Dra. Andréa Pires Fernandes

Apresentação em tema: "Dra. Andréa Pires Fernandes"— Transcrição da apresentação:

1 Dra. Andréa Pires Fernandes
UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA INSTITUTO DE QUÍMICA GRUPO DE PESQUISA EM QUÍMICA ANALÍTICA Preparo de Amostras Dra. Andréa Pires Fernandes

2 Missão da química analítica
Propor os meios para a determinação da composição química dos materiais

3 A seqüência analítica Pré-tratamento da amostra Definição do problema
Escolha do método Amostragem Pré-tratamento da amostra Medida Calibração Avaliação Ação

4 SEQUÊNCIA ANALÍTICA Qual a informação analítica necessária? - Amostragem: adequada? - Qual método de análise fornecerá a informação? - PREPARO: converter a amostra em forma adequada para análise. - Calibração: obtenção com padrões adequados. - Medição: obtenção de dados da amostra. - Avaliação: resultado obtido é confiável?

5 Definição do problema Determinação de elementos em baixas concentrações em diferentes amostras

6 Avaliação dos teores de mercúrio em águas e sedimentos

7 em amostras ambientais
Níveis típicos de Hg em amostras ambientais Ar Chuva Oceano aberto Água costeira Sedimentos marinhos Solos contaminados 1 - 4 ng m3 ng l-1 0,5 - 3 ng l-1 2 -15 ng l-1 < 100 ng g-1 µg g-1 Rios e lagos ng l-1 Sedimentos e solos < 700 ng g-1

8 A seqüência analítica Pré-tratamento da amostra Definição do problema
Escolha do método Amostragem Pré-tratamento da amostra Medida Calibração Avaliação Ação

9 Figura adaptada de http://www.perkinelmer.com/
Limites de detecção típicos para as principais técnicas espectroanalíticas Figura adaptada de

10 ESTRATÉGIAS ANALÍTICAS PARA A DETERMINAÇÃO DE METAIS E AMETAIS EM MAMÍFEROS AQUÁTICOS
ETAPAS DA ANÁLISE AMOSTRAGEM ESCOLHA DA TÉCNICA PRÉ-TRATAMENTO DETERMINAÇÃO CONTROLE DE QUALIDADE BRANCOS - REPLICATAS - MATERIAL DE REFERÊNCIA CERTIFICADO TRATAMENTO/INTERPRETAÇÃO DOS DADOS TRATAMENTOS PRELIMINARES DECOMPOSIÇÃO DA AMOSTRA (Skoog et al., 2006; Krug,2006)

11 AMOSTRAGEM ESCOLHA DAS ESPÉCIES/TECIDOS CONDIÇÃO DA CARCAÇA
“PROCESSO DE COLETAR UMA PEQUENA MASSA DE UM MATERIAL CUJA COMPOSIÇÃO REPRESENTE TODO O MATERIAL QUE ESTÁ SENDO AMOSTRADO”. (Skoog et al, 2006) ESCOLHA DAS ESPÉCIES/TECIDOS CONDIÇÃO DA CARCAÇA MATERIAL UTILIZADO E LOCAL DE COLETA ACONDICIONAMENTO DAS AMOSTRAS PROFISSIONAL QUALIFICADO (Geraci& Lounsburry,1993; O’Shea,1999)

12 DIFICULDADES AMOSTRAGEM ANIMAIS SELVAGENS
ENCALHES – CONDIÇÃO DA CARCAÇA LOCAL DE COLETA INADEQUADO TRANSPORTE P/ LABORATÓRIO DIFICULDADES

13 Pré-tratamento da amostra
É oportuno observar que, entre todas as operações analíticas, a etapa de pré-tratamento das amostras é a mais crítica. Em geral, é nesta etapa que se cometem mais erros e que se gasta mais tempo. É também a etapa de maior custo.

14 Tempo gasto na análise química
Preparo da amostra 61% Amostragem 6% Análise Tratamento dos dados 27% Adaptado de Ronald E. Major “An overview of sample preparation”, LC-GC,vol 9, nº1, 1991.

15 A importância do preparo de amostras nos
métodos analíticos Máxima 60,6% Nenhuma 1,6% Mínima 6,8% Moderada 31,0% Adaptado de Ronald E. Major “An overview of sample preparation”, LC-GC,vol 9, nº1, 1991.

16 Preparo da Amostra Os procedimentos de preparo de amostras dependem da natureza da amostra, dos analitos a serem determinados e sua concentração, do método de análise e da precisão e exatidão desejadas. ANÁLISE DIRETA ??? DILUIÇÃO ??? EXTRAÇÃO ??? DECOPOSIÇÃO POR VIA SECA ??? DECOMPOSIÇÃO POR VIA ÚMIDA ???

17 Rompimento das ligações/ destruição da estrutura cristalina
REAGENTES Rompimento das ligações/ destruição da estrutura cristalina AMOSTRA ENERGIA SOLUÇÃO ANALITOS Reagentes complementares Prof. Dr. Celso Spinola- UFBa

18 Procedimentos Físicos
Tratamentos Preliminares Lavagem Secagem Moagem Peneiramento Refrigeração Agitação mecânica Polimento Amostra Procedimentos Físicos

19 Atenção!!! Pode haver perdas de elementos por lixiviação
Tratamentos Preliminares Lavagem Normalmente é utilizada para poucos materiais, como partes de vegetais como raízes, folhas e frutos. Procedimento: solução detergente neutra (01-3% v/v) + água desionizada O procedimento deve ser rápido Atenção!!! Pode haver perdas de elementos por lixiviação

20 Tratamentos Preliminares
Secagem A secagem a peso constante é comum para amostras sólidas que apresentam água em quantidade variável e em forma não determinada. Solos, rochas, minérios e sedimentos Materiais biológicos Minerais (aluminatos, silicatos) 105 ºC 60 – 65 ºC (estufa com circulação forçada de ar) > 1000 ºC Atenção!!! Vegetais  secagem em sacos de papel ou algodão em estufa com circulação de ar por 48h ou até peso constante.

21 Tratamentos Preliminares
- ESTUFA COM CIRCULAÇÃO FORÇADA DE AR (60-65º C) - MICROONDAS DOMÉSTICO - LIOFILIZAÇÃO (remoção de água de uma amostra por sublimação a vácuo) Secagem

22 Tratamentos Preliminares
Moagem Melhora a homogeneidade da amostra Ocorre basicamente pelo choque entre a amostra e o material que compõe o moinho, logo é uma grande fonte de contaminação Pode ser promovida por esmagamento entre duas superfícies, fricção contra uma superfície e alteração e fragilização da estrutura Pode ser classificada como: grosseira, que é empregada como uma pré-moagem (5 mm); fina (63 μm) e extra-fina (< 63 μm)

23 Tratamentos Preliminares
Moagem grosseira Moagem extra-fina Moagem fina Moinho de disco Almofariz e pistilo Liquidificador Processador Moinho de facas Moinho de bolas Moinho vibracional Moinho de jato de ar Moinho criogênico Moinhos mecânicos  perdas de elementos voláteis devido ao aquecimento da amostra

24 Tratamentos Preliminares
Moagem criogênica Amostra Congelada em N2 (-196 ºC) ou acetona (-78 ºC) para aumentar a dureza e provocar falhas na estrutura Utilizado para materiais com baixo ponto de fusão que possam obstruir outros equipamentos (ex: gorduras e graxas duras), partes de plantas resistentes e elásticas, substâncias sensíveis à oxidação (ex: vitamina A e carotenos), substâncias que podem perder seu aroma (ex: café e pimenta) e também hormônios, pinicilinas e semelhantes Facilita a cominuição

25 Precauções A resistência à abrasão do material do equipamento deve ser sempre maior que o grau de dureza do material da amostra Os minerais em geral apresentam alto grau de dureza Dureza Mineral 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Talco Gypsum Calcita Fluor-spar Apatita Feldspato Quartzo Topázio Corundum Diamante Equipamentos desgastados propiciam maiores riscos

26 Tratamentos Preliminares
Separação de componentes de amostras sólidas Extração de espécies inorgânicas em amostras sólidas inorgânicas (p.e. solos). Lixiviação de compostos de elementos metálicos solúveis presentes em sólidos inorgânicos Filtração Materiais em suspensão podem entupir irreversivelmente nebulizadores pneumáticos utilizados em espectrometria atômica

27 Decomposição e solubilização de amostras
A grande maioria das técnicas analíticas usadas para determinação de elementos em amostras orgânicas e inorgânicas, requer que a amostra esteja na forma de uma solução aquosa. Algumas vantagens... As amostras na forma de soluções são mais versáteis que na forma de sólidos; As curvas analíticas de calibração podem ser feitas com soluções-padrão de fácil preparação; Diluições são simples; Separações de constituintes com ou sem pré-concentração são possíveis.

28 Parâmetros para a escolha do método de decomposição:
Amostra propriamente dita Elementos ou compostos a serem determinados Faixas de concentração Tipo, composição, e homogeneidade das amostras analíticas Quantidade de amostra disponível para análise Quantidade de amostra necessária para as determinações Requisitos especiais: local da análise, controle na produção

29 Escolha do método de pré-tratamento depende de várias considerações:
Solução obtida deve ser compatível com o método de determinação Exigências metrológicas Aspectos restritivos Calibrações exigidas (balança, temperatura, pipetas, balões volumétricos) Homogeneidade = f(massa de amostra, analitos) Repetibilidade e reprodutibilidade, acurácia, seletividade e limite de detecção Custo Tempo disponível Espaço físico Competência do analista

30 Técnicas Convencionais
Via úmida ácidos ou misturas de ácidos, agentes oxidantes Via seca (Combustão – mineralização) Incineração à pressão atmosférica Incineração à vácuo Fusão

31 PREPARAÇÃO DE AMOSTRAS
VIA SECA VIA ÚMIDA

32 Decomposição e solubilização de sólidos inorgânicos
Dissolução x Abertura Dissolução ou solubilização – significa que a amostra sólida, líquida ou gasosa é dissolvida em líquidos adequados a baixas temperaturas. Pode ou não ocorrer uma reação química. Abertura ou decomposição – significa converter a amostra em uma outra forma sólida com transformação química. A nova forma é facilmente solúvel em solução aquosa. Ex.: fusão de uma amostra de silicato insolúvel com Na2CO3 até a formação de um produto claro que se solidifica após esfriar, sendo prontamente dissolvido com solução de ácido nítrico diluído.

33 Mineralização e Decomposição da Matéria Orgânica
Amostras orgânicas ou de natureza mista sofrem dois processos distintos de ataque, que muitas vezes acontecem simultaneamente: mineralização e dissolução. Mineralização Destruição da mat. orgânica Dissolução Dissolução da mat. inorgânica

34 Um procedimento IDEAL para dissolução de amostras deve ser:
Capaz de dissolver a amostra completamente, sem deixar nenhum resíduo. Razoavelmente rápido para ser executado Os reagentes utilizados não deverão interferir na determinação do analito e/ou na separação dos constituintes de interesse. Os reagentes deverão estar disponíveis em alto grau de pureza para não contaminar as amostras. As perdas por volatilização, por adsorção e/ou absorção ou por quaisquer outras razões deverão ser desprezíveis; Tanto os reagentes como a amostra não deverão atacar o recipiente onde será feita a reação; As contaminações devidas ao ambiente deverão ser desprezíveis; O procedimento deve apresentar o mínimo de insalubridade e periculosidade; A solução final deverá conter todos os analitos de interesse.

35 Decomposição e solubilização de amostras
Ácidos Minerais Os ácidos minerais mais comuns são: HCl, HNO3, H2SO4, HClO4 e HF Deve-se considerar: Força do ácido; Ponto de ebulição; Poder oxidante do ácido e/ou de um de seus produtos de decomposição; Poder complexante com respeito aos íons de interesse; Solubilidade dos sais correspondentes; Grau de pureza e/ou facilidade de purificação; Aspectos relacionados à segurança durante a manipulação.

36 Classificação dos ácidos na decomposição de amostras por via úmida
Decomposição e solubilização de amostras Classificação dos ácidos na decomposição de amostras por via úmida Não oxidantes HCl HF H3PO4 H2SO4 diluído HClO4 diluído Oxidantes HNO3 HClO4 conc. a quente H2SO4 conc. a quente

37 Decomposição e solubilização de amostras
Ácido nítrico - HNO3 É o ácido mais usado na decomposição da matéria orgânica ORG + HNO NOx + CO2 + H2O Entra em ebulição à 120°C, o que facilita sua remoção após a oxidação, mas limita a sua eficácia Em sistemas abertos, não é oxidante suficientemente forte para mineralizar completamente o material orgânico

38 Decomposição e solubilização de amostras
Ácido sulfúrico – H2SO4 Possui elevado ponto de ebulição (máx. 339°C), o que aumenta a eficácia da decomposição, mas dificulta a sua remoção; Possui a desvantagem de formar compostos insolúveis com alguns metais: CaSO4 (pouco solúvel), BaSO4, SrSO4 e PbSO4; Sua viscosidade pode causar interferências em algumas técnicas de detecção (e.g. ICP, ETAAS)

39 Decomposição e solubilização de amostras
Ácido clorídrico – HCl Ponto de ebulição de 110°C Caráter não oxidante Dissolve sais de ácidos fracos (carbonatos, fosfatos); a maioria dos metais é solúvel com exceção de AgCl, Hg2Cl2 e TiCl Cloretos voláteis: As(III), Sb(III), Ge(IV), Se (IV), Hg(II), Sn(IV)

40 Decomposição e solubilização de amostras Ácido perclórico – HClO4
Utilizado com conhecimento e atenção, este reagente é extremamente eficiente na destruição da matéria orgânica. Do ponto de vista técnico, a mistura HNO3 e HClO4 é a que possui menos desvantagens. Mas devido a ocorrência de ocasionais explosões, é aconselhável evitar o seu uso. Algumas regras na manipulação: Nunca use ácido mais concentrado que 72%; Nunca deixe que o ácido concentrado a quente entre em contato direto com materiais facilmente oxidáveis; Não utilize capelas de exaustão com superfícies expostas construídas com material orgânico não recomendado (p.e. madeira); Não armazene o ácido com frascos contendo tampas de borracha; Lave o papel de filtro com bastante água após seu uso com ácido perclórico; Lave com água os locais onde o ácido possa ter entrado em contato.

41 Decomposição e solubilização de amostras
Misturas de ácidos minerais As misturas de ácidos são muito utilizadas porque: Diferentes propriedades úteis podem ser combinadas (um ácido com poder complexante com um ácido oxidante): HF + HNO3, HF + HClO4, HF + H2SO4, HF + HNO3 + HCl Dois ácidos podem reagir formando produtos com maior reatividade que qualquer um deles empregado isoladamente: Água régia (HNO3:HCl, 1:3) Uma propriedade indesejável em um ácido pode ser moderada pela presença de um segundo ácido: HNO3 + HClO4 A amostra pode ser dissolvida com um ácido, o qual é separado da mistura por um outro ácido que o substitui (HF + HClO4, HF + H2SO4).

42 Decomposição e solubilização de amostras
Misturas de ácidos com outros reagentes Utilizados para melhorar a eficiência da dissolução com um ou mais ácidos minerais: Agentes oxidantes: H2O2, Br2, KClO3 + HCl Eletrólitos inertes – são adicionados para aumentar o ponto de ebulição do ácido, resultando numa maior temperatura final para a dissolução (adição de Na2SO4, K2SO4 ou (NH3)2SO4 ao H2SO4). Agentes complexantes – mantém os analitos em solução, evitando a precipitação (ácido tartárico, cítrico e lático combinados com o HNO3 para dissolver ligas). Catalisadores – aumentam a velocidade de dissolução com ácidos (Cu2+, Hg2+). Peróxido de hidrogênio – H2O2 Misturas de ácidos com peróxido de hidrogênio são particularmente eficientes na oxidação da matéria orgânica. A água é o único produto de decomposição presente. É encontrado com alto grau de pureza. Combinado com o poder de desidratação do ácido sulfúrico, esse tipo de reação rapidamente degrada a matéria orgânica a espécies menores, que volatilizam facilmente.

43 Técnicas de Dissolução mais usadas
 VIA SECA Convencional (sistema aberto/fechado)  VIA ÚMIDA Forno de microondas (sistema focalizado/com cavidade)

44 Decomposição por fusão
Utilizado para material inorgânico de difícil dissolução, como: Cimento Aluminatos Silicatos Minérios de Ti e Zr Minérios mistos de Be, Si, Al Resíduos insolúveis de minério de ferro Óxidos de cromo, silício e ferro Óxido mistos de tungstênio, silício e alumínio

45 Decomposição por fusão
Procedimento geral: A amostra finamente moída é misturada intimamente com um eletrólito ácido ou básico Fundentes: Na2CO3(p.f. 851ºC), NaOH (p.f. 318ºC), Na2O2, KHSO4, etc.) A proporção entre a massa de amostra e do eletrólito (fundente) pode variar de 1:2 a 1:50 A mistura é geralmente colocada em um cadinho de níquel ou platina O cadinho é aquecido por um período de tempo suficientemente adequado para que a amostra fique totalmente dissolvida na solução fundida, resultando em um líquido bem claro. O material se solidifica quando resfriado a temperatura ambiente, sendo quebrado e transferido para um copo Se a fusão for bem sucedida o material será facilmente solúvel em água ou ácido diluído.

46 Decomposição por combustão (Dry ashing)
A calcinação em mufla baseia-se na queima da fração orgânica da amostra com o oxigênio do ar, obtendo-se um resíduo inorgânico solúvel em ácido diluído. A temperatura conveniente para pirólise da matéria orgânica encontra-se freqüentemente entre ºC. Procedimentos recomendados pela AOAC para determinação de minerais em alimentos.. Calcinação em mufla

47 Decomposição por combustão (Dry ashing)
Fornos tipo mufla

48 Decomposição por combustão (Dry ashing)
Vantagens: Possibilidade de tratar grande quantidade de amostra, sendo a relação massa de amostra/volume final muito flexível. A cinza resultante é livre de matéria orgânica o que é desejável para algumas técnicas analíticas. As cinzas podem ser dissolvidas em meio compatível com o método de determinação, sendo necessário uma pequena quantidade de ácido. Caracteriza-se pela simplicidade e baixo custo

49 Decomposição por combustão (Dry ashing)
0 → nenhuma perda + → 2 a 5% de perda ++ → 6 a 20% de perda +++ → >20% de perda Limitações: Requer um longo tempo para calcinação (> 12 h). Perdas da amostra como um aerossol sólido e/ou perda parcial ou total de vários elementos por volatilização (Hg, As, Se). Podem existir perdas devido a retenção de elementos-traço nas paredes do recipiente, ou através de combinações com constituintes das cinzas. Alto risco de contaminação. Difícil dissolução de algumas cinzas.

50 Procedimento analítico para amostras de plantas*
Pesar em cadinho de platina 1-3 g de amostra seca. Levar à mufla e elevar progressivamente a temperatura até atingir 450° C em 4 horas. Manter a essa temperatura por 16 horas. Após o resfriamento, adicionar 2 mL de água deionizada, 3 mL de HNO3 e 2 mL de HF. Evaporar lentamente até a secura em banho de areia ou placa de aquecimento. Repetir duas vezes o último passo adicionando 2 mL de HNO3 e 1 mL de HF. Dissolver o resíduo com 2 mL de HNO3, aguardar 15 min, adicionar 20 mL deionizada e aquecer até suave ebulição Após resfriamento, transferir para um balão volumétrico e aferir. * Método do Comité Inter-Instituts d’Etude des Techniques Analytiques

51 Aplicação 1 – Determinação de Al, Ba, Ca, Co, Cu, Fe, K, Mg, Mn, Ni, P e Zn em café cru Técnica: ICP OES Tratamento das amostras: incineração em mulfla a 450ºC por 24h e digestão ácida em bloco. Na calcinação: 1 g de amostra de café cru moído Dissolução das cinzas em HCl conc. Na digestão (12h): 1 g de amostra de café cru moído + 10 mL HNO3 conc. + 3 mL H2O2 30% (v/v). Resultados: o procedimento por via seca apresentou maior repetibilidade e exatidão. Morgano et al. Cienc. Tecnol. Aliment. 2002, 22(1),

52 Placa Aquecedora Banho Maria Bloco Digestor
Decomposição por via úmida (wet methods) ENERGIA TÉRMICA SISTEMA ABERTO Placa Aquecedora Banho Maria Bloco Digestor Chama (bico de Bunsen)

53 Decomposição por via úmida (wet methods)
Baseiam-se no aquecimento da amostra na presença de um ácido mineral oxidante geralmente concentrado. Nos métodos modernos de decomposição por via úmida, várias combinações e proporções de ácidos fortes garantem tanto a mineralização quanto a dissolução da amostra. Três deles contribuem especialmente para a destruição da matéria orgânica: HNO3, H2SO4, HClO4 A decomposição pode ser realizada à pressão atmosférica ou em recipiente fechado (bomba de decomposição PTFE clássica , microondas fechado). Utilizam diferentes fontes de energia: térmica (placa de aquecimento, bloco digestor), ultra-sônica e radiante (infravermelho, ultravioleta e microondas)

54 Aquecimento por condução
. . . . Correntes convectivas . . Temperatura da superfície externa é superior ao P.E.

55 Aquecimento condutivo
Decomposição por via úmida (wet methods) Aquecimento condutivo chapa bloco digestor Kjeldahl bomba

56 Sistema assistido por microondas
Decomposição por via úmida (wet methods) Sistema assistido por microondas Forno de microondas com cavidade Forno de microondas focalizadas

57 Decomposição por via úmida (materiais biológicos)
Moagem 100 – 500 mg Digestão com 5-10 ml HNO3 Digestão a frio durante 12 h é recomendável Requer digestão complementar com HClO4 (1-2 ml) Digestões durante 3-12 h (depende da matriz) Baixo custo de instrumentação Alta freqüência analítica ( amostras/digestão) Filme

58 Decomposição por via úmida (mat. biológicos)
Requer combinações: HClO4, H2SO4, H2O2 Geração de resíduos (soluções ácidas) Vapores corrosivos de NO2 (capelas e tratamento dos gases) Digestões podem demorar 5 dias (depende da matriz) Há riscos de perdas por volatilização: Hg (como elemento) As, B, Cr, Pb, Sn, Zn (como compostos halogenados)

59 Notas sobre a decomposição de materiais biológicos com HNO3 e H2SO4 em sistemas abertos
A máxima temperatura do meio de decomposição é limitada pelo ponto de ebulição do azeótropo HNO3/água (ca 120°C). H2SO4 pode ser usado para aumentar a temperatura da decomposição, mas há desvantagens: É difícil purificar o ácido Interfere em muito métodos devido à alta viscosidade Forma sulfatos de baixa solubilidade com muitos elementos (e.g. Cd, Pb, Sr, Ba), prejudicando a exatidão dos resultados Alto consumo de ácidos, leva a altos valores de brancos.

60 Decomposição por via úmida (wet methods)
Vantagens: As temperaturas atingidas são bem menores do que as necessárias na via seca, diminuindo, assim, perda por volatilização são minimizadas. Perdas por retenção nas paredes dos recipientes são menos freqüentes. As reações dos elementos traços com constituintes da amostra são limitadas.

61 Decomposição por via úmida (wet methods)
Limitações: Pode ocorrer co-precipitação de alguns elementos com um elemento principal da matriz. Por exemplo, Ca precipitar com CaSO4, se for utilizado H2SO4. A presença de cloretos pode levar a perda de alguns elementos por volatização (e.g. As) A dissolução incompleta é um risco maior na via úmida devido à escolha inadequada de reagentes ou um inapropriado programa de aquecimento (temperatura x tempo).

62 Aplicação 1 - Use of Doehlert design for optimizing the digestion of beans for multi-element determination by inductively coupled plasma optical emission spectrometry Wagna Piler Carvalho dos Santos1,2, Diogenes Ribeiro Gramacho1, Alete Paixão Teixeira1, Antônio Celso Spínola Costa1, Maria das Graças Andrade Korn1* 1 Núcleo de Excelência em Química Analítica (NQA-PRONEX), Grupo de Pesquisa em Química Analítica, Instituto de Química, Universidade Federal da Bahia, Campus de Ondina, Salvador, Bahia, Brazil. 2 Centro Federal de Educação Tecnológica da Bahia, Barbalho, , Salvador-Bahia

63 0,5 g de amostra de feijão moído + 7 mL HNO3 conc.
1 - Determinação de elementos essenciais (Ca, Cu, Fe, K, Mg, Mn, Ni, P, Zn) e não-essenciais (Al, Ba, Cd, Pb) em leguminosas de grão Técnica: ICP OES Tratamento das amostras: digestão ácida em chapa aquecedora por 20 minutos a 120 0C Na digestão (20 min): 0,5 g de amostra de feijão moído + 7 mL HNO3 conc. + 1 mL H2O2 30% (v/v). Resultados: o procedimento por via úmida apresentou boa repetibilidade e exatidão. Santos, W., Tese de Doutorado, 2007

64 Decomposição por via úmida com sistemas fechados
Comparando-se com os sistemas abertos, tem-se as seguintes vantagens: Não há perda por volatilização Menor tempo de reação (3 a 10 vezes) Melhor decomposição devido a maior pressão e temperatura atingidas. O “branco” é reduzido devido a menor quantidade de reagentes Nenhuma contaminação por fontes externas.

65 Decomposição por via úmida com sistemas fechados
Pode ser realizada utilizando-se: Bomba de decomposição PTFE clássica Microondas com recipiente Teflon, PFA ou TFM à baixa pressão (até 1,5 MPa) Sistema a alta pressão (até 15 MPa) com recipiente de TFM, PFA ou quartzo.

66 Decomposição por via úmida com sistemas fechados
Bomba de decomposição PTFE clássica Aquecidas em estufa ou mufla até 200°C Pressão: 0,1 a 30 MPa Amostra: 0,1 a 5 g

67 Bomba de decomposição PTFE
Volumes disponíveis: 23 ml, 45 ml e 125 ml

68 Aplicação Avaliação da contaminação ambiental por metais em lagostas (Spiny lobster) no litoral norte do Estado da Bahia Adriana Oliveira, Alete Paixão, Gabriel Luiz dos Santos, Joilma Menezes, João David Neto, Ludmila Manhaes, Maria Andréa da Silva, Sidney Santana, Suzana Más Rosa,Vitória Soares.

69 Avaliação da contaminação ambiental por metais em lagostas (Spiny lobster) no litoral norte do Estado da Bahia Objetivo Avaliar os impactos ambientais das atividades industriais no litoral norte do estado da Bahia, através da determinação de metais em amostras de sedimento e lagostas da espécie (Spiny lobster) coletados em estações próximas a emissários localizados na área de estudo. Objetivos Específicos Identificar e quantificar metais (Al, As, Cd, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Se, Sr, V e Zn) em amostras de sedimento, músculo e vísceras de lagostas. Obter dados preliminares sobre a contaminação por poluentes químicos na região utilizando sedimento como indicador ambiental e lagostas da espécie (Spiny lobster) como bioindicador.

70 JUSTIFICATIVAS EFLUENTES LANÇADOS ATRAVÉS DE EMISSÁRIOS +
FALTA DE MONITORAMENTO LAGOSTAS + SEDIMENTO: INDICADORES

71 PRÉ-TRATAMENTO SEPARAÇÃO DE VISCERAS LAVAGEM MÚSCULO VÍSCERAS

72 PRÉ-TRATAMENTO MOAGEM PENEIRAMENTO

73 DIGESTÃO DE AMOSTRAS 0.20g de AMOSTRA + 2 mL HNO3 2mL ÀGUA MILLIQ
14 HORAS 120º C

74 DETERMINAÇÃO DE METAIS
ICP OES

75 DESCRIÇÃO RESUMIDA DAS ETAPAS DAS ANÁLISES
Liofilização* moagem Peneira (300 µm) 0,20 g Digestão em bomba parr 14h = 120 °C Diluição para 15 mL Determinação de metais – ICP OES Tratamento e interpretação dos dados * Tempo de liofilização variável até completa sublimação

76 CONCLUSÕES GRANDE VARIABILIDADE ENTRE METAIS EM CADA ESTAÇÃO
AMOSTRAGEM INADEQUADA DE VÍSCERAS FALTA DE LIMITES ESTABELECIDOS PARA OUTROS ELEMENTOS IMPORTANTES NA LEGISLAÇÃO NECESSIDADE DE ESTUDOS LEVANDO EM CONSIDERAÇÃO TODA O ECOSSISTEMA DA REGIÃO

77 Temperatura: ? Emprego de bombas de digestão 250 mg de amostra +
2 ml HNO3 conc + H2O2 Temperatura: ?

78 Emprego de bombas de digestão

79 Emprego de bombas de digestão

80 Emprego de bombas de digestão

81 Decomposição por via úmida com Microondas

82 Espectro Electromagnético
Radiowaves X-Rays Ultraviolet Visible Infrared Microwave Laser Radiation 10-10 10-9 10-8 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 1 Wavelength (m) 3x1012 3x1010 3x108 3x106 3x104 3x102 Frequency (MHz) Molecular vibrations Inner-shell eletrons Outer-shell (valence) eletrons Molecular rotations

83 Principais componentes de
um forno de microondas Magnetron: gerador de microondas Guia de ondas: canal metálico, paredes refletoras, levam as microondas até a cavidade Cavidade: espaço interno do forno onde são colocadas as amostras (paredes feitas de material refletores de MW) Prato giratório: assegurar homogeneidade do aquecimento Espalhador de microondas: distribuir uniformemente a radiação que sai do guia de ondas Sistema de ventilação

84 Interação Radiação Microondas e Matéria
Reflexão Condutor Metais refletem energia microondas e não aquecem. Transparência Isolante Materiais transparentes à energia microondas - não são aquecidos. Absorção . Dielétrico Materiais absorvem energia microondas - aquecimento.

85 Aquecimento assistido por radiação microondas
Sample-acid mixture (absorbs microwave energy) Vessel wall (transparent to microwave energy) Microwave heating Localized superheating Reprinted with premission from Neas, E.; Collins, M. in “Introduction to Microwave Sample Preparation:Theory and Practice,” copyright 1988 by The American Chemical Society.

86 Líquidos (ácidos e solventes) são rapidamente aquecidos quando expostos à radiação microondas. Absorção ocorre principalmente por dois mecanismos: ROTAÇÃO DE DIPOLOS CONDUÇÃO IÔNICA

87 Como materiais são aquecidos?
 Rotação de dipolos  Depende da presença de moléculas polares.  Normalmente, moléculas polares estão orientadas ao acaso; contudo, em presença de um campo eletromagnético as moléculas são alinhadas.  Quando o campo oscila e a polaridade do campo eletromagnético varia em uma velocidade estabelecida pela freqüência, as moléculas tentam seguir a mudança do campo, causando atrito e, conseqüentemente, aquecendo o material.

88 Aquecimento Assistido por Radiação Microondas
Liner, sleeve and frame transparent to MW energy Sample-acid mixture absorbs MW energy Vapor is not heated by microwave Microwave-assisted heating Localized superheating

89 Aspectos Positivos da Tecnologia Microondas
Aquecimento volumétrico: energia rapida/e transferida para o material sendo aquecido. Economia de energia: perdas de calor por irradiação, condução e convecção são reduzidas (até 70%). Tamanho de equipamento reduzido em até 20%. Controle instantâneo do processo: início e parada rápidas.

90 Aspectos Positivos da Tecnologia Microondas
Transferência de energia limpa: usualmente via algum efeito de polarização no próprio material. Temperaturas elevadas. Controle de reações químicas: aceleração de processos químicos e reações sem solventes.

91 Aspectos Negativos da Tecnologia Microondas
Complexidade da área: difícil previsão da natureza exata da interação entre o campo eletromagnético e a matéria. Uniformidade de temperatura: profundidade de penetração da radiação. Medida de temperatura: a natureza pontual da maior parte dos procedimentos de medida de temperatura e a não uniformidade do aquecimento pode gerar dados incorretos.

92 Aspectos Negativos da Tecnologia Microondas
Custo de implementação: geral/e maior do que estratégias convencionais de aquecimento. Tamanho do magnetron e ciclo de trabalho. R & D: Novas aplicações geral/e exigem desenvolvimento e compreensão do comportamento da amostra. Isso implica que implementação imediata é inviável.

93 Decomposição por via úmida com Microondas
Microondas não focalizado

94 Frascos Fechados – Por-que?
Análise de Traços Eliminação do uso de ácido sulfúrico Digestão usando somente ácido nítrico Menor consumo de reagentes Menores brancos analíticos Menor custo de reagentes com alta pureza Evita perdas de analitos que podem gerar compostos alta/e voláteis Proteção do ambiente (vapores ácidos; menor volume de resíduos ácidos)

95 Controle direto de temperatura
Monitoramento e controle direto para um frasco de referência até 300°C com termopar ou fibra óptica Temperatura é medida 20 vezes por segundo Sensor inserido em tubo cerâmico inerte

96 Controle de temperatura em todos frascos (contact-less)
Sensor focalizado de IR Controle seqüencial de temperatura em todos frascos Perfil de variação de temperatura para cada frasco

97 Aspectos Positivos do Forno de Microondas com Cavidade
Possibilidade de atingir temperatura de trabalho > que P.E. dos reagentes (Pinterna) o que implica em processos de digestão mais rápidos e maior poder oxidante. Digestão simultânea de um grande número de amostras (6-50). Menor possibilidade de perdas e contaminação (frascos fechados).

98 Aspectos Positivos do Forno de Microondas com Cavidade
Menor consumo de reagentes, resultando em menores brancos analíticos e digeridos menos concentrados em ácidos. Menor geração de resíduos. Química limpa: redução de vapores desprendidos para o ambiente. Controle da distribuição da radiação microondas durante o processo de digestão aperfeiçoa a repetibilidade.

99 Aspectos Positivos do Forno de Microondas com Cavidade
Possibidade de usar reagentes com alta pureza, e.g. HNO3 e H2O2, sem perda de eficiência devido aos baixos P.E.. Possibilidade de trabalhar com soluções diluídas de ácido nítrico.

100 Aspectos Negativos do Forno de Microondas com Cavidade
Segurança: pressão. Segurança: riscos de explosão devido à geração de H2 durante a digestão de ligas e metais. Limitada massa de amostra. Limitações de temperatura e pressão devidos aos materiais dos frascos. Segurança: necessidade de trabalhar com amostras similares na maioria dos programas de aquecimento, i.e. amostras com teores similares de água e compostos orgânicos.

101 Aspectos Negativos do Forno de Microondas com Cavidade
Limitações práticas para adicionar reagentes durante a digestão. Necessidade de aguardar um longo tempo para abertura dos frascos após a digestão. Baixa reprodutibilidade ao empregar diferentes equipamentos ou frascos – mesmo para equipamentos e frascos produzidos por um mesmo fabricante, mas de diferentes lotes.

102 Decomposição por via úmida com Microondas
Microondas focalizado

103 Forno de Microondas com Radiação Focalizada
Adequado para massas de amostra elevadas Adição automática de reagentes (ou amostras) Pressão atmosférica (segurança) Temperaturas elevadas (uso de ácido sulfúrico) Múltiplos procedimentos simultâneos

104 Forno de Microondas com Radiação Focalizada: Aplicações Típicas
Massas de amostra elevadas (> 1 g) Amostras orgânicas – geração de gases Requer múltiplas adições de reagentes Requer variações de temperatura Requer ácido sulfúrico para atingir altas temperaturas Procedimentos de extração sob baixas temperaturas

105 Aplicação 5 – Determinação de nutrientes minerais e elementos tóxicos em cafés solúveis Técnica: ICP OES Tratamento das amostras: digestão com HNO3 conc. e H2O2 30% (v/v) 1 g de amostra de café 6 ml de NHO3 a 65% (v/v) 0,5 mL de H2O2 a 30 % (v/v) Número de amostras = 21 Resultados: Recuperações quantitativas (84-102%) foram obtidas para Na, K, Mg, Al, P, S, Ca, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, Cd, Sb, Pb, Cr e Sn. Somente uma amostra com 0,520,02 mg/kg de Cr estava acima do limite estabelecido pela Legislação Brasileira para alimentos. Santos e Oliveira. Food Compos. Anal. 2001, 14,

106 Aplicação 6 – Determinação de Ca, Cu, Fe, K, Mg, Mn, Na, Pb, S, Se, Si, Sn e Zn em cafés brasileiros com o objetivo de caracterização quanto a região geográfica e modo de produção. Técnica: ICP OES Tratamento das amostras: extração aquosa e digestão em forno de microondas fechado. Extração: 1,0 g de amostra + 10 mL de água fervente, centrifugar e acidificar o sobrenadante com HNO3 (0,014 mol L-1). Digestão: 0,25 g de café + 3 mL de HNO3 conc. + 1 mL de H2O2, em MW ( 700 W/15min). Resultados: Foi possível correlacionar a concentração dos elementos com o modo de produção (orgânico ou convencional). Fernandes et al. Spectrochim. Acta Part B. 2005, 60,

107 Aspectos Positivos do Forno de Microondas com Radiação Focalizada
Digestão de massas elevadas de amostra (até 10 g) – especial/e para amostras com alto teor de compostos orgânicos que geram elevados volumes de gases. Adição programada de reagentes. Segurança – pressão ambiente. Não há uma longa etapa de resfriamento e redução de pressão após a digestão.

108 Aspectos Positivos do Forno de Microondas com Radiação Focalizada
Uso de frascos construídos com diferentes materiais (PTFE, vidro borossilicato e quartzo). Possibilidade de implementar diferentes programas de aquecimento para diferentes amostras em cada frasco de digestão. Variedade de aplicações: extração de orgânicos, extração para especiação química, digestão ácida ou alcalina para determinação de teores totais.

109 Aspectos Positivos do Forno de Microondas com Radiação Focalizada
Trabalho sob elevadas temperaturas utilizando-se ácido sulfúrico. Remoção de vapores (para sistemas operando à pressão atmosférica) – aumento do rendimento reacional (Princípio de Le Chatelier) Segurança para processos reacionais sob baixa pressão. Possibilidade de combinação com outras fontes de energia (e.g. ultrassom) para acelerar o processo de digestão.

110 Aspectos Negativos do Forno de Microondas com Radiação Focalizada
Elevada acidez dos digeridos – pode dificultar a determinação de elementos por técnicas que envolvem a introdução de amostra por nebulização pneumática (requer elevada diluição). Elevados volumes de reagentes podem gerar brancos analíticos altos e grande produção de resíduos. Heterogeneidade de distribuição da radiação microondas: implica em diferentes condições em cada frasco reacional, o que afeta a eficiência de digestão (baixa repetibilidade).

111 Aspectos Negativos do Forno de Microondas com Radiação Focalizada
Uso de ácido sulfúrico (máximo P.E.) para aumento de temperatura em sistemas operando à pressão ambiente: a elevada viscosidade do ácido sulfúrico pode interferir no transporte de amostra e determinações dos analitos por técnicas como ICP OES e ICP-MS. Além disso, sulfatos insolúveis podem ser formados. Limitada freqüência analítica: 1 a 6 amostras, enquanto que no forno de microondas com cavidade pode-se processar até 80 amostras simultanea/e.

112 Conclusões O melhor procedimento para decomposição é aquele que resulte em alta porcentagem de recuperação, requer reduzido volume de reagentes, menor tempo de análise e pequeno potencial de contaminação O método de combustão, para a maioria dos metais, fornece resultados exatos; mas requer um tempo maior do que o necessário para análises por via úmida, especialmente aquelas utilizando sistema fechado ou microondas

113 Conclusões Para alguns elementos a extração ácida, sem dissolução completa da amostra, é suficiente para uma determinação quantitativa O método de digestão utilizando microondas tem se mostrado bastante promissor, obtendo-se alta recuperação, um tempo de digestão bastante curto e baixa contaminação

114 OBRIGADA!!!!