A IMPORTÂNCIA DA VALIDAÇÃO DE METODOLOGIA ANALÍTICA APLICADA AO MONITORAMENTO DE CLORETO EM MATRIZES AQUOSAS

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1 A IMPORTÂNCIA DA VALIDAÇÃO DE METODOLOGIA ANALÍTICA APLICADA AO MONITORAMENTO DE CLORETO EM MATRIZES AQUOSAS Alessandro Conceição Machado 1, Barbara Cecília Ribeiro Barreto 2, Aline Ribeiro Meirelles dos Santos 3, Natasha Leite Fernandes 4, Elcide Dobloni Marques Muna 5, Genilda Pressato da Rocha 6 1 Centro de Tecnologia Ambiental /Sistema Firjan, Rio de Janeiro, Brasil, ammachado@firjan.org.br 2 Centro de Tecnologia Ambiental /Sistema Firjan, Rio de Janeiro, Brasil, bbarreto@firjan.org.br 3 Centro de Tecnologia Ambiental /Sistema Firjan, Rio de Janeiro, Brasil, albsantos@firjan.org.br 4 Centro de Tecnologia Ambiental /Sistema Firjan, Rio de Janeiro, Brasil, nfernandes@firjan.org.br 5 Centro de Tecnologia Ambiental /Sistema Firjan, Rio de Janeiro, Brasil, edobloni@firjan.org.br 6 Centro de Tecnologia Ambiental /Sistema Firjan, Rio de Janeiro, Brasil, grocha@firjan.org.br RESUMO Embora seja um ânion comum em águas e efluentes, o íon cloreto pode conferir efeitos indesejados dependendo da sua concentração. Assim, importa a sua quantificação por métodos analíticos confiáveis e validados, já que o parâmetro tem sido utilizado como indicativo da qualidade das águas em diversas normas ambientais. Palavras-chave: cloreto, validação, monitoramento. 1. INTRODUÇÃO O íon cloreto (Cl - ) é um dos principais ânions inorgânicos em águas e efluentes. Sua presença, em maior ou menor concentração, se deve a dissolução de minerais de rochas e solos ou por poluição antrópica. Uma das questões relevantes da presença de cloretos relaciona-se ao fato de que, dependendo da sua concentração, associada à presença de determinados cátions também disponíveis no meio, pode conferir sabor a água. Uma concentração de 250 mg/l pode resultar em gosto salgado se o cátion disponível no meio for o sódio, pela formação de cloreto de sódio (NaCl). Por outro lado, o sabor salgado típico pode estar ausente em águas contendo 1000 mg/l quando os cátions predominantes são, por exemplo, o cálcio e o magnésio. A concentração de cloreto é maior nas águas residuais do que em água bruta, porque o cloreto de sódio é muito utilizado na alimentação e passa inalterado através do sistema digestivo, sendo resultante da forte influência antrópica no meio ambiente. Assim, durante um bom tempo a determinação da concentração de cloretos foi utilizada como indicadora da contaminação de águas por esgotos sanitários, sendo, depois, substituída pela determinação de coliformes termotolerantes. Já ao longo da costa do mar, o cloreto pode estar presente em concentrações elevadas devido às fugas de água salgada para o sistema de esgotos e águas subterrâneas. Além disso, o cloreto também pode ter sua concentração elevada devido à influência de processos industriais. A alta concentração de cloreto pode danificar tubos e estruturas metálicas e hidráulicas, trazendo prejuízos de ordem econômica elevada, bem como prejudicar ou inibir o crescimento de plantas. A concentração de íons cloretos também pode ser agravada pelo uso indiscriminado de cloro em lavanderias, tratamento de água de piscinas, remoção de resíduos graxos e oleosos, exterminação de fungos, bactérias, vírus, mofos, germes, lodos, além de ser um produto tradicionalmente utilizado para desinfecção das águas de abastecimento público. O aumento da concentração de cloretos é resultante das reações de dissociação do cloro na água, sendo também prejudicial no processo de tratamento de efluentes. Existem variadas metodologias para determinação de cloretos em amostras aquosas, contudo, o método tradicional de titulometria, baseado em volumetria de precipitação (método de Mohr) se configura como uma boa alternativa para a sua quantificação em águas em geral, visto que os limites das normas ambientais são relativamente elevados, fator negativo para as demais técnicas (como por exemplo, a cromatografia iônica), que irão requerer altos fatores de diluição das amostras. 2. OBJETIVOS O objetivo do presente trabalho é demonstrar as etapas de validação da metodologia analítica utilizada pelo laboratório do Centro de Tecnologia SENAI Ambiental (titulação volumétrica por precipitação - método de Mohr) para fins da determinação da concentração de cloretos em águas de abastecimento, águas superficiais, águas subterrâneas e efluentes, associando a importância do processo de validação na obtenção de resultados analíticos confiáveis, principalmente quando tais resultados são comparados a valores máximos permitidos (VMP s) estabelecidos pelas normas ambientais para monitoramento deste parâmetro.

2 3. MATERIAL E MÉTODOS 3.1. Princípio Teórico A metodologia selecionada para o estudo foi o método 4500-Cl - B do Standard Methods. A técnica consiste na adição de nitrato de prata como titulante, em meio neutro ou ligeiramente alcalino, na presença de cromato de potássio, formando um precipitado branco de cloreto de prata. O ponto final da titulação é indicado pelo precipitado amareloalaranjado de cromato de prata, que só irá precipitar quando todo o cloreto, até então presente no meio, já tiver sido precipitado Materiais utilizados No estudo de validação foram utilizados os seguintes materiais e equipamentos: bureta digital com duas casas decimais; balança de precisão; pipetador de líquidos analógico de µl; pipetador de líquidos analógico de 1-10 ml; pipetas volumétricas de 25 ml. Todos estes materiais possuem calibração RBC (Rede Brasileira de Calibração) Procedimento analítico Tomou-se uma porção de 100 ml da amostra a ser analisada. Verificou-se o ph e ajustou-se para a faixa de 7 a 10, quando necessário, utilizando soluções de ácido sulfúrico, hidróxido de sódio e indicador fenolftaleína. Adicionou-se 1 ml de peróxido de hidrogênio e agitou-se por aproximadamente 1 minuto. Transferiu-se uma alíquota de 25 ml da amostra para uma caçarola de porcelana, adicionando1 ml da solução de cromato de potássio. Titulou-se com solução de nitrato de prata 0,0141M até a virada do indicador de coloração amarelo-ouro para alaranjada. O volume gasto na titulação foi anotado. Utilizou-se água ultrapura para realização do branco reagente Validação da metodologia Os seguintes parâmetros de mérito foram avaliados no estudo de validação, baseado no documento da DOC- CGCRE-008 rev.04 do Inmetro: Faixa de trabalho e linearidade: realizaram-se titulações em oito níveis de concentrações de cloretos, calculando-se a média, desvio padrão e variância entre as replicadas e em cada nível de concentração. Limite de detecção (LD): calculou-se o LD através da analise de 09 brancos e determinação do desvio padrão amostral. Limite de quantificação (LQ): calculou-se o LQ através da analise de 09 brancos e determinação do desvio padrão amostral. Recuperação: Foi realizado um teste de recuperação em três níveis de concentrações do analito (20, 40, e 60 mg/l) em matriz de efluente (com concentração de 16,03 mg/l), procedendo as titulações em triplicata. Calculou-se o erro, o erro médio e a recuperação em cada nível de concentração selecionado. Repetibilidade: Realizou-se titulações em triplicada de três níveis de concentrações (5, 40 e 100 mg/l), avaliando estatisticamente os resultados obtidos (média, variância e desvio padrão). Precisão intermediária entre analistas: Foi realizado o preparo e a análise de um padrão de concentração de 40 mg/l em cinco replicatas. Calculou-se a média, o desvio padrão e a variância para cada nível de concentração e compararam-se os resultados dos dois analistas através de teste F, com intervalo de 95% de confiança, para considerar a médias obtidas pelos analistas estatisticamente iguais. Reprodutibilidade: Verificou-se a reprodutibilidade do método mediante a classificação de desempenho de rodada a partir resultados emitidos em participações de programas interlaboratoriais Estimativa de incerteza de medição do cloreto As principais fontes de contribuição de incerteza avaliadas para o método em questão são provenientes do próprio modelo matemático utilizado para o cálculo da concentração de cloretos. Assim, destacam-se as incertezas oriundas dos volumes relativos aos equipamentos utilizados (bureta e pipetas) e da correção da molaridade da solução titulante. Utilizou-se a equação geral (1) para o cálculo da incerteza padrão combinada do cloreto, onde se baseia nas derivadas parciais dos termos da equação do modelo matemático do método e a equação (2) para o cálculo da incerteza expandida: ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) (1) Onde: (2)

3 U = incerteza expandida = incerteza padrão combinada = graus de liberdade efetivos 4. RESULTADOS E DISCUSSÃO 4.1. Perfil de demanda analítica O cloreto representa uma demanda crescente em termos de monitoramento. No gráfico 1, é apresentando o quantitativo de empresas que solicitaram ao CTS Ambiental para efetuar a análise desse parâmetro para atendimento as normas Portaria MS 2914 Potabilidade, Conama 396 Águas subterrâneas, Conama 357, Classe I- Águas destinadas ao consumo humano, NT 202 INEA/RJ Efluente, Água de processo e NBR 10004, Resíduos Sólidos Extrato solubilizado. Gráfico 1. Monitoramento do cloreto O gráfico apresentado permite evidenciar a busca das empresas pela Resolução Conama 396 o que correlaciona, diretamente, a importância de uma metodologia analítica que tenha o enquadramento adequado às requisições dessa norma Normas de monitoramento Segundo dados recentes, em pesquisa concluída no ano de 2011, que foram divulgados em 2013 pela Organização Mundial da Saúde e Unicef, através do documento Progresso em saneamento e água potável, apenas 22% da população brasileira teve acesso a fontes de água potável desde o ano de Assim, a determinação de cloretos mediante procedimentos analíticos validados, que confiram confiabilidade do resultado final, demonstra-se de grande relevância para concessionárias de abastecimento de água potável, para a indústria e como forma de auxiliar no processo de caracterização do corpo d água. Nesta estreita, as principais normas ambientais em termos de qualidade de água para consumo humano trataram sobre a concentração de cloretos, como forma de regular o efeito estético (sabor, odor ou cor) da água. A Portaria do Ministério da Saúde do Brasil nº 2914 fixou a concentração de cloretos em 250 mg/l. Na mesma equivalência prescrevem as Resoluções do Conselho Nacional do Meio Ambiente CONAMA 357 e 396. Tal parâmetro também é igualmente definido em normas internacionais, como na Directiva 98/83/CE do Conselho da União Europeia e pela National Secondary Drinking Water Regulations - NSDWRs, da Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos (USEPA). Na tabela 1 são apresentados, de forma detalhada, os VMP s estabelecidos para o parâmetro cloreto nas normas nacionais. NORMAS VMP OBSERVAÇÕES Portaria MS 2914 Anvisa 250,0 mg/l - Resolução Conama ,0 mg/l - Consumo humano Resolução Conama ,0 mg/l Consumo animal - Irrigação 100,0 a 700,0 mg/l Recreação 400 mg/l A norma aponta um limite de quantificação praticável 2,0 mg/l Tabela 1. Normas ambientais - comparação de VMP s.

4 Embora todas as normas verificadas apresentem VMP s consideravelmente altos, facilmente alcançados analiticamente, observa-se na Resolução Conama 396 o apontamento de um limite de quantificação praticável para o cloreto de 2,0 mg/l. Tal valor demonstra a necessidade da elaboração de um estudo de validação analítica, a fim de que se evidencie estatisticamente a proficiência do método em atender o requisito de aplicabilidade a esta Resolução Validação da metodologia Faixa de trabalho e linearidade: Nas tabelas 2 e 3, estão descritos os resultados dos testes da faixa de trabalho: Nível de Curva 1 Curva 2 Curva 3 Média S RSD% 5,00 5,09 5,21 5,09 5,13 0,07 1,33 10,00 10,89 10,89 11,13 10,97 0,14 1,25 20,00 21,79 21,67 22,02 31,83 0,18 0,83 40,00 40,02 40,14 40,50 40,22 0,25 0,61 60,00 60,15 60,27 59,68 60,03 0,31 0,52 70,00 70,10 71,16 71,05 70,77 0,58 0,83 80,00 78,15 77,91 77,44 77,83 0,36 0,46 100,00 98,75 98,28 97,81 98,52 0,24 0,24 Tabela 2. Teste comparativo entre as curvas preparadas Comparativo t (calculado) t (tabelado) Curva 1 x Curva 2 0,657 2,776 Curva 1 x Curva 3 0,761 2,776 Curva 2 x Curva 3 0,916 2,776 Tabela 3. Avaliação da igualdade das curvas. A partir dos testes realizados, a faixa de trabalho mostrou-se linear, uma vez que, t (calculado) < t (tabelado), comprovando que são estatisticamente iguais, com replicatas apresentando RSD < 10%. Portanto, a variação da curva não possui efeito significante para o resultado do ensaio. Limite de detecção (LD) e Limite de Quantificação (LQ): Na tabela 4 constam os limites de quantificação e detecção do método: Recuperação: Descrição Limite de Detecção (LD) Limite de Quantificação (LQ) Tabela 4. Valores obtidos de LQ e LD Resultado 0,75 mg/l 1,66 mg/l Na tabela 5 estão explicitados os valores obtidos no teste de recuperação dos padrões: Adicionada da Matriz Real Teórica Encontrada RSD% médio Recuperação (%) 20,00 16,03 36,03 31,94 11,36 88,64 40,00 16,03 56,03 49,33 11,74 88,26 60,00 16,03 76,03 64,70 14,90 85,10 Tabela 5. Recuperação dos padrões de cloreto.

5 As concentrações estudadas apresentaram boa recuperação, ficando em torno de ± 20%, considerando que a titulação pelo método de Mohr é mais complexa, devido à competição entre cloreto e cromato para precipitação da prata. Repetibilidade: Os resultados para os testes de repetibilidade estão contidos na tabela 6: Teórica 5,00 40,00 100,00 Encontrada 5,09 5,21 5,09 40,02 40,14 40,50 98,75 98,28 98,52 Média S RSD% n Variância 5,13 0,07 1,33 3 0,005 40,22 0,25 0,61 3 0,061 98,52 0,24 0,24 3 0,056 Tabela 6. Avaliação da repetibilidade O método possui boa repetibilidade entre as replicatas, apresentando desvio padrão relativo menor que 2%. Precisão intermediária entre analistas: Na tabela abaixo, estão descritos os resultados obtidos para a comparação entre analistas: Teste F n gl F calculado F tabelado 5 4 1, ,28 Tabela 7. Resultado do teste comparativo entre analistas. De acordo com o teste realizado, não houve diferença entre os analistas, podendo os testes ser considerados estatisticamente iguais e a análise executada por ambos. Reprodutibilidade: Os resultados de participações de interlaboratoriais estão sendo apresentados na tabela 8: Amostra Ano de Realização Programas Interlaboratoriais Desempenho geral do resultado emitido Resultado do Provedor Resultado do CTS Ambiental Z-Score A 2011 Satisfatório 5 3-1,292 B 2012 Satisfatório ,64-0,49 C 2013 Satisfatório 98, ,60 D 2013 Satisfatório 98, ,66 E 2014 Satisfatório 15,6 16,7 0,358 F 2014 Satisfatório 29,6 30,2 0,235 G 2014 Satisfatório 3,70 3,751-0,08 H 2014 Satisfatório 6,7 6,390 0,37 Tabela 8. Resultados de participações de programa interlaboratorial.

6 4.4. Estimativa de incerteza de medição do cloreto Na tabela 9, constam os resultados obtidos na estimativa de incerteza de medição do cloreto: Incerteza Padrão Combinada Graus de Liberdade Efetivos Incerteza Expandida 0,013 2 ± 0,03 mg/l Tabela 9. Resultado da incerteza do cloreto Este resultado é referente a um nível de concentração de 1,66 mg/l de cloreto, sendo mais que satisfatório, uma vez que, o método titulométrico apresenta muitas fontes de incerteza. Como contribuição para o baixo valor da incerteza, destacase o uso de material de referência certificado e equipamentos mais precisos. 5. CONCLUSÃO O método apresentou desempenho satisfatório nos parâmetros avaliados no estudo de validação. A principal característica do método validado foi a obtenção de um limite de quantificação de 1,66 mg/l, capaz de atender a norma mais restritiva entre as que foram apresentadas na aplicação, referindo-se a Resolução Conama 396, a qual apresenta um limite de quantificação praticável de 2,0 mg/l para o seu atendimento. O laboratório possui um histórico satisfatório nos programas interlaboratoriais de cloreto, em especial, para os valores mais baixos, o que assegura a confiança dos resultados gerados mais próximos do limite de quantificação proposto na Conama 396. Ao realizar o cálculo de incerteza do cloreto, pode-se observar a importância de se expressar um valor baixo, principalmente quando é necessário atender aos VMP s das normas, já que em casos de incertezas altas, poderá colocar um parâmetro fora do limite estabelecido. O método mostrou ser uma alternativa viável para o monitoramento de cloreto e atendimento as normas apresentadas e também possui grande vantagem, quando comparado em termos de custo, às demais técnicas analíticas destinadas ao mesmo fim. RECONHECIMENTOS Os autores agradecem ao Sistema Firjan pelo estímulo a produção científica e a seus colaboradores, além do apoio da FINEP pelo projeto RESAG. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] STANDARD Methods for the Examination of Water and Wastewater. Colorimetric Method 4500-Cl - B, 22 nd ed. New York: American Public Health Association, 2012, p [2] INMETRO - Orientações sobre validação de métodos analíticos DQO-CGCRE-008, revisão 4 Jul/2011. [3] WORLD HEALTH ORGANIZATION - Guidelines for Drinking-water Quality, 4 th ed., [4] WORLD HEALTH ORGANIZATION; UNICEF. Progress on sanitation and drinking-water 2013 update [5] Cloretos. Disponível em:< aguasinteriores/ variaveis/ aguas/variaveis_quimicas/cloreto.pdf>. Acesso em: 07 de agosto de [6] EURACHEM, 2000, Quantifying Uncertainty In Analytical Measurement. Laboratory of the Government Chemist, Final Draft: Eurachem Workshop, Helsinki. [7] Guia para a Expressão da Incerteza de Medição, Terceira edição brasileira em língua portuguesa Rio de Janeiro: ABNT, INMETRO, SBM.