Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF) Instituto de Ciências Exatas Depto. de Química QUI 102 - Metodologia Analítica Aula 2 - Preparo de Amostras Sólidas Prof. Julio C. J. Silva Juiz de For a, 2011
A qualidade do resultado de uma análise química depende de muitos fatores. Entre os mais importantes pode ser destacado: Controle da amostragem definido A definição dos critérios de amostragem: Tipo de amostra a ser coletada e a metodologia analítica a ser aplicada Representatividade da amostra é essencial para o sucesso da análise. Homogeneidade ou heterogeneidade. Procedimento de coleta e amazenagem. Problemas de contaminação devem ser observados com cuidado.
Fatores que podem influenciar na composição química da amostra: Temperatura Reações com a atmosfera Adsorção/absorção de água Perdas das frações mais finas (poeira) Desgaste mecânico
AMOSTRAS HOMOGÊNEAS Gases e líquidos, na maioria das situações qualquer porção é representativa 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. Deve ser considerado que 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.
PREPARAÇÃO DE AMOSTRAS PARA ANÁLISE ROCHAS Amostras devem ser lavadas e retiradas toda e qualquer fonte de eventual contaminação. A lavagem deve ser feita com água natural e posteriormente com água destilada seguida de secagem em estufa a 60 C Materiais que podem contaminar amostras de rochas: Restos de fitas, colas, tinta, poeira, etc. As partes alteradas devem ser eliminadas ou não? A decisão sobre a fração da amostra que deve ser efetivamente pulverizada para análise deve ser do responsável pela coleta, levando-se em consideração os objetivos e aplicação dos resultados. Em relação à representatividade é importante destacar os aspectos relacionados com a granulomentria.
AMOSTRAS PARA ANÁLISE BRITAGEM Consiste na primeira etapa da redução do tamanho da amostra, em geral, reduzindo para grãos de aproximadamente 1 a 5 mm. A liga metálica usada na construção do equipamento deve ser considerada para definir possíveis elementos que poderão ser incorporados à amostra neste processo.
Britador
PREPARAÇÃO DE AMOSTRAS PARA ANÁLISE MISTURA DE AMOSTRAS SÓLIDAS (QUARTEAMENTO) Em certos casos a amostra deve passar por um quarteamento ou por um amostrador. Esta é a forma de garantir redução do tamanho e boa representatividade, evitandose pulverização de grandes volumes.
PREPARAÇÃO DE MISTURA DE AMOSTRAS SÓLIDAS (QUARTEAMENTO) Quarteador Jones. Homogeinizador/divisor divisor
PREPARAÇÃO DE PENEIRAÇÃO UTILIZADA PARA SELECIONAR UMA GRANULOMETRIA ESPECÍFICA AS PENEIRAS PODEM APRESENTAR GRANULOMETRIA EM MESH e mm 80 mesh = 0,177 mm = 80 tyler 100 mesh = 0,149 mm = 100 tyler MAIOR VALOR mesh MENOR VALOR mm
PULVERIZAÇÃO porcelana A amostra será colocada na granulometria desejada. Manualmente, por meio de um grau com pistilo, construído em ágata, porcelana, quartzo, ferro ou outro material, dependendo do interesse e da análise que será realizada. ágata
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 para a granulometria. MOINHOS DE BOLA
PULVERIZAÇÃO MOINHOS DE ANÉIS E CILINDRO (moinho de panelas)
AMOSTRAGEM E PREPARAÇÃO DE ESQUEMA DOS RECIPIENTES DE ANÉIS, CILINDROS BOLAS. GIIL, R.1997, Modern Analytical Geochemistry:An Introduction to Quantitative Chemical Analysis Techniques for Earth, Environmental and Materrials Scientists. Ed. Addison Wesley Longman Limited England, 329 p
CONTAMINAÇÕES Graus e pistilos de ágata contaminam a amostra com quartzo. Ligas de carbeto de tungstênio (WIDIA) contaminam com W, Ti e Co e em algumas situações com elmentos-traços. Ligas Fe-Mn contaminam com estes elementos e outros elementos-traços. As peneiras construídas em latão, bronze e aço podem levar a contaminação de Cu, Zn, Fe. O aquecimento ocasionado durante pulverizações prolongadas, pode provocar oxidação de ferro-ferroso para ferroférrico, perda de dióxido de carbono em calcita ou a volatilização de elementos como o As, Cd, Pb, Se e Hg.
AMOSTRAGEM E PREPARAÇÃO DE AMOSTRAS PARA ANÁLISE CONTAMINAÇÕES MATERIAL Carbeto de tungstênio Al 2 O 3 (safira artificial) Carbeto de Boro Alumínio - Cerâmica Ágata CONTAMINAÇÃO/ ELEMENTOS Co Ti Ta W Al Cr Fe B Ga Mn Zr B Cu Ni Al Cu Fe Ga Li Ti Zn B Cu Si CONC. NA AMOSTRA 1 (SiO 2 ) -ppm 32 124 5 não determinado >2000 225 8,7 2,2 2,5 1,1? 23 2,7 2,4 >2000 2,6 34 21 1 11 2,9 1,8 1,1 não determinado CONC. NA AMOSTRA 2 (SiO 2 )-ppm 8,6 102 5 não determinado >2000 228 26 1,7 3,3 2,3? 30 2,1 2,3 >2000 2,0 55 54 1 31 <2,0 2,3 3,9 não determinado CONTAMINAÇÃO POR PENEIRAS TIPO DE PENEIRA Nylon - 200 mesh Latão - 100 mesh Aço Inox - 100 mesh CONTAMINAÇÃO PELOS ELEMENTOS (ppm) nunhuma B, Co, Cu, Fe, Mn, Ni, Sn e Zn 1,4-7,2-5,1-20 -2,0-1,2-3,2-1,7 B, Co, Fe, Mn, Ni e Zn 1,9-9,1-17-3,2-3,8-1,5 Dados de THOMPSON E BANKSTON (1970) - POTTS (1992)
LIMPEZA DO RECIPIENTE DE PULVERIZAÇÃO
Umidade em amostras Amostras sólidas contém água em equilíbrio com a atmosfera Umidade relativa e temperatura ambiente Secagem antes da análise
Água essencial Parte integrante de um composto em uma quantidade estequiométrica Água de constituição a água não está presente como H 2 O no sólido, mas é formada quando este se decompõe pela ação do calor. 2 NaHCO 3 300 C Na 2 CO 3 + H 2 O + CO 2 Ca(OH) 2 800 C CaO + H 2 O 2 Fe(OH) 3 1000 C Fe 2 O 3 + 3 H 2 O Água de hidratação/cristalização água participa da estrutura dos cristais, ou seja, é parte integrante do retículo cristalino em proporção fixa em relação aos íons presentes. É representada na fórmula química e é computada no cálculo do peso molecular. BaCl 2.2H 2 O, CuSO 4.5H 2 O, Na 2 SO 4.10H 2 O, CaSO 4.2H 2 O, CaC 2 O 4.2H 2 O
Água não essencial Retida fisicamente Não faz parte da composição química do composto sem estequiometria Ocorre em todos os sólidos Água adsorvida poros, interstícios, capilares, etc. Água de oclusão água aprisionada
Efeitos da temperatura e umidade Umidade relativa (UR) razão entre a pressão de vapor da água no ar e pressão de vapor da água saturada no ar Exemplo: A 25 ºC, a pressão parcial da água no ar saturado é 23,76 torr. Portanto, quando o ar contém água a uma pressão parcial de 6 torr, a umidade relativa é 25,3%. UR 25 90%: BaCl 2.2H2O (s) UR < 25%: BaCl 2.H2O (s) UR < 8 %: BaCl 2(s) (100-120 o C)
Água adsorvida (pequenas quantidades) Adsorção e liberação rápida (10 15 min) Água absorvida (grandes quantidades) equilíbrio pode levar dias
Água de oclusão Não está em equilíbrio com a atmosfera Aquecimento difusão da água Crepitção quebra do material cristalino (explosão) Determinação de água nas amostras Aquecimento até massa constante Técnicas termo gravimétricas
AMOSTRAGEM E PREPARAÇÃO DE AMOSTRAS DE ÁGUA PARA ANÁLISE
Referências Geraldo Boaventura. Notas de Aula. UnB Otto Alcides Ohlweiler. Química Analítica Quantitativa. Volume 2. livros Técncos e Científicos S.A. Edenir R. P. Filhos. Notas de Aula. UFSCar (http://erpf.sites.uol.com.br) Harris, D.C. Análise Química Quantitativa, Editora LTC, 5 a Ed., 2001 Skoog, West, Holler, Crouch. Fundamentos de Química Analítica, Editora Thomson, 8 a Ed., 2006 Bicudo, C.E.M., Bicudo, D.C. Amostragem em Limnologia, Edito Rima, 2004. Stoeppler, M. Sampling and Sample Preparation, Editora Springer, 1997