Aquecimento assistido por radiação e aplicações em fornos focalizados. Joaquim A. Nóbrega Departamento de Química

Transcrição

1 Aquecimento assistido por radiação microondas: princípios pios básicosb e aplicações em fornos focalizados Joaquim A. Nóbrega Departamento de Química

2 Fornos MW com radiação focalizada Aspectos gerais Instrumento Características e aplicações

3 Neoquímica: a química moderna e suas aplicações (Nina Hall et al. Bookman, 2004) Cap. 4: Novas fontes de energia para reações Eletrosíntese Microondas em síntese química ( The chemistry chefs Education in Chem.,2002) Ultra-som em síntese química

4 Microwave-Enhanced Chemistry (Richter, Link and Kingston, Anal. Chem., 73(1):33A,2001) Os químicos analíticos não precisam mais conviver com a defasagem tecnológica entre as estratégias para o preparo de amostras e a instrumentação Fornos de microondas estão gradativamente se tornando instrumentos necessários e tão usuais quanto espectrômetros e cromatógrafos

5 Quais as características desejáveis para o procedimento? Multielementar Baixo teor de carbono residual Reduzida acidez residual Baixo teor de sólidos dissolvidos Elevado número de amostras tratadas simultanea/e (tempo) Volume digerido? Reagentes? Custo? Resíduos? Experiência do analista

6 Ácido nítrico Reagente ideal para digestão de amostras Elevada pureza (destilação abaixo P.E.) Formação de sais solúveis Elevado poder oxidante (T e conc.) Adequado acoplamento com radiação microondas Compatível com técnicas instrumentais (ICP-OES, ICP-MS, GFAAS etc.)

7 Reagentes auxiliares Ácido sulfúrico: elevado ponto de ebulição (335 o C) Peróxido de hidrogênio: processos de oxidação

8 Dissolution of fish tissues using TMAH Tseng, De Diego, Martin, Amouroux e Donard J. Anal. At. Spectrom.,12:743,1997. Forno de microondas com radiação focalizada TMAH, 2-4 min, W Dissolução completa de tecidos de peixes Analitos: Hg inorgânico e metilmercúrio * * Facilmente decomposto ou perdido dependendo da concentração ácida

9 Forno de microondas com radiação focalizada STAR 6, CEM

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14 Forno de microondas com radiação focalizada Conveniente Possibilita automação Controle de adição de reagentes (ou amostras) Pressão atmosférica Múltiplos procedimentos simultâneos

15 Forno de microondas com radiação focalizada Tipicamente para maiores massas de amostras (> 1 g) Amostras orgânicas - evolução de gases Possibilita múltiplas adições de reagentes Programação de temperaturas e adições de reagentes Ácido sulfúrico - temperaturas elevadas

16 Forno de microondas com radiação focalizada Elevada eficiência de transferência de radiação microondas Automação Digestão de amostras orgânicas: petróleo, alimentos, polímeros, Kjeldahl Não ocorrem perdas de elementos voláteis (As, Se, Cd )

17 Procedimento convencional 5 ml HNO 3 conc Adição de amostra ao reagente aquecido 0,5 ml amostra (10 alíquotas) 5 ml amostra 5 ml HNO 3 conc C HNO3 = 7,0 mol l -1 C HNO3 = 12,7 mol l -1

18 Por-quê acrescentar amostra ao reagente aquecido? Excesso de ácido concentrado comparativa/e ao V amostra gradual/e adicionado Cada alíquota de amostra adicionada é parcial/e decomposta antes da adição da próxima Menor diluição da mistura ácida digestora Possível geração de radicais reativos em ácidos concentrados aquecidos Digestão de um > V amostra com < V ácido

19 Óleo diesel: programa de digestão convencional V amostra = 1,0 ml V ácido nítrico = 10 ml V ácido sulfúrico = 5 ml V peróxido de hidrogênio = 20 ml Programa de digestão: 5 etapas; até 250 o C; 24 min

20 Óleo diesel: adição de amostra V amostra = 2,0 ml V ácido nítrico = 5 ml V ácido sulfúrico = 1 ml V peróxido de hidrogênio = 15 ml Programa de digestão: 3 etapas; até 200 o C; 18 min

21 Óleo diesel (V f = 50 ml) Procedimento RCC (%) Acidez (mol l -1 ) Convencional 2,01 ± 0,24 3,4 Adição de amostra 0,06 ± 0,01 0,12

22 Digestão de óleo diesel Parâmetro Convencional Adição amostra. V amostra (ml) 1,0 2,0 V ácido nítrico (ml) 10 5 V ácido sulfúrico (ml) 5 1 V peróxido de hidrogênio (ml) Tempo (min) 24 18

23 Considerações finais Adição de amostra à reagente aquecido Maior V amostra digerida com < V ácidos Ação dos ácidos: mais efetiva

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28 Programa de aquecimento Etapa t rampa (min) T ( o C) t patamar (min) Reagente (ml) ou amostra Alíquota cápsulas 1 / min ,0 H 2 SO 4 3,0 ml ,0 H 2 O 2 1,0 ml / min

29 Acidez e carbono residuais Amostra AGIP % RCC 0,32 ± 0,03 Acidez final (mol L -1 ) 0,87 GTX 0,15 ± 0,02 0,46 SRM ,06 ± 0,005 0,92

30 NIST SRM 1848 óleo lubrificante Elemento (% m/m) Ca Mg P Zn Determinado 0,329 ± 0,047 0,844 ± 0,038 0,859 ± 0,026 0,982 ± 0,026 Certificado 0,359 ± 0,011 0,821 ± 0,038 0,788 ± 0,028 0,873 ± 0,022

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34 Considerações finais Procedimentos desenvolvidos podem expandir capacidade da aplicação de radiação microondas para preparo de amostras e gerar digeridos compatíveis com as exigências das técnicas espectroanalíticas e eletroanalíticas

35 Handbook of elemental speciation, R. Cornelis et al., ed., Wiley, Olivas e Cámara: Concerning extraction procedures, the perspectives are focused on increasing the extraction efficiency of the species while the time of the procedure is reduced. The use of microwave radiation an an extraction technique is one of the directions that analytical chemists will have to address in the future. Speciation methods have to be simplified

36 Agradecimentos Comitê Organizador V Workshop sobre Preparo de Amostras FAPESP, CNPq e CAPES Grupo de Análise Instrumental Aplicada Muito obrigado pela atenção!!