V WORKSHOP SOBRE PREPARO DE AMOSTRAS

Transcrição

1 V WORKSHOP SOBRE PREPARO DE AMOSTRAS ANÁLISE DIRETA DE SÓLIDOS EM ESPECTROMETRIA DE ABSORÇÃO ATÔMICA COM ATOMIZAÇÃO ELETROTÉRMICA: ASPECTOS GERAIS E APLICAÇÕES Pedro Vitoriano de Oliveira Laboratório de Espectrometria de Emissão e Absorção Atômica (LEEAA) Instituto de Química USP [email protected]

2 1860 G. Kirchhoff e R. Bunsen amostragem de sólido

3 1959 Boris V. L Vov B. V. L Vov, Spectrochim. Acta, 39B (1984) 159 B. Welz, M. Sperling; Atomic Absorption Spectrometry Third, Completely Revised Edition, Wiley-VCH Verlag GmbH, Alemanah, 1999

4 Amostragem de Sólidos e Técnicas Espectroscópicas Arco e faísca para OES e MS Glow discharge para OES e MS Espectrometria de fluorescência de raio-x Amostragem de suspensões/sólidos em FAAS Amostragem de suspensões em ICP OES e ICP-MS Ablação por laser para amostragem em ICP OES e ICP-MS Amostragem de suspensão/direta de sólido em ETAAS Amostragem de suspensão/sólido com vaporização eletrotérmica em ICP-OES e ICP-MS

5 Amostragem de sólidos/suspensões Vantagens: reduzir tempo de análise reduzir custo evitar contaminação evitar o uso de reagentes perigosos aumentar sensibilidade avaliar micro distribuição estudar homogeneidade minimizar interferências provocadas por ácidos métodos mais limpos

6 Amostragem de sólidos/suspensões Problemas: Introdução de amostras (ICP OES e ICP MS) Eficiência de atomização e ionização (ICP-OES e ICP-MS) Homogeneidade da amostra Calibração do instrumento Interferências espectrais Branco analítico

7 ETAAS Análise de Soluções (Decomposição de Amostra) ETAAS Análise de Sólidos (suspensão) (direta) Materiais orgânicos e inorgânicos Quantidades de Amostras ( g) Preparação da Amostra quarteamento homogeneização secagem ou liofilização moagem tamanho de partículas Sub Amostra m = mg (n = 1-3) Digestão ou Dissolução Diluição Sub amostra (n=1-5) m= mg Suspensão Sub amostra (n=3-10) m=0,050 10mg Análise Instrumental Processamento dos Dados Descarte e Lavagem de Material Fonte: Solid Sample Analysis, Edited by Ulrich Kurfürst, Springer, Berlin, 1998

8 AMOSTRADOR DE SÓLIDOS analytikjenaag

9 analytikjenaag

10 analytikjenaag

11 APLICAÇÕES DA SS-ETAAS Materiais de Alta Pureza Materiais de Difícil Decomposição Disponibilidade de Pequena Massa de Amostra Estudo da Homogeneidade M.A. Belarra, M. Resano, F. Vanhaecke, L. Moens, Trends in Anal.. Chem., 21 (2002) 828

12 APLICAÇÃO: Materiais de Alta Pureza Determinação de Si em óxido de Nióbio, Zircônio e Titânio Uso: Material Tecnológico Pureza: 99,997 99,999 % (Si < 1 µg/g) Limite de detecção de algumas técnicas espectroscópicas Amostra LD (µg/g) SS-ETAAS ETAAS ICP-OES XRFS SSMS Nb 2 O 5 0, TiO 2 0, ZrO 2 0, Tamanho de Partícula: µm Massa: 3 15 mg Mod. Quím.: 10 µg Pd + 10µg Mg Calibração: Sol. Aquosa H. M. Dong, V. Krivan, Spectrochim. Acta, 56B (2001) 1645 M. D. Huang, V. Krivan, Fresenius J. Anal. Chem., 368 (2000) 227

13 Concentração de Si determinado em amostras de Nb 2 O 5, TiO 2 e ZrO 2 Amostra Concentração (µg/g) SS-ETAAS ETAAS DC-AES Nb 2 O 5 1,1 ± 0,2 - - TiO 2 73 ± 8 76 ± 4 75 ± 5 ZrO 2 27 ± 2 25 ± 4 - H. M. Dong, V. Krivan, Spectrochim. Acta, 56B (2001) 1645

14 Determinação de Cu, Fe e Pb em Ag 2 O Ag 2 O sem moagem Tamanho médio de partículas: 34 µm Intervalo de massas: 70 to 190 µg to Cu 30 to 150 µg to Fe 80 to 250 µg to Pb RSD>10% C. S. Silva (pós-doutorado)

15 Determination of Cu, Fe and Pb in Ag 2 O (% oxide ± sd, n=5) Element ICP OES ETAAS SS ETAAS Cu Fe Pb 2.5 ± ± ± ± ± ± ± ± ± 2.1 Tubo: 750 cycles ; Plataforma: 350 cycles

16 APLICAÇÕES DA SS-ETAAS Materiais de Alta Pureza Materiais de Materiais de Difícil Difícil Decomposição Decomposição Disponibilidade de Pequena Massa de Amostra Estudo da Homogeneidade M.A. Belarra, M. Resano, F. Vanhaecke, L. Moens, Trends in Anal.. Chem., 21 (2002) 828

17 DETERMINAÇÃO DE Fe EM AREIA Aplicação: Indústria de vidro Fe: impureza Procedimento convencional Moagem + Digestão Reagentes: HCl/HF/HClO 4 Tempo gasto: 4 horas SS-ETAAS Moagem Tempo gasto: 30 minutos C. S. Silva, C. S. Nomura, J. A. Nóbrega, P. V. Oliveira

18 Distribuição do Tamanho de Partículas Areia antes da moagem

19 Distribuição do Tamanho de Partículas Areia após a moagem

20 Determinação de Fe em Areia HOMOGENEIDADE x TAMANHO DE PARTÍCULA Absorbancia / massa de areia 12 RSD = 57% Areia não moída número de determinações Absorbancia / massa de areia RSD = 13% Areia moída número de determinações Tamanho de Partícula: 500 µm Tamanho de Partícula: 10 µm

21 Determinação de Fe em Areia USO DE MODIFICADORES QUÍMICOS 1 2 Sem Mod. Quim. Com 50 µg Pd 1. Fe (s) Fe (g) 2. FeO (s) FeO (g) Fe (g) + 1/2 O 2(g) Absorbância Integrada (s -1 ) 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 Solução Aquosa Amostra Sólida Fe (ng) Absorbancia Integrada (s -1 ) 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 Solução Aquosa Amostra Sólida Fe (ng)

22 Determinação de Fe em Areia Amostra Referência Com Mod. Quim. Sem Mod. Quim. A1 0,015 0,017 ± 0,001 0,013 ± 0,001 A2 0,017 0,014 ± 0,001 0,016 ± 0,001 A3 0,015 0,011 ± 0,003 0,012 ± 0,001 A4 0,015 0,015 ± 0,001 0,011 ± 0,001 A5 0,016 0,018 ± 0,002 0,012 ± 0,001 n = 5

23 APLICAÇÕES DA SS-ETAAS Materiais de Alta Pureza Materiais de Difícil Decomposição Disponibilidade de Pequena Massa de Amostra Estudo da Homogeneidade M.A. Belarra, M. Resano, F. Vanhaecke, L. Moens, Trends in Anal.. Chem., 21 (2002) 828

24 APLICAÇÃO EM QUÍMICA FORENSE Determinação de resíduo de Sb após disparo com arma de fogo Massa de amostra: 1,0 2,0 mg W. Lichtenberg, Fresenius Z. Anal. Chem, 328 (1987) 367

25 APLICAÇÃO EM QUÍMICA AMBIENTAL Determinação de Pb, Cd e Hg em pena de aves Massa de amostra: 0,05 1,00 mg Cd Pb Cd e Pb: Contaminação Exógena Hg: Contaminação Endógena Hg E. Hahn, K. Hahn, C. Mohl, M. Stoeppler, Fresenius J. Anal. Chem., 337 (1990) 306

26 APLICAÇÃO EM QUÍMICA AMBIENTAL Determinação de Cd em cabelo C. S. Nomura (Tese de Doutorado)

27 0,25 Lavagem: (a) Acetona (b) Acetona e HCl 0,1 M 0,20 0,15 (a) Cd (mg kg -1 ) 0,10 0,05 0,00 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 (b) 0, cm RAIZ DO CABELO PONTA DO CABELO

28 Pb (mg kg -1 ) 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 (a) (b) Lavagem: (a) Acetona (b) Acetona e HCl 0,1 M 0, cm RAIZ DO CABELO PONTA DO CABELO

29 Separação de proteínas por SDS-PAGE 97kDa 66kDa 45kDa 31kDa 86kDa 73kDa 64kDa 56kDa 50kDa 42 e 40kDa 37kDa SDS-PAGE: (a) padrão de proteínas (b) água de coco 21kDa 19kDa (a) (b) R. C. Siloto (Dissertação de Mestrado)

30 A B C SDS-PAGE de amostras de água de coco: (A) padrões de proteínas (B) amostra 1 (C) amostra 2

31 Determinação de Cu nas diferentes frações obtidas por SDS-PAGE Determinação Cu por SS-ETAAS m = ug

32 Pesos moleculares de proteínas x concentração de Cu j i h g f e d c b a j (45,6 47,3 kda) i (42,5 47,3 kda) h (41,0 42,5kDa) g (38,2 39,6 kda) f (33,1 34,3kDa) e (30,9 34,3kDa) d (24,1 24,9kDa) c (21,6 22,4kDa) b (18,8 19,4kDa) Bandas j i h g f e d c b a 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 Concentração relativa de Cu (ng/mg gel) a (17,5 18,1kDa)

33 Pesos moleculares de proteínas x concentração de Cu j i h g f e d c b a j (45,6 47,3kDa) i (41,0 42,5kDa) h (38,2 39,6kDa) g (36,8kDa) f (33,1 34,3kDa) e (29,8 30,9kDa) d (25,8 26,8kDa) c (24,1 24,9kDa) b (22,4 23,2kDa) a (20,9 21,6kDa) Bandas j i h g f e d c b a 0,0 0,1 0,2 0,3 Concentração relativa de Cu (ng/mg gel)

34 APLICAÇÕES DA SS-ETAAS Materiais de Alta Pureza Materiais de Difícil Decomposição Disponibilidade de Pequena Massa de Amostra Estudo da Homogeneidade M.A. Belarra, M. Resano, F. Vanhaecke, L. Moens, Trends in Anal.. Chem., 21 (2002) 828

35 APLICAÇÃO: Estudo De Microhomogeneidade A homogeneidade dos Materiais de Referência Certificados é uma propriedade crucial especialmente quando uma mínima massa de amostra de um determinado material utilizado para análise é considerado CRM s Representatividade: mg? Baixa Disponibilidade de Amostra??? M. Rossbach, P. Ostapczuck, H. Emons, Fresenius J. Anal. Chem., 360 (1998) 380

36 Controle da Microhomogeneidade de CRM s Concentração (mg/kg) Repolho Espinafre Folhas de Chá Cd < 0,5 1,5 0,030 ± 0,003 Cu 3,0 ± 0,3 12 ± 2 7,0 ± 0,3 Pb 10,8 ± 0,5 1,2 ± 0,2 0,80 ± 0,03 Ni 3,5 6,0 6,5 ± 0,3 Massa: Pb = 0,1 0,8 mg Cd = 0,6 2,0 mg Cu = 0,4 0,8 mg Ni = 1,5 2,5 mg Homogeneidade matriz, analito, [analito] U. Bagschick, D. Quack, M. Stoeppler, Fresenius J. Anal. Chem., 388 (1990) 386

37 APLICAÇÃO: Estudo da Microhomogeneidade em material biológico LIMPEZA QUARTEAMENTO SECAGEM MW: 30W 15 min + ESTUFA: 60 o C 48h LIOFILIZAÇÃO 48h MOAGEM E. Lucker, H. Konig, W. Gabriel, A. Rosopulo, Fresenius J. Anal. Chem., 342 (1992) 941 C. S. Nomura (Tese Doutorado)

38 MOAGEM: HOMOGENEIZAÇÃO MOINHO DE BOLAS m = 5 g Frasco de W 2 C 5 min 15 min 30 min 60 min Bolas de W 2 C

39 MOAGEM: HOMOGENEIZAÇÃO MOAGEM CRIOGÊNICA m = 1-2 g 3 CICLOS 5 min pré-congelamento 2 min moagem 1 min congelamento

40 TAMANHO DE PARTÍCULA: MW + ESTUFA 10 8 Volume (%) min 80 0, ,1 0, min , Diâmetro da partícula (µm)

41 TAMANHO DE PARTÍCULA: Moagem 5 min 10 8 Volume (%) 0, mw + estufa ,1 0, liofilizado , Diâmetro da partícula (µm)

42 Precisão e Exatidão x Massa de amostra Bovine Liver NIST 1577b Zn 127 ± 16 µg/g ,080 mg 140 [Zn] (mg/kg) : 0,001-0,020 5: 0,051-0,060 9: 0,091-0,100 2: 0,021-0,030 6: 0,061-0,070 10: 0,101-0, : 0,031-0,040 7: 0,071-0,080 11: 0,121-0,150 4: 0,041-0,050 8: 0,081-0,090 12: 0,151-0,200 13: 0,201-0, Intervalo de massa (mg)

43 Precisão e Exatidão x Massa de amostra Fígado Bovino Liofilizado (moinho bolas) Zn 126 ± 11 µg/g ,040 mg [Zn] (mg/kg) : 0,001-0,020 6: 0,061-0, : 0,021-0,030 7: 0,071-0,080 3: 0,031-0,040 8: 0,081-0, : 0,041-0,050 9: 0,101-0,150 5: 0,051-0,060 10: 0,151-0,200 6: 0,061-0,070 11: 0,201-0, Intervalo de massa (mg)

44 Precisão e Exatidão x Massa de amostra Fígado Bovino Seco em Estufa (moinho bolas) Zn 128 ± 12 µg/g [Zn] (mg/kg) ,070 mg 1. 0,001-0, ,041-0, ,091-0, ,011-0, ,051-0, ,111-0, ,021-0, ,061-0, ,161-0, ,031-0, ,071-0, ,201-0, Intervalo de massa (mg)

45 AGRADECIMENTOS Laboratório de Preparo de Amostras LAPA Laboratório de Espectrometria de Emissão e Absorção Atômica Profa. Dra. Elisabeth de Oliveira