FUNDAMENTOS DE ANÁLISE INSTRUMENTAL Profa. Denise Esteves Moritz

O que esperar? Conhecimento prévio? Habilidade? Aplicabilidade? Importância? O que esperar ao final da disciplina?

Química Analítica A química analítica é uma ciência metrológica que busca desenvolver, otimizar e aplicar ferramentas analíticas para obter informações a respeito da composição química, bioquímica e da estrutura da matéria, visando a resolução de problemas científicos, técnicos, econômicos e sociais.

Conhecimento prévio! PRÉ-REQUISITOS O aluno deve ter conhecimento prévio sobre conceitos de química geral, tais como estrutura atômica, fórmulas moleculares e estruturais, ligação química, polaridade e forças intermoleculares, funções orgânicas. Cálculos básicos Excel Básico

Química Analítica Análise Quantitativa Estrutural Qualitativa

Análise Qualitativa  Tem como objetivo a identificação do analito na amostra:  íons  moléculas  espécies atômicas  grupos funcionais  Origina uma resposta binária: sim/não.  A incerteza é dependente do método ou da técnica adotada.  Exemplos: identificação de hidrocarbonetos aromáticos na atmosfera, pesticidas em alimentos, drogas no sangue, íons metálicos em uma amostra, etc.

Análise Quantitativa  Tem como objetivo determinar a quantidade de um analito em uma porção do material (amostra):  íons  moléculas  espécies atômicas  grupos funcionais  Origina uma resposta numérica.  A incerteza dessa resposta está implicitamente relacionada às incertezas de todas as etapas adotadas durante o procedimento experimental.

Análise Estrutural  Tem como objetivo principal estabelecer a estrutura de uma espécie química ou bioquímica.  A informação pode-se referir a uma substância pura (ex. proteína) ou no conjunto (ex. distribuição espacial dos componentes em uma amostra).

Analíticos Instrumentais Análise qualitativa quantitativa estrutural Métodos Analíticos Clássicos Analíticos Instrumentais

Métodos Analíticos Clássicos  Os métodos clássicos apresentam três características importantes relacionadas à obtenção das informações qualitativas e quantitativas:  uso dos sentidos (mudança de cor e cheiro)  uso de balança (gravimetria) e bureta (volumetria)  emprego de reações químicas como operações prévias fundamentais do procedimento analítico

Plano de Ensino http://www.analiseinstrumental.ecaths.com/materi a/

O que é a informação analítica desejada? Determinação de baixas concentrações de elementos e espécies em materiais de interesse: alimento, ambiental, industrial... Fonte: FJ Krug 12

Métodos Analíticos Instrumentais  Os métodos instrumentais apresentam como característica principal a obtenção das informações por meio de instrumentos, diferentes aos utilizados nas análises clássicas:  Técnicas Ópticas: Espectrofotometria molecular (absorção e emissão), Espectrometria atômica (absorção e emissão)  Técnicas Eletroanalíticas: Condutometria, Potenciometria, Polarografia, Coulometria, Voltametria  Técnicas Magnéticas: Espectrometria de massas, Ressonância magnética nuclear  Técnicas Térmicas: Análise térmica diferencial, Termogravimetria  Técnicas Radioquímicas: Análise por ativação neutrônica

Aplicabilidade Indústria, na medicina e em todas as outras ciências. As concentrações de oxigênio e de dióxido de - usadas para diagnosticar e tratar doenças. As quantidades de hidrocarbonetos, óxidos de nitrogênio e monóxido de carbono presentes nos gases de descarga veiculares - para se avaliar a eficiência dos dispositivos de controle da poluição do ar. As medidas quantitativas de cálcio iônico no soro sangüíneo ajudam no diagnóstico de doenças da tireóide em seres humanos. A determinação quantitativa de nitrogênio em alimentos indica o seu valor protéico e, desta forma, o seu valor nutricional.

Aplicabilidade cont. A análise do aço na sua produção - o ajuste nas concentrações de elementos, como o carbono, níquel e cromo, para que se possa atingir a resistência física, a dureza, a resistência à corrosão e a flexibilidade desejadas. O teor de mercaptanas no gás de cozinha deve ser monitorado com freqüência, para garantir que este tenha um odor ruim a fim de alertar a ocorrência de vazamentos. Os fazendeiros planejam a programação da fertilização e a irrigação para satisfazer as necessidades das plantas, durante a estação de crescimento, que são avaliadas a partir de análises quantitativas nas plantas e nos solos nos quais elas crescem.

Fonte: FUNDAMENTOS DE QUÍMICA ANALÍTICA – EDITORA THOMSON pag. 4

Introdução à Análise Instrumental QUÍMICA ANALÍTICA Métodos Qualitativos Métodos Quantitativos “A Química Analítica é a arte de reconhecer diferentes substâncias e determinar seus constituintes” Ostwald, 1894 O que tem? Quanto tem?

Introdução à Análise Instrumental Métodos Clássicos Separação e identificação de componentes através de técnicas simples Precipitação Extração Destilação Exemplos: VOLUMETRIA E GRAVIMETRIA Simplicidade e Confiabilidade

MÉTODOS ANALÍTICOS QUANTITATIVOS massa ou o volume de uma amostra que está sendo analisada. Duas medidas! Intensidade de luz ou carga elétrica. Analito: Os analitos são os componentes de uma amostra a ser determinados. propriedade elétrica, como o potencial, corrente, resistência e quantidade de carga elétrica. interação entre a radiação eletromagnética e os átomos ou as moléculas do analito -a produção de radiação pelo analito

Métodos Instrumentais e as Propriedades Físicas Medidas

Métodos métodos gravimétricos método volumétrico métodos eletroanalíticos métodos espectroscópicos

Métodos Gravimétricos determinam a massa do analito ou de algum composto quimicamente a ele relacionado.PREV Método Volumétrico Mede-se o volume da solução contendo reagente em quantidade suficiente para reagir com todo analito presente. NEXT

Métodos eletroanalíticos Envolvem a medida de alguma propriedade elétrica, como o potencial, corrente, resistência e quantidade de carga elétrica. Métodos Espectroscópicos baseiam-se na medida da interação entre a radiação eletromagnética e os átomos ou as moléculas do analito, ou ainda a produção de radiação pelo analito.

Outros Métodos! razão massa-carga de moléculas por espectrometria de massas, velocidade de decaimento radiativo, calor de reação, condutividade térmica de amostras, atividade óptica e índice de refração.

Introdução à Análise Instrumental Métodos Instrumentais Medidas de propriedades físicas das substâncias através do desenvolvimento de equipamentos Condutividade Elétrica Absorção ou Emissão de Luz Análises cada vez mais sofisticadas

Introdução à Análise Instrumental Métodos Estequiométricos São aqueles também chamados de clássicos, pois fazem uso dos princípios fundamentais da química. A medida de um sinal analítico é diretamente relacionada à concentração do elemento de interesse. Em muitos casos não se conhece perfeitamente a reação química envolvida e, por isso mesmo, esses métodos sempre requerem calibração. Métodos Não Estequiométricos

Introdução à Análise Instrumental Métodos Instrumentais e as Propriedades Físicas Medidas

Introdução à Análise Instrumental Seleção dos Métodos Instrumentais Objetivo da análise Exatidão requerida Teor do componente presente na amostra Recursos disponíveis Número de amostras a analisar Composição química da amostra Quantidade de amostra O USO DE UM EQUIPAMENTO SOFISTICADO PARA A DETECÇÃO DE UM SINAL ANALÍTICO NÃO É GARANTIA DE UM RESULTADO EXATO!

Escolha do método  Características do método  Eficiente, simples e rápido  Não deve implicar em danos aos materiais usados na análise  Não deve ser passível de erros sistemáticos  Ter boa seletividade  Se possível, ter mínima manipulação  Resultados devem ser obtidos com a máxima segurança operacional

UMA ANÁLISE QUANTITATIVA TÍPICA fator econômico! compromisso entre a exatidão requerida e o tempo e recursos disponíveis para a análise UMA ANÁLISE QUANTITATIVA TÍPICA amostra representativa 1 Essa propriedade deve variar de uma forma conhecida e reprodutível com a concentração cA do analito. Idealmente, a medida da propriedade é diretamente proporcional à concentração.

Processamento da Amostra! Medidas diretas? Preparação da Amostra de Laboratório? Sólido; líquido ou gasoso? Alterações Físicas e Químicas?PREV

Como estudar Análise Instrumental? EPB

Problemática: O incidente começou quando um guarda florestal encontrou um cervo de cauda branca morto, próximo a um lago na região oeste de Kentucky. O guarda florestal solicitou a ajuda de um químico do laboratório estadual de diagnóstico veterinário para encontrar a causa da morte, visando tentar prevenir futuras mortes de cervos. Poucos dias após o início das investigações, o guarda encontrou mais dois cervos mortos no mesmo local.

Investigação? Os investigadores notaram que a grama nos arredores dos postes da linha de transmissão de energia estava seca e descolorida. Um ingrediente comumente encontrado em herbicidas é o arsênio em alguma de suas várias formas, incluindo trióxido de arsênio, arsenito de sódio, metanoarsenato monossódico e metanoarsenato dissódico.

O Que ocorreu? sal dissódico do ácido metanoarsênico, CH3AsO(OH)2 - reatividade ante a grupos (S–H) cisteína das enzimas de plantas reage com compostos de arsênio - a função da enzima é inibida e a planta finalmente morre. Infelizmente, efeitos químicos similares acontecem também em animais.

Como foi analisado? Estratégia para a determinação de arsênio em amostras biológicas pode ser encontrada nos métodos publicados pela Associação dos Químicos Analíticos Oficiais (Association of Official Analytical Chemists – AOAC); Este método envolve a destilação do arsênio como arsina, que é então determinada por medidas colorimétricas.

Processamento da Amostra: os cervos foram dissecados e seus rins, removidos para análise - Cada rim foi cortado em pedaços, triturado e homogeneizado em um liquidificador de alta velocidade. Três amostras de 10 g do tecido homogeneizado de cada cervo foram colocadas em cadinhos de porcelana. Para se obter uma solução aquosa do analito para a análise, foi necessário calcinar ao ar a amostra até convertê-la a cinzas - pentóxido de arsênio. O sólido seco presente em cada cadinho foi então dissolvido em HCl diluído, que converteu o As2O5 a H3AsO4 solúvel.

Interferências O arsênio pode ser separado de outras substâncias que podem interferir na análise pela sua conversão à arsina, AsH3, um gás incolor tóxico que é evolvido quando a solução de H3AsO3 é tratada com zinco. H3AsO3 + 3Zn + 6HCl AsH3(g) + 3ZnCl2 + 3H2O Solução Colorida

Medida Quantitativa do Analito Cor? Espectrofotometria! um instrumento chamado espectrofotômetro, para medir a intensidade da cor vermelha formada nas cubetas. fornece um número chamado absorbância, que é diretamente proporcional à concentração da espécie responsável pela cor. As absorbâncias das soluções-padrão contendo concentrações conhecidas de arsênio são lançadas em um gráfico para produzir uma curva de cali- bração,

Esse valor é comparado com a concentração desejável Esse valor é comparado com a concentração desejável. A diferença é então utilizada para determinar ações apropria- das (como a diminuição no uso de herbicidas à base de arsênio) de forma que garanta que os cer- vos não sejam envenenados por quantidades excessivas de arsênio no meio ambiente, que neste exemplo é o sistema controlado.

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PADRONIZAÇÃO E CALIBRAÇÃO Conceitos: Precisão Exatidão Limite de detecção Limite de quantificação Etc.