FIGURA 11 - Desdobramento dos níveis de energia do spin eletrônico na presença de um campo magnético e sinais registrados com a transição eletrônica.

Transcrição

1 i LISTA DE FIGURAS FIGURA 1 - Mecanismos de formação das substâncias húmicas (adaptado de Stevenson, 1994). 8 FIGURA 2 - Estrutura parcial de uma lignina, evidenciando algumas das principais subunidades: éter guaiacilglicerol-β-coniferílico (em vermelho), álcool diidroconiferílico (em azul), dibenzodioxocina (em verde) e álcool coniferílico (em rosa) (adaptado de Giovanela, 2003). 10 FIGURA 3 - Modelo de ácido húmico proposto por Fuchs, em 1931 (adaptado de Stevenson, 1985). 12 FIGURA 4 - Modelo de ácido húmico proposto por Dragunov, em 1948 (adaptado de Stevenson, 1985). 12 FIGURA 5 - Modelo de ácido húmico proposto por Flaig, em 1964 (adaptado de Stevenson, 1985). 12 FIGURA 6 - Modelo de ácido húmico e de associação de ácido húmico com argila e íons metálicos proposto por Kleinhempel, em 1970 (adaptado de Novotny, 2002). 13 FIGURA 7 - Modelo de ácido húmico proposto por Stevenson, em 1982 (adaptado de Stevenson, 1985). 13 FIGURA 8 - Modelo de ácido húmcio proposto por Schulten e Schnitzer (1993). 14 FIGURA 9 - Modelo tridimensional de ácido húmico proposto por Schulten e Schnitzer (1997), evidenciando os átomos de carbono (em azul), hidrogênio (em branco), oxigênio (em vermelho) e nitrogênio (em azul escuro); as letras A, B e C indicam os espaços vazios presentes na estrutura. 15 FIGURA 10 - Movimento de precessão de um núcleo sob a ação de um campo magnético B o (adaptado de Silverstein et al.,1994). 19

2 ii FIGURA 11 - Desdobramento dos níveis de energia do spin eletrônico na presença de um campo magnético e sinais registrados com a transição eletrônica. 24 FIGURA 12 - Curva de distribuição granulométrica da amostra de turfa. 32 FIGURA 13 - Curva de distribuição granulométrica de vermicomposto. 32 FIGURA 14 - Curvas termogravimétrica (em vermelho) e termogravimétrica derivada (em azul) de turfa. 33 FIGURA 15 - Curvas termogravimétrica (em vermelho) e termogravimétrica derivada (em azul) de vermicomposto. 34 FIGURA 16 - Curva titulométrica de ácidos húmicos (dissolvidos em solução de Ba(OH) 2 ) com HCl 0,05 mol L -1 (acidez total). 50 FIGURA 17 - Curva titulométrica de ácidos húmicos (dissolvidos em solução de Ca(CH 3 COO) 2 ) com NaOH 0,05 mol L -1 (acidez carboxílica). 51 FIGURA 18 - Curvas de titulação experimentais obtidos para os ácidos húmicos de turfa e vermicomposto (ca. 0,5 g L -1 em KNO 3 0,1 mol L -1 ) com NaOH 0,1241 mol L FIGURA 19 - Diagrama de Van Krevelen de correlação entre as razões H/C e O/C e o tipo de matriz. 60 FIGURA 20 - Curvas TG (em vermelho) e DTG (em azul) de ácidos húmicos de turfa extraídos com NaOH. 63 FIGURA 21 - Curvas TG (em azul) e DTG (em azul) de ácidos húmicos de turfa extraídos com Na 4 P 2 O FIGURA 22 - Curvas TG (em vermelho) e DTG (em azul) de ácidos húmicos de vermicomposto extraídos com NaOH. 64 FIGURA 23 - Curvas TG (em vermelho) e DTG (em azul) de ácidos húmicos de vermicomposto extraídos com Na 4 P 2 O FIGURA 24 - Curvas DSC das amostras de ácidos húmicos. 66 FIGURA 25 - Curvas DTA das amostras de ácidos húmicos. 67 FIGURA 26 - Espectros de absorbância no UV/visível das amostras de ácidos húmicos. 70 FIGURA 27 - Gráfico de logaritmo de absorbância por logaritmo de comprimento de onda nas amostras de ácidos húmicos. 70

3 iii FIGURA 28 - Espectro de emissão (com excitação a 240 nm) das amostras de ácidos húmicos. 74 FIGURA 29 - Espectro síncrono ( λ = 55 nm) das amostras de ácidos húmicos. 75 FIGURA 30 - Espectro síncrono ( λ = 55 nm) de ácidos húmicos de vermicomposto. 76 FIGURA 31 - Espectro de excitação (com emissão a 500 nm) das amostras de ácidos húmicos. 77 FIGURA 32 - Espectro de excitação (com emissão a 500 nm) de ácidos húmicos de vermicomposto. 77 FIGURA 33 - Espectro de emissão (com excitação a 465 nm) das amostras de ácidos húmicos. 78 FIGURA 34 - Projeção no plano do espectro de emissão-excitação em 3D de ácidos húmicos de turfa. 78 FIGURA 35 - Projeção no plano do espectro de emissão-excitação em 3D de ácidos húmicos de vermicomposto. 79 FIGURA 36 - Espectros de absorção no infravermelho das amostras de ácidos húmicos de vermicomposto extraídos com Na 4 P 2 O 7 (a) e NaOH (b), e ácidos húmicos de turfa extraídos com Na 4 P 2 O 7 (c) e NaOH (d).83 FIGURA 37 - Espectros de reflectância difusa no infravermelho das amostras de ácidos húmicos extraídos de turfa (a) e de vermicomposto (b). 86 FIGURA 38 - Espectros de FT-Raman (entre 1800 e 1000 cm -1 ) de ácidos húmicos de turfa extraídos com NaOH (a) e Na 4 P 2 O 7 (b), e de ácidos húmicos de vermicomposto extraídos com NaOH (c) e Na 4 P 2 O 7 (d). 89 FIGURA 39 - Espectro de 1 H-NMR das amostras de ácidos húmicos. 91 FIGURA 40 - Espectro de 1 H-NMR de ácidos húmicos, com saturação do sinal correspondente a H 2 O. 92 FIGURA 41 - Espectro de VACP/MAS 13 C-NMR das amostras de ácido húmico. 98 FIGURA 42 - Curvas de saturação de potência para as amostras de AH extraídas de turfa (vermelho) e vermicomposto (preto). 104 FIGURA 43 - Espectro de EPR de ácidos húmicos de turfa extraídos com NaOH. 105

4 iv FIGURA 44 - Espectro de EPR de ácidos húmicos de vermicomposto extraídos com NaOH 105 FIGURA 45 - Espectro de EPR (entre 1300 e 1900 G, correspondente ao sinal do íon Fe 3+ ) das amostras de ácidos húmicos. 106 FIGURA 46 - Espectro de EPR (entre 3200 e 3600 G, correspondente aos sinais dos íons VO 2+ e Cu 2+ ) das amostras de ácidos húmicos. 106 FIGURA 47 - Eletroferogramas das amostras de ácidos húmicos, utilizandose tampão tetraborato. 110 FIGURA 48 - Eletroferogramas das amostras de ácidos húmicos, utilizandose tampão carbonato. 111 FIGURA 49 - Micrografias de varredura das amostras de ácidos húmicos. Aumento de 1000 vezes. 114

5 v LISTA DE TABELAS TABELA 1 - Umidade a C e umidade total das amostras de turfa e vermicomposto. 29 TABELA 2 - Massa específica (densidade) das amostras de vermicomposto e turfa (n = 4 determinações). 30 TABELA 3 - Teor de matéria orgânica e de resíduo das amostras de turfa e vermicomposto. 34 TABELA 4 - Valores de ph das amostras de turfa e vermicomposto (entre parênteses: desvio-padrão; n = 3 determinações). 35 TABELA 5 - Acidez trocável, teor de sódio, potássio, cálcio e magnésio trocáveis, valor S (Na + + K + +Ca 2+ + Mg 2+ ) e CTC das amostras de turfa e vermicomposto (entre parênteses: desvio-padrão). 37 TABELA 6 - Teor de carbono total, orgânico e inorgânico de turfa e vermicomposto (entre parênteses: desvio-padrão). 38 TABELA 7 - Condições experimentais de espectroscopia de absorção atômica na determinação de metais. 39 TABELA 8 - Teor de metais totais nas amostras de turfa e vermicomposto (nível de confiança de 95%; n = 9 determinações). 40 TABELA 9 - Quantidade extraída (e quantidade extraída em relação ao teor de matéria orgânica) de ácidos húmicos de turfa e vermicomposto (entre parênteses: desvio-padrão; n = 3 determinações). 46 TABELA 10 - Teor de cinzas das amostras de ácidos húmicos (entre parênteses: desvio-padrão; n = 3 determinações). 47 TABELA 11 - Acidez total, carboxílica e fenólica das amostras de ácidos húmicos (valores em mmol c g -1 ) (n = 6 determinações). 50

6 vi TABELA 12 - Valores de constante de ionização ácida (K a e pk a ) e concentração em mmol por grama de ácido húmico (C HA ) relacionados às espécies ionizáveis HA i (i = 1 a 4) de ácidos húmicos de vermicomposto. Resultados obtidos por função de Gran (regressão nãolinear). 57 TABELA 13 - Teor (em massa) de C, H, N, S e O, e razões elementares H/C, O/C, C/N e (O + N)/C das amostras de ácidos húmicos (entre parênteses: desvio-padrão; n = 3 determinações). 59 TABELA 14 - Perdas de massa e índice termogravimétrico (ITG) de amostras de ácidos húmicos (entre parênteses: desvio-padrão; n = 3 determinações). 65 TABELA 15 - Valores de E 4 /E 6, log K e RF das amostras de ácidos húmicos (entre parênteses: desvio-padrão; n = 3 determinações). 71 TABELA 16 - Índices de humificação determinados por fluorescência para as amostras de ácidos húmicos (entre parênteses: desvio-padrão; n = 3 determinações). 79 TABELA 17 - Intensidade relativa de grupos funcionais obtidos pelos espectros de 1 H-NMR. 93 TABELA 18 - Intensidade relativa de grupos funcionais e grau de aromaticidade (Ar) obtidos pelos espectros de 13 C-NMR de ácidos húmicos. 99 TABELA 19 - Concentração de spins por grama de ácido húmico (N) e largura de linha ( H) do sinal do radical orgânico. 107 TABELA 20 - Valores de tempo de migração ajustado (t a ) e mobilidade eletroforética (µ EF ) das amostras de ácidos húmicos (entre parênteses: desvio-padrão; n = 3 determinações). 111

7 vii RESUMO Neste trabalho foram caracterizadas amostras de ácidos húmicos de turfa e de vermicomposto extraídos com NaOH e com Na 4 P 2 O 7, utilizando-se técnicas eletroanalíticas (determinação de acidez e titulações potenciométricas), espectroscópicas (absorção no UV/visível e no infravermelho, fluorescência, Raman, ressonância magnética nuclear e ressonância paramagnética eletrônica), térmicas (termogravimetria e calorimetria) e de separação (análise elementar e eletroforese capilar). Também foram caracterizadas as amostras de turfa e vermicomposto. Os resultados mostraram um grau de humificação consideravelmente maior nos ácidos húmicos de turfa (maiores valores de acidez, de radicais orgânicos, de fluoróforos e de grupos aromáticos, e menores valores das razões E 4 /E 6 e H/C). Quanto à extração, as análises revelaram pouca diferença entre os ácidos húmicos extraídos com NaOH e os ácidos húmicos extraídos com Na 4 P 2 O 7.

8 viii ABSTRACT In this work humic acids from peat and vermicompost extracted with NaOH and Na 4 P 2 O 7 had been characterized,, using electroanalytical techniques (potentiometric titrations and determination of acidity), spectroscopic techniques (absorption in UV-Vis and infrared, fluorescence, Raman, nuclear magnetic resonance and electronic paramagnetic resonance), thermal analyses (thermogravimetry and calorimetry) and methods of separation (elementar analysis and capillary electrophoresis). The peat and vermicompost samples had also been characterized. The results had shown a greater humification degree of humic acids from peat (higher values of acidity, organic radicals, fluorescent groups and aromatic structures, and lower values of E 4 /E 6 ratio and H/C ratio). In relation to extraction, the analyses had shown few differences between the samples extracted with NaOH and the samples extracted with Na 4 P 2 O 7.