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Aspectos gerais sobre
preparo de amostras
Joaquim A. Nóbrega
djan@terra.com.br
Técnicas Espectroanalíticas
- FAAS
- GFAAS
- ICP OES
- ICP-MS
- Aspecto comum: amostras são usualmente
introduzidas como soluções
A sequência analítica: as
principais etapas de uma análise
1. Definição do problema
2. Seleção do método
3. Amostragem: coleta de uma amostra representativa; preparo da amostra laboratorial; replicatas
4. Preparo da amostra: obtenção de soluções a partir da amostra
5. Separação: eliminação de interferências
6. Execução de medidas (sinal analítico x concentração: calibração)
7. Cálculo dos resultados e estimativa de confiabilidade (validação)
8. Ação
Preparo de Amostra
- A etapa de preparo da amostra é geralmente a mais cara e que envolve mais consumo de tempo e esforço
- O tempo total envolvido na análise pode ser determinado pelo tempo gasto na etapa de preparo da amostra (“Amostragem e preparo de amostra ainda determinam o tempo total de análise e são etapas limitantes do processo”.)
Preparo de Amostra
- O melhor preparo de amostra é não ter que
prepará-la (Determinação direta de Cd em
urina por ETV-ICP OES)
- Procedimentos “Dilua-e-determine”
- Determinação da composição inorgânica de
leite por ICP’s
- Diluição com água: resultados inexatos!
- Diluição com aminas: OK!
Escolha do Método
- Determinação de Ca em água
- Determinação de Ca em carbonato de cálcio
- Determinação de Ca em vidro
Escolha do Método
- Formas de Hg em urina
- Formas de As em frutos do mar
- Cr(VI) em ligas, cimentos, carros etc.
Cr(VI) – Especiação Redox
US EPA Método 3060A: “…é um procedimento de digestão alcalina desenvolvido para extrair compostos solúveis e insolúveis de solos, lodos e sedimentos. O método foi desenvolvido para extrair todas formas solúveis, adsorvidas e precipitadas de cromo hexavalente e ao mesmo tempo assegurar que nenhum cromo trivalente é oxidado e que nenhum cromo hexavalente é reduzido”.
Cr(VI) – Especiação Redox
- 2,5 g amostra
- 0,28 mol/L Na2CO3 + 0,5 mol/L NaOH
- 90 – 95 oC
- 1 h
- Determinação?
Escolha do Método: Parâmetros
- Quais espécies serão determinadas? Quais as faixas de concentrações dessas espécies?
- Qual informação se busca? qualitativa semiquantitativa quantitativa
- Qual o grau de exatidão necessário?
- Quais são os constituintes da matriz da amostra?
- Quais são as propriedades químicas e físicas da amostra bruta? (homogeneidade)
- Quantas amostras serão analisadas? Qual a quantidade de cada amostra disponível para análise?
Escolha do Método: Requisitos Gerais
- Precisão
- Exatidão
- Seletividade
- Sensibilidade
- Limite de detecção
- Frequência analítica
Esciolha do Método: Requisitos Especiais
- Microanálise
- Controle de produção
- Química Forense
- Variação temporal
- Especiação química (As, Hg, Cr…)
Escolha do Método: Restrições
- Custo
- Espaço laboratorial
- Infra-estrutura laboratorial
- Tempo disponível
- Habilidade do analista
Escolha do Método: Questões
- Trata-se da aplicação de um método padrão ou será necessário desenvolver ou modificar um método e demonstrar sua eficiência?
- Tratando-se da aplicação de um método padrão, o mesmo se aplica para o tipo de matriz presente na amostra?
- Quais os teores de analitos esperados nas amostras?
- Qual a exatidão e a precisão requeridas para efetivo uso dos resultados gerados?
- Trata-se de uma amostra que implica em toxicidade para o analista?
- A amostra requer algum procedimento especial de manipulação (e.g. radioativa, sensível ao ar, higroscópica)?
Escolha do Método: Questões
- Quantas replicatas são necessárias?
- Qual a quantidade de amostra necessária?
- Qual a quantidade de amostra disponível?
- Qual tipo de frasco deveria ser usado?
- As amostras devem ser preservadas?
- Qual o custo aceitável para a análise?
- Qual a urgência (real) para emissão de
resultados?
Pré-tratamento de Amostra
- Pré-tratamento da amostra inclui todos
procedimentos para o preparo da amostra no
laboratório
- Pré-tratamento depende do estado original
da amostra
- A maioria das técnicas instrumentais de
medida requer uma etapa prévia de digestão
da amostra
Pré-tratamento de Amostra
- As principais razões para o pré-tratamento de amostra são:
- Homogeneização
- Dissolução de materiais sólidos
- Separação de substâncias interferentes
- Pré-concentração de analitos
- Ph. Quevauviller, Sci. Tot. Environ.,176:141,1995.
Pré-tratamento de Amostra
- Operações preliminares de tratamento
geralmente são físicas
- Moagem
- Secagem
- Filtração
- Centrifugação
- Destilação
Preservação de Amostras
- Liofilização (meio aquoso, alimentos, resíduos)
- Irradiação (amostras biológicas) – estabilidade do analito precisa ser estabelecida
- Antioxidantes (amostras líquidas) – avalie efeitos de interferência específicos
- Anticoagulantes (sangue e amostras clínicas) – contaminação
- Autoclave (fluidos biológicos e solos) – avalie efeitos de interferência específicos
- Ácidos (água) – evite hidrólise
Preparo de Amostra: Homogeneização
- Homogeneização – visando obter uma
amostra representativa
- Etapa importante na análise da maioria dos
materiais
- Grau de homogeneidade requerido depende
predominante/e do tamanho da subamostra
- Identificação de heterogeneidades por
análises paralelas de várias subamostras do
mesmo material
Preparo de Amostra: Homogeneização
- Aspecto crítico: contaminação (amostra pode ser
mais dura que o material do dispositivo usado para
moagem)
- Reações químicas: oxidação Fe(II); perda de água
- Materiais moles:
- Moinhos de alta velocidade
- Liofilização pulverização
- Materiais duros:
- Moinhos de bolas
Engelsen & Wibetoe, Fresenius J. Anal. Chem.,366:494,2000.
Temperatura ambiente Moagem criogênica
Sequência Analítica
- Amostragem
- Moagem / homogeneização (10 min – 2 h)
- Amostra representativa
- Pesagem (3 - 5 min)
- Digestão (30 min to 48 h)
- Diluição (3 – 5 min)
- Medida (2 – 10 min)
Digestão de Amostra
Dissolução é definida como o simples processo de
dissolver uma substância em um líquido sob
temperatura relativamente baixa
O termo digestão (decomposição) se refere a um
processo mais complexo que geralmente é
conduzido sob maior temperatura e/ou sob maior
pressão com a ajuda de reagentes e dispositivos
especiais.
Digestão de Amostra
Biológica
C2H4 + 12 HNO3 Δ 12 NO2↑ + 8 H2O + 2 CO2↑
Geológica
SiO2 + 4 HF Δ 2 H2O + SiF4↑
Metais
Cu + 2 HCl Δ H2↑ + Cu2+ + 2 Cl-
Digestão de Amostra
“A digestão de amostra desempenha uma
papel central na maioria dos processos
analíticos, mas não é frequentemente
reconhecida como uma etapa importante
em química analítica, com atenção especial
sendo direcionada para a etapa de
determinação.”
H. Matusiewicz, Wet digestion Methods, In: Z. Mester and R.E.
Sturgeon, Eds., Sample Preparation for Trace Element
Analysis. Elsevier, 2003.
Digestão de Amostra
1. Digestão por via úmida
2. Combustão
3. Fusão
Digestão de Amostra
1. Digestão por via úmida
1.1. Sistemas abertos
1.2. Sistemas fechados
2. Combustão
2.1. Sistemas abertos
2.2. Sistemas fechados
2.3. Sistemas dinâmicos
3. Fusão
Digestão de Amostra
1. Digestão por via úmida
1.1. Sistemas abertos
1.2. Sistemas fechados
com aquecimento convencional
com aquecimento assistido por radiação micro-ondas
2. Combustão
2.1. Sistemas abertos
Via seca
Combustão sob baixa temperatura
2.2. Sistemas fechados
Combustão em frasco fechado
com aquecimento convencional
com aquecimento assistido por radiação micro-ondas
2.3. Sistemas dinâmicos
3. Fusão
com aquecimento convencional
com aquecimento assistido por radiação micro-ondas
Preparo de Amostra – Ideal
Segurança
Multi-elementar
Frequência analítica (tempo)
Volume do digerido? Reagentes? Custo?
Resíduos? (Química Verde)
Experiência do analista
Baixa acidez residual
Baixo conteúdo de sólidos dissolvidos
Baixo teor de carbono residual (RCC)
Efeito do Teor de Carbono Residual
sobre Determinações Analíticas
1. ICP-MS Interferência poliatômica: e.g. 52Cr+ (12C40Ar+) e 53Cr+ (13C40Ar+)
2. HGAAS: As e Se (elevado sinal de fundo e supressão de sinal)
3. Polarografia: Supressão de sinal de Cd e Pb
4. Digestão incompleta pode diminuir a liberação do analito da matriz
A etapa de pré-tratamento pode
afetar…
- A exatidão e confiabilidade do resultado.
- A quantidade total de tempo e esforço
envolvidos na execução da análise. Muitos
métodos instrumentais de análise requerem
pré-tratamento de amostra mais simples que
os métodos clássicos.
Avaliação de um procedimento de digestão
- Perda de analitos (As, Hg, S, Se, I)
- Contaminação (adsorção, dessorção)
- Eficiência de digestão (teor de carbono residual –
RCC)
- Tempo
- Energia necessária
- Trabalho requerido
- Frequência analítica
- Automação
Preparo de Amostra – Desafios Críticos
- Frequência analítica
- Procedimentos gerais
- Reagentes: propriedades, compatibilidade com
técnica instrumental, pureza, segurança e custo
- Análise de Traços
- 1 ppb = 1 µg / L 1 s em 31,7 anos
- Análise de especiação
- Castanha do Pará
- Elevados teores de Se
- Elevados teores de Ba
- Formas químicas?
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