Análise Instrumental. Prof. Elias da Costa

Transcrição

1 Análise Instrumental Prof. Elias da Costa

2 1-Introdução a Análise Instrumental CLASSIFICAÇÃO DOS MÉTODOS ANALÍTICOS CLASSIFICAÇÃO DOS MÉTODOS INSTRUMENTAIS INSTRUMENTOS PARA ANÁLISE SELEÇÃO DE UM MÉTODO ANALÍTICO CALIBRAÇÃO DE MÉTODOS INSTRUMENTAIS 1

3 CLASSIFICAÇÃO DOS MÉTODOS ANALÍTICOS Análise Quantitativa determinar a quantidade dos componentes presentes Segundo o tipo Análise Qualitativa conhecer a identidade de seus componentes Análise Clássica Utiliza reações quantitativas em fase aquosa ou medição de volume ou medição de massa Segundo a maneira de executar a análise Análise Instrumental Utiliza aparelhagem que permite as determinações baseadas nas propriedades físicas dos elementos cálculos feitos a partir da estequiometria de reação Propriedades físicas concentração Pertubação Sistema em estudo Sinal

4 São aqueles também chamados de clássicos, pois fazem uso dos princípios fundamentais da química. A medida de um sinal analítico é diretamente relacionada à concentração do elemento de interesse. Em muitos casos não se conhece perfeitamente a reação química envolvida e, por isso mesmo, esses métodos sempre requerem calibração. 3

5 QUÍMICA ANALÍTICA CLÁSSICA X INSTRUMENTAL Qual usar? Volume de amostra? Faixa de concentração? Número de elementos determinados? Número de amostras? Velocidade de emissão dos resultados? Experiência dos analistas? Infra-estrutura laboratorial? Custos? - Determinação de Pb em placa de bateria - Determinação de Pb em urina - Determinação de Ca em água - Determinação de Ca em leite - Determinação de Na em fluido biológico - Análise química de solo lunar 4

6 CLASSIFICAÇÃO DOS MÉTODOS INSTRUMENTAIS Espectroanalíticos - Colorimetria - Espectrofotometria no visível e ultravioleta - Espectrofotometria no infravermelho - Espectrofluorimetria - Espectroscopia de absorção atômica - Espectroscopia de emissão atômica Cromatográficos - Cromatografia Líquida - Cromatografia Gasosa Eletroanalíticos - Eletrogravimetria - Amperometria - Condutimetria - Coulometria - Potenciometria - Voltametria - Polarografia 5

7 Métodos Instrumentais e as Propriedades Físicas Medidas Propriedades Características Emissão da radiação Absorção da radiação Potencial Elétrico Resistência Elétrica Métodos Instrumentais Espectrometria de emissão atômica Espectrometria de absorção atômica Potenciometria Condutimetria 6

8 INSTRUMENTOS PARA ANÁLISE Instrumento Informação armazenada características físicas e químicas do analito Informação interpretada pelo homem Estímulo Resposta Fonte de energia Sistema em estudo Informação analítica 7

9 SELEÇÃO DE UM MÉTODO ANALÍTICO Definindo o problema 1) Que exatidão é necessária? 2) Qual é a quantidade de amostra disponível? 3) Qual é o intervalo de concentração do analito? 4) Que componentes da amostra causarão interferência? 5) Quais são as propriedades físicas e químicas da matriz da amostra? 6) Quantas amostras serão analisadas? 7) Recursos disponíveis? O USO DE UM EQUIPAMENTO SOFISTICADO PARA A DETECÇÃO DE UM SINAL ANALÍTICO NÃO É GARANTIA DE UM RESULTADO EXATO! 8

10 9

11 10

12 CALIBRAÇÃO DE MÉTODOS INSTRUMENTAIS A Calibração X=7, ,5 5 X 10 C 11

13 Equação de uma reta: Y = mx + b Coeficiente linear A Coeficiente angular Y 2 Y 1 Coeficiente angular m ΔX=X 2 X 1 ΔY=Y 2 Y 1 Coeficiente linear X 1 X 2 C 12

14 PARÂMETROS DE SELEÇÃO DE UM MÉTODO ANALÍTICO Características de eficiência dos instrumentos (Figuras de mérito) Critério 1-Precisão Figura de Mérito Desvio-padrão absoluto, desvio-padrão relativo, coeficiente de variação, variança 2-Sensibilidade 3-Limite de detecção 4-Faixa de concentração 5-Seletividade Sensibilidade de calibração, sensibilidade analítica Branco mais três vezes o desvio-padrão do branco Limite de quantificação (LQ) até concentração limite de linearidade (LL) Resposta a alguns analitos 13

15 PARÂMETROS DE SELEÇÃO DE UM MÉTODO ANALÍTICO 1- PRECISÃO E EXATIDÃO Método Característica inexato impreciso exato impreciso inexato preciso exato preciso 14

16 PARÂMETROS DE SELEÇÃO DE UM MÉTODO ANALÍTICO 1- PRECISÃO Grau de concordância entre dados obtidos através de um mesmo procedimento REPETIBILIDADE: Concordância entre resultados obtidos no mesmo laboratório (testes intralaboratoriais). REPRODUTIBILIDADE: Concordância obtida entre os resultados obtidos entre laboratórios diferentes (testes interlaboratoriais) 15

17 PARÂMETROS DE SELEÇÃO DE UM MÉTODO ANALÍTICO 1- PRECISÃO E EXATIDÃO Desvio-padrão absoluto, desvio-padrão relativo, coeficiente de variação, variança 16

18 PARÂMETROS DE SELEÇÃO DE UM MÉTODO ANALÍTICO 2- SENSIBILIDADE É dada pela inclinação da curva de calibração na concentração de interesse, ou pelo coeficiente angular quando se ajusta uma reta aos dados de sinal analítico e concentração. A m C1 C2 C 17

19 PARÂMETROS DE SELEÇÃO DE UM MÉTODO ANALÍTICO 3- LIMITES DE DETECÇÃO (LD) E QUANTIFICAÇÃO (LQ) Limite de Detecção É a concentração do elemento de interesse que produz um sinal analítico distinguível do ruído. Limite de Determinação É a menor concentração determinável, tomada como um valor igual a cinco, ou dez vezes, o limite de detecção. LD = 3 bco 3 bco = 3 x desvio padrão do branco (10 determinações) LQ = 10 bco 10 bco = 10 x desvio padrão do branco (10 determinações) 18

20 PARÂMETROS DE SELEÇÃO DE UM MÉTODO ANALÍTICO Limite de detecção: mínima concentração que produz sinal distinguível da radiação de fundo (3 x branco) Limite de determinação: Chama: ppm, Forno: ppb Pode ser melhorado...processos auxiliares...extração por solventes Elemento Chama Forno ICP Cr 3 0,01 0,3 As 100 0,02 40 Hg 500 0,1 1 Cd 1 0, ppb 19

21 PARÂMETROS DE SELEÇÃO DE UM MÉTODO ANALÍTICO 4- FAIXA DE CONCENTRAÇÃO É o intervalo de concentração da curva de calibração, compreendido entre o limite de determinação e o ponto onde começa o desvio de linearidade. A Faixa ótima de trabalho Limite de linearidade C 20

22 PARÂMETROS DE SELEÇÃO DE UM MÉTODO ANALÍTICO 5- SELETIVIDADE É o parâmetro que indica em que medida um sinal analítico corresponde apenas à espécie química de interesse. 21

23 CALIBRAÇÃO DE MÉTODOS INSTRUMENTAIS Calibração Curva de calibração Procedimento Analítico Um método de maior precisão Método de adição de padrões Método de uma única adição Método de adição múltipla A curva de calibração é linear na faixa de trabalho. 22

24 CALIBRAÇÃO DE MÉTODOS INSTRUMENTAIS Calibração convencional ou padrão externo A P1 P2 P3 P4 P X=7, ,5 5 X 10 C 23

25 CALIBRAÇÃO DE MÉTODOS INSTRUMENTAIS Adição de Padrões É apropriada quando a composição da amostra é desconhecida ou complexa e afeta o sinal analítico É adicionado a mesma substância que o analito Análise do perclorato (ClO 4- ) acima de 18μg/L reduz a produção do hormônio da tireóide Matriz=água pura A Curva de calibração para o perclorato em água pura e em água comum Matriz=água comum (amostra) C 24

26 CALIBRAÇÃO DE MÉTODOS INSTRUMENTAIS Adição de Padrões Coloque 5mL de amostra desconhecida em cada balão volumétrico Adicione 0, 5, 10, 15 ou 20 ml de solução padrão Encha cada balão volumétrico até a marca de 50mL e misture 25

27 A CALIBRAÇÃO DE MÉTODOS INSTRUMENTAIS Adição de Padrões Am Sinal Analítico Amostra Pd + Am Sinal Analítico Amostra + Padrão X X=0.25 C 26

28 CALIBRAÇÃO DE MÉTODOS INSTRUMENTAIS Método do Padrão Interno - Um padrão interno é uma quantidade conhecida de um composto que é adicionado à amostra - É uma substância diferente do analito - São úteis quando a quantidade da amostra analisada varia ligeiramente, ou quando a resposta do instrumento varie a cada análise por razões difíceis de controlar. Bco Sinal Analítico Pd Pds Sinal Analítico Am Sinal Analítico 27