâncias de interesse toxicológico em amostras biológicas ; Crescente quantidade de substâncias potencialmente presentes, bem como a complexidade das matrizes e, freqüentemente, a disponibilidade de quantidades limitadas de amostra. 1 2 CH3 N CH 3 N O O CH 3 C O CH3 C O CH CH 3 O O O C O C Cocaína Isopropilbenzoilecgonina (PI) CH 3 CH 2 OH CH 3 CH 2 CH 2 OH Esse problema torna-se especialmente complexo quando se tem pouca ou nenhuma informação sobre o histórico do paciente ou da amostra, situação comum na toxicologia clínica e forense. A abordagem concisa e planejada, denominada Análise Toxicológica Sistemática (ATS). SATS (Sistema de Análise Toxicológica Sistemática) : permite o cálculo dos parâmetros de retenção cromatográfica ajustados em sistemas de CCD, CG e CLAE e a busca produtiva em bases de dados de comportamento cromatográfico. Este software é gratuito. Etanol Propanol (PI) Atividade De acordo com o artigo escolhido, responda: 1. Qual é o analito? 2. Qual é a matriz? É complexa? 3. Existe padrão interno? 4. Qual a técnica analítica? 5. Trata-se de método de triagem ou confirmação? 6. Quanto à extração, qual o tipo? 7. Descreva a marcha analítica? 8. Há limitações no método? 9. Trata-se de análise forense? 10.Sugira outra técnica a ser empregada? Referências CIOLA, R. Fundamentos de cromatografia a líquido de alto desempenho HPLC. São paulo: Ed. Edgard Blücher, LANÇAS, F. Cromatografia em Fase Gasosa. Ed. São Carlos: ACTA, LINDEN, R.; SARTORI, S.; KELLERMANN, E.; SOUTO, A. A. Identificação de substâncias em análise toxicológica sistemática utilizando um sistema informatizado para cálculo de parâmetros cromatográficos e busca em bases de dados. Quim. Nova, v. 30, n. 2, p , PEIXE, T. S.; NASCIMENTO, E. S.; DELLA ROSA, E. V. Determinação de fenol urinário por cromatografia em fase gasosa em trabalhadores que utilizam resinas fenólicas em fundições. Rev Bras Cienc Farm v. 42, n. 2, p , PEIXE, T. S.; NASCIMENTO, E.S. Análise de fenol em amostras de urina de trabalhadores e no ar de fundição de metais. Rev Bra Tox v. 21, n.2, p. 60-9,

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