19/09/2016 AMOSTRAGEM. Análise Química = Química Analítica. Análise de Alumínio em Água do Mar. Análise de Sódio e Cálcio em Solo

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1 Docente: Carlos Roberto da Silva Júnior Quinto semestre flex / Sexto semestre Química nalítica trata de métodos para a determinação da composição química das amostras. nálise Química = Química nalítica Química NÁLISE INSTRUMENTL Noções básicas análise química é um conjunto de técnicas e manipulações destinadas a proporcionar o conhecimento da composição qualitativa e quantitativa de uma amostra, mediante métodos de rotina. química analítica é um ramo da química, a ciência que persegue o objetivo de Métodos resolver Qualitativos problemas e de Quantitativos composição com operações de rotina. Identidade das espécies atômicas ou moleculares ou dos grupos funcionais presentes em uma amostra Informações numéricas relativas a um ou mais componentes de uma amostra Etapas Estágios de uma análise quantitativa Exemplos de procedimentos 1. mostragem Depende do tamanho e da natureza física da amostra 2. Preparação de uma amostra analítica Redução do tamanho das partículas, mistura para homogeneização, secagem, determinação do peso ou do volume da amostra 3. Dissolução da amostra quecimento, ignição, fusão, uso de solvente, diluição 4. Remoção de interferentes Filtração, extração com solventes, separação cromatográfica 5. Medidas na amostra Padronização, calibração nálise de lumínio em Água do Mar MOSTRGEM nálise de Sódio e Cálcio em Solo 6. Resultados Cálculo dos resultados analíticos 7. presentação dos resultados Impressão e arquivamento Métodos CLÁSSICOS versus INSTRUMENTIS Método Clássico: Baseiam-se na separação dos NLITOS por: PRECIPITÇÃO, EXTRÇÃO OU DESTILÇÃO nálise Qualitativa: reações específicas gerando produtos caracterizados por cor, ponto de fusão ou ebulição, solubilidade, etc. nálise Quantitativa: medidas titulométricas (volumétricos) ou gravimétricas. Métodos CLÁSSICOS versus INSTRUMENTIS Método Instrumental Início do século XX: Baseiam-se em medidas físicas dos NLITOS: Condutividade, Potencial de eletrodo, emissão ou absorção de luz, etc. Técnicas eficientes de cromatografia e eletroforese substituíram os métodos de precipitação, extração e destilação. O crescimento dos métodos instrumentais de análise modernos tem ocorrido paralelamente ao desenvolvimento das indústrias eletrônicas e de computadores. 1

2 O que são Métodos INSTRUMENTIS? São métodos realizados em instrumentos. Não por instrumentos! Por analistas que conhecem os instrumentos! Instrumentos simples... O que são Métodos INSTRUMENTIS? São métodos realizados em instrumentos. Não por instrumentos! Por analistas que conhecem os instrumentos! Ou complexos... Métodos INSTRUMENTIS Cada tipo de instrumento tem uma aplicação: Distinta e limitada e... Possui vantagens e desvantagens. Medidas de ph. Fornece informações a respeito da concentração de íons H 3 O +. Baixo custo inicial e manutenção barata. Fácil de usar. Métodos INSTRUMENTIS Um grande objetivo da química analítica moderna é o desenvolvimento de instrumentos e metodologias com a consciência verde. Caracterização de sólidos cristalinos. Fornece informações sobre a estrutura cristalina. Custo inicial elevado e manutenção relativamente cara. Métodos com consumo mínimo de amostra, de reagentes, de etapas e, de preferência, análises com a amostra in natura,reduzindo ao máximo a quantidade de rejeitos. Classificação dos métodos analíticos CLÁSSICOS E INSTRUMENTIS Chamados de métodos de via úmida Gravimetria Volumetria Eletroanalítico Propriedades elétricas Baseados em propriedades físicas (químicas em alguns casos) Espectrométrico Propriedades ópticas Cromatográfico Propriedades diversas lgumas técnicas instrumentais são mais sensíveis que as técnicas clássicas, mas outras não o são! PROPRIEDDES FÍSICS E QUÍMICS EXPLORDS PELOS MÉTODOS INSTRUMENTIS Propriedade característica Emissão de radiação bsorção de radiação Espalhamento de radiação Difração de radiação Potencial elétrico Resistência elétrica Corrente elétrica Massa Relação massa/carga Características térmicas Método instrumental Espectroscopia de emissão atômica e molecular (RX, UV, Vis, luminescência) Espectroscopia de absorção atômica e molecular (UV, Vis, IV, RX) Turbidimetria e nefelometria RX e elétrons Potenciometria; cronopotenciometria Condutimetria mperometria; voltametria; polarografia Gravimetria (microbalança de cristal de quartzo) Espectrometria de massas (CG-EM e CL-EM) TG, DSC, DT 2

3 INSTRUMENTOS PR NÁLISE O instrumento converte a informação armazenada nas propriedades físicas ou químicas do analito em um tipo de informação que pode ser manipulada e interpretada. É necessário um estímulo (radiação eletromagnética, energia elétrica, mecânica ou nuclear) para provocar uma resposta. Estímulo Resposta Estímulo Resposta Espectrofotômetro UV/Visível Fonte de Energia Sistema em Estudo Informação nalítica INSTRUMENTOS PR NÁLISE E SEUS COMPONENTES FUNÇÃO DO INSTRUMENTO Traduzir a composição química em uma informação diretamente observável pelo operador. Transformar um sinal analítico que usualmente não é diretamente detectável ou entendido pelo ser humano em um sinal que pode ser medido(observado). O instrumento atua direta ou indiretamente como um COMPRDOR, no sentido de que se avalia a amostra desconhecida em relação a um padrão. FUNÇÃO DO NLIST Ter conhecimento do que está realmente medindo! Seleção de um método analítico Conhecer os detalhes práticos das diversas técnicas e seus princípios teóricos. Definir claramente a natureza do problema analítico, respondendo às questões: Que exatidão é necessária? Qual é a quantidade de amostra disponível? Qual é o intervalo de concentração do analito? Que componentes da amostra causarão interferência? Quais são as propriedades físicas e químicas da matriz da amostra? Quantas amostras serão analisadas? Qual o tempo requerido para a análise? Qualquer que seja o método instrumental, o sinal analítico será sempre uma função da concentração do analito(atividade). S = f(c) V titulante Curva de titulação potenciométrica 3

4 Qualquer que seja o método instrumental, o sinal analítico será sempre uma função da concentração do analito(atividade). S = f(c) Qualquer que seja o método instrumental, o sinal analítico será sempre uma função da concentração do analito(atividade). S = f(c) S = mc + S br V titulante Curva de titulação condutométrica ou espectrométrica [nalito] Curva nalítica Curva analítica:representação gráfica da resposta do instrumento (sinal analítico) em função da concentração do analito proveniente de soluçõespadrão (padrão externo). Também chamada de curva de trabalho ou curva de calibração. Branco (br ( br):sinal do instrumento para matriz (ou imitação) na ausência do analitoou de uma espécie que corresponda ao analito. Limite de detecção (LD ou c m ): Concentração ou massa mínima do analito que pode ser detectada em um nível confiável. S m = S br + k s br (valor mais aceito k = 3) Sm S br ksbr cm = = m m onde S m e S br são o sinal analítico mínimo e do branco e s é o desvio padrão do branco. Limite de quantificação (LQ):Considera-se ser a concentração para a qual o sinal analítico excede em 10 desvios padrões o sinal do branco. Limite de resposta linear (LRL):Concentração limite a partir da qual não é mantida a linearidade. Sinal nalítico LRL c m LQ FOT Concentração Faixa linear de trabalho (FLT) ou Faixa ótima de trabalho (FOT) ou Faixa dinâmica: Faixa de concentração que se estende de LQ até LRL. Método do padrão interno: Consiste em adicionar uma substância em quantidade constante a todas as amostras, aos brancos e aos padrões de calibração em uma análise. Compensa diversos tipos de erros, aleatórios ou sistemáticos. 4

5 1,2 1,1 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 y = 0,0382x + 0,2412 R 2 = 0,9999 0, Volume de solução do padrão, ml Método de adição de padrão:consiste em uma série de medidas envolvendo a adição de incrementos de uma solução-padrão do analitoà alíquotas da amostra de mesmo volume com a finalidade de corrigir a interferência da matriz sobre o sinal analítico. Exatidão: Grau de concordância entre o valor medido (média de várias replicatas) e o valor de uma referência padrão. Precisão: Grau de concordância mútua entre os dados que foram obtidos do mesmo modo. Fornece uma medida do erro aleatório, ou indeterminado, de uma análise. Tendência (bias) ou viés ( ): ( Fornece uma medida do erro sistemático, ou determinado, de um método analítico. = µ τ, onde µé a média de várias replicatas para a concentração de um analito em uma material de referência com a concentração verdadeira τ. Sensibilidade: sensibilidade de um instrumento ou método é uma medida de sua habilidade em discriminar pequenas diferenças na concentração de um analito. Em uma curva de calibração, a sensibilidade é a inclinação da curva (m). S = mc + S br, onde Sé o sinal medido, cé a concentração do analito e S br é sinal do instrumento para o branco. Sensibilidade analítica: sensibilidade analítica é definida com sendo o quociente da inclinação da curva pelo desvio padrão da medida: γ= m / s S. Esta medida é inume aos efeitos de amplificação e é independente das unidades de medida de S. Seletividade: seletividade de um método analítico refere-se ao grau em que o método esta livre de interferência de outras espécies contidas na matriz da amostra. Infelizmente nenhum método analítico está totalmente livre de interferência de outras espécies e, assim, procura-se minimizá-las. Define-se um coeficiente de seletividade que representa a resposta relativa do método a cada uma das espécies interferentes em relação ao analitode interesse. Exemplo: Uma amostra contendo o analito, bem como B e C potencialmente interferentes: S = m c + m B c B + m C c C + S br ; mb e mc k B, = k C, = m m S = m (c + k B, c B + k C, c C ) + S br Um método que produz resposta para vários analitos, mas que pode distinguira resposta de um analitoda de outros é chamado seletivo. Um método que produz resposta para apenas um analito é chamado específico. Sinal nalítico B Concentração (mg/l) Glossário da Repetibilidade: Grau de concordância entre resultados independentes obtidos com o mesmo métodopara um material de teste idênticosob as mesmas condições(mesmo operador, mesmo equipamento, mesmo laboratório em um pequeno intervalo de tempo). Reprodutibilidade: Grau de concordânciaentre resultados independentes obtidos com o mesmo métodopara um material de teste idênticosob diferentes condições(diferentes operadores, diferentes equipamentos, diferentes laboratórios e após diferentes intervalos de tempo). medida da reprodutibilidade é o desvio padrão qualificado com o termo reprodutibilidade. Em alguns contextos reprodutibilidade pode ser definida como o valor abaixo do qual a diferença absoluta entre dois resultados individuais com um material idêntico, obtido nas condições acima, aconteçam com a mesma probabilidade especificada. Note que uma declaração completa de reprodutibilidade exige a especificação das condições experimentais que diferem. O QUE O PROFESSOR ESPER DOS LUNOS EM QUÍMIC NLÍTIC INSTRUMENTL? Não desenvolvam a rte de Enrolar exatidão é um parâmetro de difícil precisão, pois está sujeita a uma série de erros determinados. O ponto de equivalência é encontrado se interpolando por extrapolação o ponto no qual a curva muda de sua concavidade. Uma maior exatidão seria obtida condutimetricamente, uma vez que em condutimetria é possível determinar pequenas variações de potencial em se tratando de uma amostra com várias matrizes, este tipo de detector traria maior seletividade... 5

6 Exemplo 1: líquotas de exatamente 5,00 ml de uma solução de fenobarbital foram transferidas para frascos volumétricos de 50,00 ml e foram ajustados com KOH para tornarem-se básicas. Os seguintes volumes de soluçãopadrão contendo 2,000 µg/ml de fenobarbital foram introduzidas em cada frasco: 0,000, 0,500, 1,00, 1,50 e 2,00 ml. O volume foi completado e as leituras de cada frasco em um fluorímetroforneceu as seguintes respostas: 3,26, 4,80, 6,41, 8,02 e 9,56. a) Construa o gráfico com os dados. b) Usando o gráfico, determine a concentração de fenobarbital na amostra desconhecida. c) Obtenha a equação por regressão linear (mínimos quadrados). d) Calcule a concentração pela equação obtida em (c). e) Calcule o desvio padrão para a concentração obtida em (d). V, ml C, µg/ml S 0,000 0,000 3,26 0,500 0,0200 4,80 1,00 0,0400 6,41 1,50 0,0600 8,02 2,00 0,0800 9,56 Exemplo 2: y = 79,1x + 3,246 R 2 = 0,9999-0,05-0,03-0,01 0,01 0,03 0,05 0,07 0,0407 µg/ml [F], µg/ml Pela equação, para y = 0 x = -3,246 / 79,1 = 0,0410 µg/ml. Como a amostra foi diluída de 5,00 para 50,00 ml, a sua concentração é 10 vezes maior: 0,0410 x 50 / 5 = 0,410 µg/ml. Desvio padrão relativo da regressão, s c /c = 0, (ou 0,7957%) Desvio padrão da medida = 0,410 x 0, = 0,003 (ou 0,3%) Exercício 01 Na determinação de uma proteína pelo método de Bradford, a cor de um corante muda de marrom para azul (medida pela absorbância da luz em um comprimento de onda de 595nm) é proporcional à concentração de proteína presente. Proteína (μg): 0,00 9,36 18,72 28,08 37,44 bsorbância em 595 nm: 0,466 0,676 0,883 1,086 1,280 a) Utilizando qual quer programa de computador, tente obter a curva analítica com os dados fornecidos, bem como a equação da curva e o coeficiente de correlação. 6