MÓDULO 2. Preparo de Amostras INTRODUÇÃO

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1 ANALÍTICA AVANÇADA 1S 2017 MÓDULO 2 Preparo de Amostras INTRODUÇÃO Prof. Rafael Arromba de Sousa Departamento de Química - ICE rafael.arromba@ufjf.edu.br Notas de aula:

2 CONTEÚDO Considerações sobre amostragem Preservação de amostras Tratamentos convencionais (dissolução, abertura, digestão,...) Tratamentos preliminares Detalhes sobre o preparo de amostras para determinações inorgânicas Detalhes sobre o preparo de amostras para análises cromatográficas Exemplos de procedimentos de preparo de amostras Considerações sobre segurança no laboratório 2

3 BIBLIOGRAFIA 1) D. A. Skoog, D. M. West; F. J. Holler, S. R. Crouch Fundamentos de Química Analítica, 9 a Ed., Cengage Learning, ) J. Mendham, R. C. Denney, J. D. Barnes, M. Thomas Vogel - Análise Química Quantitativa, 6 a ed., LTC, ) D. C. Harris Análise Química Quantitativa, 8 a ed., LTC, ) F. J. Krug Métodos de preparo de amostras: fundamentos sobre o preparo de amostras orgânicas e inorgânicas para análise elementar 1ª ed., ) S. Mitra Sample Preparation Techniques in Analytical Chemistry John Wiley & Sons, Inc.,

4 BIBLIOGRAFIA 2/quimica-analitica-avancada/ 4

5 Preparo de amostra? AAS ICP OES Potenciometria Voltametria ICP-MS HPLC GC CE Sample preparation involve digestion, extraction and preparation of the analytes before the analysis, so this step is time limiting, requiring ca. 61% of the total time to perform the complete analysis, and is responsible for 30% of the total analysis error. J. Braz. Chem. Soc. 14 (2003) 174 5

6 O Preparo de Amostra Faz Parte da Análise Química Definição do problema analítico Escolha do método de análise Amostragem Tratamento da amostra (e separação da espécie de interesse) Calibração Medida analítica AAS ICP OES ICP-MS HPLC... Avaliação dos resultados AÇÃO 6

7 1) Amostragem É a coleta de uma ou mais porções de uma amostra para a realização da análise, geralmente no laboratório Um dos objetivos: Redução do tamanho da amostra AMOSTRA BRUTA AMOSTRA LABORATORIAL 7

8 ... Amostragem Deverá levar a resultados representativos e reprodutivos Na prática: Estabelecer ou seguir um protocolo de amostragem apropriado (amostras homogêneas x amostras heterogêneas) Minimizando as incertezas relacionadas à amostragem: - Erros sistemáticos - Erros de amostragem Acondicionar a amostra adequadamente para que se mantenha íntegra até o momento da análise 8

9 1.1) Tipos de amostras Considerando as características das amostras: AMOSTRAS HOMOGÊNEAS Gases e líquidos, na maioria das situações Qualquer porção é representativa desde que não haja partículas 9

10 Tipos de amostras AMOSTRAS HETEROGÊNEAS Rochas, Minerais, Minérios, Solos e Sedimentos Podem apresentar composição diferente em porções retiradas ao acaso os cuidados com a amostragem e preparação devem ser redobrados A amostra de laboratório, com massas entre 0,1 a 10 g, pode representar toneladas de material, exigindo cuidadosa definição do procedimento de amostragem e preparação para análise Os pontos escuros correspondem a determinados compostos e que não se distribuem de forma homogênea 10

11 1.2) Exemplos de amostragem a) Água de um rio ou lago (água superficial) Quantos pontos serão amostrados e como? Cada ponto será amostrado em replicata, quantas? Qual a quantidade mínima de amostra necessária para a realização das análises no laboratório? 11

12 Exemplos de amostragem b) Sólidos particulados e gases (emissões atmosféricas) 1) Adicionar um filtro que adsorva os analitos diretamente na fonte 2) Utilizar uma bomba que aspire as emissões no ambiente, de forma que os analitos fiquem retidos em um filtro Tratar os filtros como se fossem a própria amostra, de acordo com o tipo de análise a ser realizada 12

13 Dispositivos de Amostragem para Ar : 1- Amostradores de Grandes Volumes Total suspended particle sampler (TSP) Coleta parículas do ar que flui por um filtro (fibra de vidro) Vazão e tempo determinados PM-10 samplers Coleta partículas com ᶲ < 10 µm. Usa filtros de: fibra de vidro ou teflon 13

14 Dispositivos de Amostragem para Ar : 1- Amostradores de Grandes Volumes High volume PS-1 samplers Para baixas concentrações de SVOCs, PCBs, pesticidas e dioxinas cloradas 2- Personal Sampling Pumps: 2.1- Canister samplers ou Tedlar bag O ar é aprisionado em diferentes tipos de recipientes, dependendo da concentração esperada Inerte Impermeável Transparente ou não 2.2- Amostrador de fita (Monitor Beta) Para materiais particulados, filtra o ar usando um material enrolado na forma de uma fita 2.3- Tubos sorventes ou impingers Tubos com materiais sorventes ou com líquidos (impingers) nos quais os analitos ficam sorvidos ou dissolvidos 14

15 Dispositivos de Amostragem para Ar : PERMITEM realizar as análises no laboratório Se adéquam à determinação de traços Principais vantagens: Uso de técnicas instrumentais convencionais (tipo: depende do analito) Possibilita emprego de etapas separação e/ou pré-concentração 15

16 Exemplos de amostragem c) Materiais sólidos não pulverizados Retirada de uma ou mais porções representativas - Processamento - Homogeneização (quarteamento) Obtenção da amostra laboratorial (no tamanho adequado) 16

17 2) Acondicionamento da amostra Coleta de Anomalocardia brasiliana. Nano, RMW. Determinação de Íons Metálicos em Moluscos Bivalves do Manguezal da Região Petrolífera de São Francisco do Conde Recôncavo Bahiano, Tese de doutorado, Unicamp, Campinas SP,

18 2) Acondicionamento da amostra?? Coleta de Anomalocardia brasiliana. Nano, RMW. Determinação de Íons Metálicos em Moluscos Bivalves do Manguezal da Região Petrolífera de São Francisco do Conde Recôncavo Bahiano, Tese de doutorado, Unicamp, Campinas SP, 2006.?? 18

19 Objetivos do Acondicionamento Evitar que processos físicos, químicos e biológicos alterem a composição da amostra PROCESSOS FÍSICOS Volatilização Adsorção em superfícies Difusão PROCESSOS QUÍMICOS Reações fotoquímicas Oxidações Precipitações PROCESSOS BIOLÓGICOS Biodegradação Reações enzimáticas ENTRETANTO não há como manter a integridade de uma amostra indefinidamente 19

20 Parâmetro Preservação Frasco Validade ph e temperatura Imediatamente in situ Br -, Cl - e F Plástico ou vidro Até 28 dias Cl --- Plástico ou vidro Imediatamente in situ I- Refrigeração em 4 o C Plástico ou vidro Até 24 horas NO 3-, NO - 2 Refrigeração em 4 o C Plástico ou vidro Até 48 horas S 2- Refrigeração em 4 o C, adição de ZnAc 2 e NaOH até ph 9 Plástico ou vidro Até 7 dias Metais dissolvidos Filtrar in situ, acidificar (ph Plástico 6 meses 2) com HNO 3 Metais totais acidificar (ph 2) com HNO 3 Plástico 6 meses Cr(VI) Refrigeração em 4 o C Plástico 24 horas Hg acidificar (ph 2) com HNO 3 Plástico 28 dias Carbono orgânico Refrigeração em 4 o C, adição de H 3 PO 4 até ph 2 Plástico ou vidro âmbar 28 dias PCBs Refrigeração em 4 o C Vidro ou teflon 7 dias para extrair, 40 dias depois DBO e DQO Refrigeração em 4 o C Plástico ou vidro 48 e 28 h (respectivamente) Mitra S, Sample Preparation Techniques in Analytical Chemistry,

21 Em posse da amostra: Escolha do Método A amostra é solução? Realização da dissolução, decomposição ou extração química Preparo de amostra 21

22 3) Tratamentos preliminares (ou prétratamentos) 1) Secagem 2) Moagem E, em alguns casos: 3) Separação de apenas alguns componentes (solubilização parcial) Extração de espécies inorgânicas em solos Lixiviação de compostos metálicos solúveis (testes com Resíduos sólidos uso de água e ácido acético) Extração com solventes orgânicos (separação de compostos aromáticos em solos e sedimentos) 22

23 Tratamentos preliminares DETALHANDO ALGUNS PRÉTRATAMENTOS 1) Secagem eliminação da umidade Aquecimento à 105 o C em estufa comum (GERALMENTE) 60 o C em estufa com circulação de ar (materiais biológicos) Acondicionamento sob vácuo, em dessecador (garante a preservação completa da amostra) Liofilização congelamento seguido de aplicação de vácuo 23

24 Tratamentos preliminares 2) Moagem fragmentação da amostra com a diminuição do tamanho de partícula, conforme conveniência do método Diminuindo o tamanho das partículas aumenta-se a relação entre área superficial e volume de amostra, facilitando a dissolução Dependendo do método ou dos objetivos da preparação o tamanho das partículas devem ser controlados MOAGEM PENEIRAÇÃO Para determinar a Distribuição do Tamanho de Partícula (PSD, em Inglês): Microscopia óptica ou Microscopia eletrônica de varredura 24

25 Tratamentos preliminares Tipos de Moagem 1) BRITAGEM (amostras de minerais) Consiste na primeira etapa da redução do tamanho da amostra, em geral, reduzindo para grãos de aproximadamente 1 a 5 mm ATENÇÃO: A composição da liga metálica usada na construção do equipamento deve ser considerada para definir possíveis elementos que poderão ser incorporados à amostra neste processo 25

26 Equipamentos utilizados PRENSA: 26

27 BRITADOR: 27

28 Tratamentos preliminares - Moagem 2) PULVERIZAÇÃO (Pode ser usada após a britagem) A amostra será colocada na granulometria desejada porcelana Manualmente, por meio de um gral com pistilo, construído em ágata, porcelana, quartzo, ferro ou outro material, dependendo do interesse e da análise que será realizada ágata 28

29 Tratamentos preliminares - Moagem PULVERIZAÇÃO Com sistemas automatizados a pulverização pode ser conseguida com maior facilidade e rapidez, tanto para volumes maiores como menores, garantindo também maior homogeneidade para a composição e granulometria final * MOINHOS DE BOLA 29

30 Tratamentos preliminares - Moagem PULVERIZAÇÃO * MOINHOS DE ANÉIS E CILINDRO (moinho de panelas) 30

31 Tratamentos preliminares - Moagem PULVERIZAÇÃO * MOINHOS DE FACAS Lâminas acopladas a um eixo de um motor Diversas geometrias e resistência mecânica simples sem controle automático de tempo e temperatura mais sofisticados com controle automático de tempo e temperatura 31

32 Tratamentos preliminares - Moagem Amostras gordurosas Alimentos (chocolate) Tecidos biológicos - Analitos orgânicos (DNAs) - Analitos inorgânicos PULVERIZAÇÃO POR CRIOGENIA Aplicável também para outros tipos de amostras como (ossos e cabelo) * MOINHOS CRIOGÊNICOS Operam a baixas temperaturas (N 2 (l) ) Aplicam-se a pequenas quantidades de amostra (p. ex. 0,1 5 g) - Amostra cilindro de policarbonato congelamento (com barras moedoras de aço) - Moagem (agitação do cilindro) 32

33 Tratamentos preliminares - Moagem EX PULVERIZAÇÃO CRIOGÊNICA DE TECIDO DE SEIO* Antes da moagem Após dois ciclos de moagem (*) Rodrigues-Peres, R. M. et al. Biol Trace Elem Res, 2013, on line. 33

34 Tratamentos preliminares - Moagem ETAPA FINAL: PENEIRAÇÃO Controle do PSD UTILIZADA PARA SELECIONAR UMA GRANULOMETRIA ESPECÍFICA AS PENEIRAS PODEM APRESENTAR GRANULOMETRIA EM MESH OU mm 80 mesh = 0,177 mm = 80 tyler 100 mesh = 0,149 mm = 100 tyler MAIOR VALOR mesh MENOR VALOR mm 34

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36 Bom estudo! Boa prova! Boa semana! 36