V WORKSHOP SOBRE PREPARO DE AMOSTRAS

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 E-mail: pvolivei@iq.usp.br

1860 G. Kirchhoff e R. Bunsen amostragem de sólido

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

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

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

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

ETAAS Análise de Soluções (Decomposição de Amostra) ETAAS Análise de Sólidos (suspensão) (direta) Materiais orgânicos e inorgânicos Quantidades de Amostras (10 1000 g) Preparação da Amostra quarteamento homogeneização secagem ou liofilização moagem tamanho de partículas Sub Amostra m = 250 5000 mg (n = 1-3) Digestão ou Dissolução Diluição Sub amostra (n=1-5) m=10 100 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

AMOSTRADOR DE SÓLIDOS analytikjenaag

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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

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 0,020 - - - - TiO 2 0,070 7-15 10 ZrO 2 0,020 2 20 30 - - Tamanho de Partícula: 10 50 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

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

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)

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 ± 0.3 12.4 ± 0.7 24.5 ± 0.3 2.1 ± 0.8 11.7 ± 0.7 22.9 ± 0.6 3.1 ± 0.3 12.3 ± 0.8 23.8 ± 2.1 Tubo: 750 cycles ; Plataforma: 350 cycles

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

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

Distribuição do Tamanho de Partículas Areia antes da moagem

Distribuição do Tamanho de Partículas Areia após a moagem

Determinação de Fe em Areia HOMOGENEIDADE x TAMANHO DE PARTÍCULA Absorbancia / massa de areia 12 RSD = 57% Areia não moída 10 8 6 4 2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011121314151617181920 número de determinações Absorbancia / massa de areia 12 10 8 6 4 2 0 RSD = 13% Areia moída 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011121314151617181920 número de determinações Tamanho de Partícula: 500 µm Tamanho de Partícula: 10 µm

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 0 2 4 6 8 10 12 14 Fe (ng) Absorbancia Integrada (s -1 ) 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 Solução Aquosa Amostra Sólida 0 2 4 6 8 10 12 Fe (ng)

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

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

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

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

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) 0,00 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 101112131415161718 cm RAIZ DO CABELO PONTA DO CABELO

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 0,00 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 cm RAIZ DO CABELO PONTA DO CABELO

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)

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

Determinação de Cu nas diferentes frações obtidas por SDS-PAGE Determinação Cu por SS-ETAAS m = 100-1000 ug

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)

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)

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: 100-500 mg? Baixa Disponibilidade de Amostra??? M. Rossbach, P. Ostapczuck, H. Emons, Fresenius J. Anal. Chem., 360 (1998) 380

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

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)

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

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

TAMANHO DE PARTÍCULA: MW + ESTUFA 10 8 Volume (%) 100 5 min 80 0,1 1 10 100 1000 6 4 2 60 40 20 0 10 8 0,1 0,1 1 10 10 100 100 1000 1000 30 min 0 100 80 6 4 2 60 40 20 0 0,1 1 10 100 0 1000 Diâmetro da partícula (µm)

TAMANHO DE PARTÍCULA: Moagem 5 min 10 8 Volume (%) 0,1 1 10 100 1000 100 mw + estufa 80 6 4 2 60 40 20 0 10 8 0,1 0,1 1 10 10 100 100 1000 1000 liofilizado 0 100 80 6 4 2 60 40 20 0 0,1 1 10 100 0 1000 Diâmetro da partícula (µm)

Precisão e Exatidão x Massa de amostra Bovine Liver NIST 1577b Zn 127 ± 16 µg/g 180 160 0,080 mg 140 [Zn] (mg/kg) 120 100 1: 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: 0,101-0,120 80 3: 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: 0,201-0,400 60 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Intervalo de massa (mg)

Precisão e Exatidão x Massa de amostra Fígado Bovino Liofilizado (moinho bolas) Zn 126 ± 11 µg/g 180 160 0,040 mg [Zn] (mg/kg) 140 120 1: 0,001-0,020 6: 0,061-0,070 100 2: 0,021-0,030 7: 0,071-0,080 3: 0,031-0,040 8: 0,081-0,100 80 4: 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: 0,201-0,300 60 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Intervalo de massa (mg)

Precisão e Exatidão x Massa de amostra Fígado Bovino Seco em Estufa (moinho bolas) Zn 128 ± 12 µg/g 200 150 100 [Zn] (mg/kg) 50 0-50 0,070 mg 1. 0,001-0,010 5. 0,041-0,050 9. 0,091-0,110 2. 0,011-0,020 6. 0,051-0,060 10. 0,111-0,160 3. 0,021-0,030 7. 0,061-0,070 11. 0,161-0,200 4. 0,031-0,040 8. 0,071-0,090 12. 0,201-0,400-100 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Intervalo de massa (mg)

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