Determinação de traços usando radiação micro-ondas. Joaquim A. Nóbrega

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1 Determinação de traços usando radiação micro-ondas Joaquim A. Nóbrega

2 Tópicos - Uso de soluções de ácido nítrico diluído - Uso de soluções de ácido nítrico diluído + pressurização com oxigênio - Uso de soluções de ácido nítrico diluído + peróxido de hidrogênio - Considerações finais

3 Preparo de Amostras em Espectroanálise - Amostras sólidas Soluções representativas - Digestão - Frascos fechados e abertos - Aquecimento convencional e assistido por radiação micro-ondas - Fusão - Combustão

4 Leo de Galan, JAAS,27:1173, ppm Pb em gasolina: 1 o fio de cabelo branco 1970 ppb compostos policíclicos aromáticos agulha no palheiro 1980 ppt dioxina em leite lente de contato em uma praia de 150 km

5 Preparo de Amostras para Análise Inorgânica & Química Verde Pressurized hot water extraction Microwave-induced combustion Ultraviolet-assisted decomposition LPME with disposable hollow fiber Dispersive solvent extractions Aqueous two-phase systems Cloud point extraction Solid-phase microextraction Single drop micro-extraction Flow-based dispersive solvent extractions Chemical effects of ultrasound Ultraviolet-assisted decomposition Microwave-assisted decomposition Micro-digestions Sample decomposition with acid vapors Microwave assisted extraction Extraction of inorganic species with ionic liquids Flow-based cloud point extraction Microwave-assisted decomposition with diluted acids Focused microwaveinduced combustion Solidified floating drop microextraction F.R.P. Rocha et al., TrAC, in press.

6 MULTI- ELEMENT ANALYSIS SAFETY GREEN CHEMISTRY HIGH SAMPLE THROUGHPUT DIGESTION OF LARGE MASSES IDEAL SAMPLE PREPARATION PROCEDURE EASY OF USE STABLE DIGESTS LOW RESIDUAL ACIDITY LOW RESIDUAL CARBON CONTENT LOW CONCENTRATION OF DISSOLVED SOLIDS Nóbrega e Donati, Microwave-Assisted Sample Preparation for Spectrochemistry. Encyclopedia of Analytical Chemistry, John Wiley, DOI: / a9185.

7 Tópicos - Uso de soluções de ácido nítrico diluído - Uso de soluções de ácido nítrico diluído + pressurização com oxigênio

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9 Digestão com solução diluída de ácido nítrico Custo e Segurança Branco analítico HNO 3 conc. P.A.: < 1900 g l -1 metais 5 ml conc. HNO 3 P.A.: 19 g metais 5 ml 2.0 mol / l HNO 3 : 2,7 g metais Baixa acidez residual Química Verde

10 Digestão com solução diluída de ácido nítrico mg de gramínea + 4 ml HNO 3 (2 14 mol/l) + 2 ml H 2 O 2 - Programa de aquecimento T max = 225 o C P max = 30 atm V final = 10 ml

11 Variações de temperatura ( o C) e pressão (bar) durante digestão de Paspalum usando diferentes soluções de ácido nítrico 14 mol/l 7 mol/l 5 mol/l 4 mol/l 3 mol/l 2 mol/l

12 Determinação de metais e carbono ICP OES Varian Vista (Axial View) Nebulizador concêntrico e câmara de nebulização ciclônica C I 247,86 nm interferência Fe C I 193,02 nm LOD 34 mg/l (Anal. Chim. Acta,445:269,2001)

13 Digestão com ácido nítrico Conc. HNO 3 (mol/l) RCC (%, n = 3) 14 6,9 ± 2,2 7 10,3 ± 1,9 5 10,7 ± 2,0 4 10,5 ± 2,0 3 11,3 ± 2,0 2 11,3 ± 2,9

14 Fe (mg L -1 ) em amostras de Paspalum digeridas 250 com 2 ml HNO 3 e 1 ml H 2 O 2 30 % v/v Amostra Amostra Amostra Amostra mol L -1 7 mol L -1 5 mol L -1 4 mol L -1 3 mol L -1 2 mol L -1

15 Literatura - Chow et al., Analyst, 120, 1221, Zhou et al., J. Anal. At. Spectrom., 11, 585, Dugenest et al., Analusis, 26, 256, Gouveia et al., Anal. Chim. Acta, 445, 269, Seco-Gesto et al., Talanta, 72, 1178, Gonzalez et al., Talanta, 79, 396, Silva et al. J. Braz. Chem. Soc., 21, 234, Naozuka et al., Food Chem., 124, 1667, 2011.

16 Literatura - Medicina tradicional Chinesa - Amostras biológicas - Resíduos sólidos - Tecidos animais - Tecidos vegetais - Castanhas e sementes - Identificação de produtos reacionais

17 Ação química de soluções diluídas de ácido nítrico - Aumento P Aumento P.E. aceleração de reações de digestão - Processos químicos: - NO é formado durante a oxidação de compostos orgânicos pela ação do HNO 3 - NO reage com O 2 no frasco e gera NO 2 - NO 2 é reabsorvido na solução e desproporciona gerando NO 3 - e NO - Ciclo reacional prossegue enquanto existir O 2 disponível Nóbrega et al., Cap. 2, In: Arruda, M.A.Z., Ed., Trends in Sample Preparation, Nova Science Publishers, 2006.

18 (CH 2 ) n + HNO 3(aq) CO 2(g) + NO (g) + 2 H 2 O (l) 2 NO (g) + O 2(g) 2 NO 2(g) 2 NO 2(g) + H 2 O (l) HNO 3(aq) + HNO 2(aq) 2 HNO 2(aq) H 2 O (aq) + NO 2(g) + NO (g)

19 É possível ter processos químicos similares em um frasco fechado aquecido condutivamente? - Castro et al., Talanta,78:1378, Digestão de café com soluções diluídas de ácido nítrico - Frascos fechados com aquecimento assistido por radiação micro-ondas - Bombas Parr aquecidas condutivamente - Estes processos são mais efetivos em frascos fechados aquecidos por radiação micro-ondas devido ao maior volume desses frascos e o gradiente de temperatura que existe durante a etapa inicial do processo de digestão.

20 É possível aperfeiçoar estes processos pela adição de oxigênio ao frasco reacional? - Bizzi et al. - Anal. Methods, 2, 734, Spectrochim. Acta, 66B, 394, Talanta, 83, 1324, Microchem. J., 99, 193, Matusiewicz & Stanisz, - Microchem. J., 95, 268, 2010

21 Tópicos - Considerações finais

22 Method Description EPA 3015A Microwave-assisted acid digestion of aqueous samples and extracts EPA 3051 Microwave-assisted acid digestion of sediments, sludges, soils, and oils EPA 3051A Microwave-assisted acid extraction of sediments, sludges, soils, and oils EPA 3052 Microwave-assisted acid digestion of siliceous and organically based matrices ASTM D5258 ASTM D5513 Standard practice for acid extraction of elements from sediments using closed vessel microwave heating Standard practice for microwave-assisted digestion of industrial furnace feedstreams and waste for trace element analysis EN Determination of Pb, Cd, Cu, Fe and Zn in foodstuffs by AAS after microwave-assisted digestion

23 MULTI- ELEMENT ANALYSIS SAFETY GREEN CHEMISTRY HIGH SAMPLE THROUGHPUT DIGESTION OF LARGE MASSES IDEAL SAMPLE PREPARATION PROCEDURE EASY OF USE STABLE Inorganic samples DIGESTS LOW RESIDUAL ACIDITY LOW RESIDUAL CARBON CONTENT LOW CONCENTRATION OF DISSOLVED SOLIDS Nóbrega e Donati, Microwave-Assisted Sample Preparation for Spectrochemistry. Encyclopedia of Analytical Chemistry, John Wiley, DOI: / a9185.

24 1: Inadequado; 2: Requer aperfeiçoamento; 3: Adequado Atributo Digestão em forno de micro-ondas com frasco fechado Segurança 3 Análise multi-elementar 3 Frequência analítica 2 Controle de perdas ou contaminação 3 Química Verde 3 Massa de amostra 2 Eficiência de digestão 3 Estabilidade do digerido 3 Carga de trabalho / Automação 2 Treino do analista / Facilidade de uso 2 GLOBAL 26 (87%)

25 Contribuições de procedimentos assistidos por radiação micro-ondas para o preparo de amostras visando a determinação de traços - Análise de traços & Química Verde - Melhores brancos analíticos - Soluções compatíveis com instrumentação (RCC e acidez residual) - Menor número de etapas - Menor consumo de reagentes e energia - Menor geração de resíduos - Maior segurança ao analista e ao ambiente

26 Agradecimentos