Edson Gonçalves Moreira

Desenvolvimento, produção e certificação de materiais de referência. Estudo de caso: elementos em mexilhão Edson Gonçalves Moreira Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares, IPEN CNEN/SP emoreira@ipen.br 21 de outubro de 2010

Elementos em mexilhão Materiais de referência; Projeto para produção; Determinação de elementos químicos; Mexilhão Perna perna; Preparo do material de referência; Caracterização.

3.2 ISO Guia 35 Materiais de referência - 1 material de referência certificado MRC material de referência, caracterizado por um procedimento metrologicamente válido para uma ou mais propriedades especificadas, acompanhado de um certificado que fornece o valor da propriedade especificada, sua incerteza associada e uma declaração de rastreabilidade metrológica.

Materiais de referência - 2 Verificação do desempenho de instrumentos Calibração de instrumentos Avaliação de incertezas Verificação do desempenho de laboratórios Materiais de Referência Validação de métodos Controle de qualidade interno Verificação do desempenho de analistas (Barwick e col., 2001)

O quê? Para quê? Quem? Quanto? Projeto para a produção - 1 Questões econômicos? Questões legais? Questões ambientais? Questões científicas?

Projeto para a produção - 2 ISO ABNT Assunto ISO Guide 30: 1992 (2 ed.) ABNT ISO Guia 30: 2000 (1 ed.) Termos e definições ISO Guide 31: 2000 (2 ed.) ABNT ISO Guia 31: 2004 (2 ed.) Certificados e rótulos ISO Guide 32: 1997 (1 ed.) ABNT ISO Guia 32: 2000 (1 ed.) Calibração em Química Analítica ISO Guide 33: 2000 (2 ed.) ABNT ISO Guia 33: 2002 (1 ed.) Utilização de MRC ISO Guide 34: 2000 (2 ed.) ABNT ISO Guia 34: 2004 (1 ed.) Requisitos para competência de produtores ISO Guide 35: 2006 (3 ed.) Em produção Certificação ISO Guide 30 Amd. 1: 2008 ISO Guide 34: 2009 (3 ed.)

Projeto para a produção - 3 ISO - REMCO Assunto ISO/AWI Guide 79 ISO/CD Guide 80 ISO/TR 10989:2009 ISO/WD TR 11773 MRs para análise qualitativa MRs internos Categorias de MR Transporte 2010: ABNT CEE-150 Espelho do ISO REMCO ISO/NP TR 16476 Rastreabilidade metrológica

Projeto para a produção - 4 Projeto piloto do INMETRO para acreditação de produtores de MRC NBR ISO/IEC 17025 ABNT ISO Guia 34

Determinação de elementos Elemento %, m/m O 65 C 18 H 10 N 3 Ca 1,5 P 1,2 S 0,2 Cl 0,2 Na 0,1 Mg 0,05 Fe, Co, Cu, Zn, I < 0,05 cada Se, F < 0,01 cada Elementos essenciais: Fe, Co, Cu, Mn, Mo, Zn. Elementos tóxicos: Cd, Hg, Pb, Pu, U. Poluição: As, Cd, Co, Cr, Cu, Hg, Mn, Ni, Pb, Sn, Tl. Não se degradam, difícil remediação; Bioacumulam; Biomagnificam.

O mexilhão - 1 Perna perna (Linnaeus, 1758); Mexilhão mais abundante do gênero Mitilus no Brasil; Produção em cooperativas do litoral Norte do estado de São Paulo; Mexilhões são fontes de alimentos saudáveis; Mexilhões são utilizados no monitoramento ambiental.

O mexilhão - 2 Praia da Cocanha

Preparo do material de referência - 1 Seleção do local de coleta e análises preliminares Amostragem Limpeza prévia das conchas Homogeneização do tecido úmido Liofilização Moagem e peneiramento Ajuste da umidade Homogeneização Envase Esterilização com raios gama 164 kg de mexilhões de mitilicultura 36 kg de tecido úmido 5,4 kg de tecido seco 2,4 kg de tecido seco moído 171 frascos 13 g cada Caracterização

Preparo do material de referência- 2

Caracterização do material Atividade microbiológica; Umidade residual: Termogravimetria; Estufa; Distribuição granulométrica; Estabilidade Homogeneidade Determinação dos elementos de interesse.

Atividade microbiológica Radiação gama: 1, 2, 3, 4, 5, 15, 25, 30 e 50 kgy; Cultura de suspensões, a 20 o C; Observação das placas em estereoscópio binocular após 1 semana. 495 ufc/g para amostra úmida; Esterilização: 5 kgy.

Distribuição granulométrica Distribuição de densidade 6 5 4 Ajuste Modelo de Gauss R 2 = 0,973 Diâmetro modal = 94,6 ± 0,8 µm 3 2 1 0 0,01 0,1 1 10 100 1000 Diâmetro, um Distribuição de densidade 6 5 4 3 2 1 0 0,0 0,1 1,0 10,0 100,0 1000,0 Diâmetro, um MR NIST 2976 NIST 1566b DORM-2 IAEA-407

Caracterização dos elementos de interesse Estudos de homogeneidade; Estudos de estabilidade INAA - Ag, As, Br, Co, Cr, Cs, Eu, Fe, La, Na, Rb, Sc, Se, Th, Zn. AAS - Cd, Hg, Pb. Programa colaborativo.

Estudo de homogeneidade Materiais sólidos são, em princípio, não homogêneos; Na prática, o estudo é usado para garantir que as diferenças entre os frascos do MR não são significativas, se comparadas com a incerteza da caracterização do material. Entre frascos Dentro do frasco contribuição à incerteza do valor certificado; quantidade mínima de amostra;

Estudo de homogeneidade entre frascos Dentro do os grupos Abordagem por ANOVA: Frasco 1 Frasco 2 Frasco k 8 sub-amostras 8 sub-amostras 8 sub-amostras 8 medições por INAA 8 medições por INAA Entre grupos 8 medições por INAA Hipótese do teste: as amostras pertencem a populações com mesma média; H 0 = Não há diferença entre os frascos; H 1 = Há alguma diferença entre os frascos. SeF=variância entre grupos <F c H 0 é aceito. variância dentro do grupo

Análise de tendência Concentração, Concentration, % 2.4 2.2 2.0 1.8 1.6 Na y = -5E-05x + 1.9152 R 2 = 8E-05 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 Ordem Measurement de medição order n = 47 x = 1,91 % (m/m) DP = 0,07 % (m/m) Uso de modelo linear Y = ax + b (a=0) ; (b = x) Concentração, % Concentration, % Na y = 0.0004x + 1.8817 2.4 R 2 = 0.0715 2.2 2.0 1.8 1.6 0 20 40 60 80 100 120 140 160 Ordem Bottle de order frasco Teste de significância: Hipótese do teste: nenhum dos coeficientes de regressão são significativos; H 0 : a = 0; H 1 : a 0.

Resultados da ANOVA Hipótese do teste: Fonte de Valor de MQ F variação p Fc As entre 0,247 0,723 0,610 2,443 dentro 0,342 Fe entre 719 1,210 0,321 2,438 dentro 595 Se entre 0,0367 1,138 0,355 2,438 dentro 0,0323 Elemento H 0 = Não há diferença entre os frascos; H 1 = Há alguma diferença entre os frascos. F= variância entre grupos variância dentro dos grupos SeF<F c : H 0 é aceita.

Estudo de estabilidade Estabilidade a curto prazo: condições de transporte; Estabilidade a longo prazo: estimar o tempo de prateleira do material;

Estudo de estabilidade a curto prazo - 1 Estudo isócrono 4 alíquotas por frasco 2,0 meses 1,5 mês 1,0 mês 0,5 mês 0 mês -20 o C X X 20 o C X X 40 o C X X 60 o C X X X X X X X

Estudo de estabilidade a curto prazo - 2 Concentração, µg/kg 650 600 550 500 Cd y = 5,46x + 532,76 R 2 = 0,027 Controle 20 C 40 C 60 C 450 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 Tempo, meses Concentração, mg/kg 6,0 5,3 4,5 3,8 Se y = 0,0776x + 4,3982 R 2 = 0,0749 3,0 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 Tempo, meses Controle 20 C 40 C 60 C

Estudo de estabilidade a longo prazo - 1 12 meses 10 meses 08 meses 06 meses 04 meses 02 meses 0 mês -20 o C X X X 20 o C X X X X

Estudo de estabilidade a longo prazo - 2 As Hg 1,5 1,5 Q T 1,0 Q T 1,0 0,5 0 2 4 6 8 10 12 14 Tem po, m eses 0,5 0 2 4 6 8 10 12 14 Tem po, m eses

Programa colaborativo - 1 07 laboratórios nacionais; 07 laboratórios do exterior; 6 determinações replicatas em dois frascos. 43 elementos; 06 radionuclídeos; INAA, k 0 -INAA, PGNAA, CV AAS, ET AAS, F AAS, ICP OES, WD XRF, α-espectr. e γ-espectr. Valores de consenso: Estimativa do valor médio: média robusta de Hubert, H15; Estimativa da incerteza desse valor, u H15 = u car.

Gráficos de Youden Ag Cs 3,5 1 0,14 1 Resultado 2 3,0 2,5 2,0 9 12 13 Resultado 2 0,12 0,10 0,08 6 11 13 1,5 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 Resultado 1 15 0,06 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14 Resultado 1 15 Co - a 1 Co - b 1 4 2 1,2 6 Resultado 2 3 2 1 00 1 2 3 4 Resultado 1 6 8 9 10 11 12 13 15 Resultado 2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 Resultado 1 8 9 10 11 12 13 15

Programa colaborativo - 2 Na Cd 3,5 1,00 Concentração, % 3,0 2,5 2,0 1,5 Concentração, mg/kg 0,75 0,50 0,25 1,0 14A 1A 1B 11A 11B 7B 1C 1D 15A 7A 9B 13B 13A 9A 6B 6A 3A 3B 8A 12A 12B 8B 2A 2B Laboratório 0,00 14A 8A 1B 1A 8B 7A 7B 3A 3B Laboratório Zn Fe 155 700 Concentração, mg/kg 135 115 95 Concentração, mg/kg 625 550 475 75 9B 9A 7B 15A 11A 11B 10A 1A 1B 8A 6B 6A 13B 13A 10B 8B 7A 12B 12A 400 10A 4A 4B 7B 10B 8A 11A 8B 6A 11B 6B 1A 1B 9B 9A 13B 13A 7A 3A 3B Laboratório Laboratório

Programa colaborativo - 3 MRC 2 car 2 bb 2 lts U = k u + u + u + u 2 sts Cd Mn 0,08 2,0 Concentração, mg/kg 0,06 0,04 0,02 0,00 ubb ults ucar umrc Concentração, mg/kg 1,5 1,0 0,5 0,0 ubb ucar ults umrc fonte de incerteza fonte de incerteza

Programa colaborativo 4 Critérios para atribuição de valores certificados: Laboratórios: 4; Princípios analíticos: 2; Incerteza expandida: 20 %; Valores informativos: B, C, N, O, Ti, Si. 40 K, 210 Pb, 232 Th, 234 U, 235 U, 238 U. Al, Cu, Eu, Hf, I, Ni, P, S, Pb, Sm, Sr, U, Yb. Valores de referência: Ag, Br, Cd, Ce, Cr, Cs, Fe, Hg, La, Rb, Sc, V. Valores certificados: As, Ca, Cl, Co, K, Mg, Mn, Na, Se, Th, Zn.

Projeto para certificação Dentro do frasco Quantidade mínima de amostra Estudo de homogeneidade Entre frascos Homogeneidade ok? u bb Sim! A curto prazo Tendências? Não! u sts Estudo de estabilidade A longo prazo Tendências? Não! u lts Tempo de prateleira Caracterização Valores de propriedade e incertezas U CRM van der Veen et. al., Accred. Qual. Assur. (2001) 6: 290-294

Desenvolvimento, produção e certificação de materiais de referência. Estudo de caso: elementos em mexilhão Edson Moreira emoreira@ipen.br