Amostragem e Métodos Analíticos

Apresentação em tema: "Amostragem e Métodos Analíticos"— Transcrição da apresentação:

1 Amostragem e Métodos Analíticos
Química Ambiental Engenharia Ambiental Prof. Alonso Goes Guimarães

2 Análise Química Promovem relevantes informações a estudos ambientais;
Monitoramento de espécies químicas em um determinado meio; Estudo e/ou pesquisa com propósito ambiental para obter resposta;

3 Análise Química Estudo ambiental
Quais os diferentes compostos de mercúrio existentes em uma lagoa contaminada? Quais os metais e suas respectivas concentrações no corpo hídrico?

4 Análise Química Monitoramento ambiental
Obter dados analíticos que devem ser comparados com valores previamente estabelecidos; Diagnosticar se critérios e/ou padrões de qualidade estão sendo obedecidos pelo objeto em estudo; O efluente lançado pela indústria está dentro dos parâmetros permitidos pela legislação?

5 Química Analítica É o ramo da química que se debruça na identificação ou quantificação de espécies ou elementos químicos; Na sua qualidade de ciência metrológica, passa a ser cada vez mais importante em transações econômicas do tipo comercial.

6 Importância na Qualidade de Vida
Maior interesse em temas como saúde, segurança e o meio ambiente; Informes e discussões/decisões em temas como qualidade das águas, dos sedimentos, dos solos, do ar, de resíduos; evidências em casos de envenenamento ou ingestão de drogas envolvendo investigações policiais (medicina forense);

7 A Química Analítica e outras ciências
Engenharias Medicina Nutrição Farmácia Geologia Oceanografia Direito Ciências ambientais

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9 Segurança da qualidade na determinação dos resultados analíticos
Normatização estabelecida internacionalmente. O custo de uma análise química equivocada: em análises forenses: uma convicção injusta ou culpados impunes; na indústria e comércio pode levar a distribuição de mercadorias inferiores; no fornecimento de água para beber, contaminantes perigosos podem não ser detectados, ou aparecerem com níveis maiores do que o valor real;

10 Segurança da qualidade na determinação dos resultados analíticos
Em monitoramento ambiental, erros podem levar a não detecção de riscos ou a identificação de riscos irreais; Os custos podem ser financeiros e/ou podem levar a perdas do valor intrínseco dos recursos naturais;

11 Química Analítica O que é X na amostra Y?
Qual o teor do constituinte X na amostra Y ? Qual a forma química e o teor que o constituinte X se apresenta na amostra Y? Como o constituinte X esta distribuído na amostra Y? Como o constituinte X esta estruturado na amostra Y?

12 Principais desafios da Química Analítica
Determinação de constituintes com teores cada vez menores; Ganho em velocidade analítica; Determinação com especiação; Análise química em amostras sólidas e gasosas;

13 Análise Ideal Métodos para determinação química diretamente no ambiente (in situ) e em tempo real; Poucas são as medidas que podem ser feitas desta forma; Normalmente, a espécie química deve sofrer transformações e purificação;

14 Alguns termos usados em Química Analítica
Seletividade Sensibilidade Pré-concentração Efeito de matriz Analisar e determinar Análise de traços Exatidão e precisão

15 Exatidão e Precisão Exatidão:
Está relacionada com o erro absoluto da medida; Proximidade do valor medido em relação ao valor verdadeiro da grandeza; Precisão: Está relacionada com a concordância das medidas entre si; Quanto maior a dispersão dos valores, menor a precisão.

16 Exatidão e Precisão Exatidão:
Veracidade das medidas; Precisão: pode ser expressa quanto a grandeza dos desvios Reprodutibilidade das medidas; PRECISÃO NÃO IMPLICA OBRIGATORIAMENTE EXATIDÃO!!!!!

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18 Métodos Analíticos -Introdução
Todo método analítico é baseado na medida de uma propriedade física; Os métodos analíticos são classificados de acordo com a propriedade física que o mesmo se baseia.

19 Principais Métodos de Análise

20 Alguns exemplos de Componentes Instrumentais

21 Métodos Analíticos Critérios de Seleção
1- Objetivo da análise 2- Exatidão requerida 3- Teor do componente presente na amostra Componente maior conc. > 1% componente menor conc. 0,1 a 1 % Micro ou traços conc. < 0,1% Ultratraços conc. g L-1

22 Métodos Analíticos Critérios de Seleção
4- Recursos disponíveis 5- Número de amostras a analisar 6- Composição química da amostra 7- Tamanho da amostra

23 Tipos de Análise Qualitativa Quantitativa
Quando se pretende determinar ou identificar as espécies ou elementos químicos presentes numa amostra. Quantitativa Para se determinar a quantidade de uma espécie ou elemento químico numa amostra.

24 Amostragem É o processo de coleta de uma amostra representativa de um lote heterogêneo, ou seja, que represente a totalidade do material de interesse para que seja realizada a análise. Mesmo para a melhor amostra representativa, haverá sempre a necessidade de algum grau de PREPARAÇÃO DA AMOSTRA, quer para retirar interferentes, quer para dar forma disponível para a análise.

25 Amostragem Para Monitoramento ambiental:
Protocolos específicos de amostragens; Normatizado por agências (ABNT); Devem ser seguidos com rigor; Para Estudo Ambiental: Não acontece o mesmo; Busca-se o desconhecido; Bom senso; Histórico do problema; Experiência do analista pode ser melhor solução para elaboração do protocolo de amostragem

26 Amostragem de Líquidos
Garrafas de vidro, plástico e metal (depende da análise e do analito); Não existem grandes dificuldades; Não perturbar a água de forma significativa; Às vezes coletar em diferentes profundidades; Luz, calor, solubilidade de gases e contato com o leito influem nas concentrações dos compostos; Frasco amostrador em profundidades.

27 Garrafas de amostragem
Garrafa de Van Dorn

28 Amostragem de Sólidos Tratamento especial; Material é pouco homogêneo;
Pode ser necessário coletar em vários pontos. Todo material misturado e homogeneizado; A profundidade pode ser relevante; Dependendo do problema usar brocas, trados, tubos ou equipamentos para cortar o solo; Cavar e recolher diretamente a amostra.

29 Amostragem de Sólidos

30 Amostragem de Gases Frequentemente a matriz é a atmosfera;
Propriedade de dispersar e homogeneizar a mistura; Amostra homogênea e muito diluída;

31 Amostragem de Gases Fatores que influem nas propriedades e composição:
Pressão atmosférica; Temperatura; Vento; Chuva; Conhecer as condições ambientais pode ser necessário;

32 Amostragem de Gases Para ambientes fechados e concentração alta:
Pequenos tubos contendo reagente (mudam de cor na presença do poluente); Para ar atmosférico: Baixas concentrações; Não existem técnicas analíticas para determinação direta; Pré-concentração: Coletores capturam grande volume de ar por um meio sól. ou líq. e retem as espécies.

33 Amostragem de Gases Existem bombas aspiradoras disponíveis no mercado para uso específico; É possível adaptar: Aspirador de pó; Compressores de aquários; Compressores para inalação.

34 Volumetria de neutralização
Método de análise baseado na reação entre íons H3O+ e OH- H3O+ + OH H2O Detecção do ponto final com uso de indicadores;

35 Análise Gravimétrica Método analítico quantitativo cujo processo envolve a separação e pesagem de um elemento ou um composto do elemento na forma mais pura possível. Titulações que resultam na formação de compostos pouco solúveis; Usadas principalmente para determinação de haletos e de alguns íons metálicos;

36 Análise Gravimétrica Deve ser processada em tempo curto;
Composto suficientemente insolúvel; Uso do indicador adequado; Construção da curva de titulação;

37 Características de um bom precipitado
Ter baixa solubilidade Ser fácil de recuperar por filtração Não ser reativo com o ar, a água;

38 Alguns exemplos de elementos determinados

39 Exemplos de Análise Determinação de ferro em solo
0,485g de uma amostra de solo contendo ferro (II) e (III), foi oxidada e o ferro (III) precipitado como óxido de ferro hidratado (Fe2O3. XH2O). O precipitado depois de filtrado, lavado e calcinado pesou 0,248g, com o ferro na forma de óxido (Fe2O3).

40 Exemplos de Análise Determinação de cálcio em águas naturais
O íon cálcio é precipitado na forma do sal orgânico oxalato de cálcio (pouco solúvel) com ácido oxálico H2C2O4. O precipitado CaC2O4 é coletado em papel de filtro (este será convertido em CO2(gás) e H2O(vapor) pela ação oxidante do O2 atmosférico, sendo estes então eliminados), seco e aquecido até o rubro (calcinação).

41 Exemplos de Análise O processo converte o precipitado quantitativamente para óxido de cálcio (cal). O precipitado depois de calcinado é resfriado em dessecador e pesado. Usa-se um cadinho previamente aquecido, resfriado e pesado para a ignição do precipitado. O cálcio em 200mL de amostra de água natural foi determinado pela precipitação do cátion como CaC2O4. O precipitado foi filtrado, lavado e calcinado em cadinho com massa de 26,600g. A massa do cadinho, mais o precipitado calcinado (CaO PM=56,08g/mol) foi de 26,713g.

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43 Potenciometria A potenciometria direta determina a concentração do íon ativo simplesmente medindo a f.e.m. da célula em condições que permitam conhecer o seu valor exato. Dessa exatidão dependerá a precisão dos resultados analíticos;

44 Potenciometria O potencial do eletrodo indicador (comparado com um eletrodo de referência) é medido inicialmente em soluções padrão da espécie química a ser determinada; Comparando-se a medição do potencial em amostras com os dados das soluções padrões, é possível avaliar-se a concentração da amostra.

45 pHmetros

46 Sensor de OD

47 Aparelhos Portáteis Multiparâmetros

48 Analisador de Metais Pesados em Solos e Rocha - Fluorescência de Raio-X
Análise qualitativa e quantitativa de mais de 20 metais pesados presentes no solo, em rocha e minério. Elementos Standard: Ba, Sb, Sn, Cd, Ag, Mo, Zr, Sr, U, Rb, Th, Pb, Se, As, Tl, Hg, Zn, Cu, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, V, Ti, Sc, Ca, K, Cl, S, P.

49 Analisador de Metais Pesados em Solos e Rocha - Fluorescência de Raio-X
                                                               

50 Espectrofotometria Dos métodos colorimétricos, o método mais exato para a determinação da concentração de substâncias em solução; Um espectrofotômetro pode ser considerado como um fotômetro fotoelétrico de filtro refinado que permite o uso de faixas de luz aproximadamente monocromáticas continuamente;

51 Espectrofotômetro As partes essenciais de um espectrofotômetro são uma fonte de energia radiante, um monocromador, um dispositivo para o isolamento de luz monocromática, mais exatamente, faixas estreitas de energia radiante da fonte de luz, células de vidro ou de sílica e feixes de energia radiante que passam através do solvente ou solução.

52 Espectrofotômetro

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54 Faixas de Absorção Exemplos

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56 Espectro Visível

57 Cromatografia Michael Tsewtt - botânico russo 1906
Separar subst. que dão cor a uma folha; Origem grega: escrever com cor (chromatus quer dizer cor e graphein, escrever)

58 Cromatografia É um processo físico de separação;
Os componentes a serem separados se distribuem em duas fases: Fase estacionária: Sólido ou líquido sobre um suporte sólido com grande área superficial; Fases móvel: Gasosa, líquida ou fluido supercrítico. Passa pela estacionária arrastando os componentes da mistura.

59 Cromatografia Tipos principais: Cromatografia planar:
CP: em papel CCD: em camada delgada Cromatografia em coluna CG: gasosa CL: líquida

60 Cromatografia em papel
Compostos hidrossolúveis, ácidos orgânicos e íons metálicos Princípio: partição (solubilidade) Quantidade de amostra necessária: 10-3 a 10-6 g Tipos: ascendente, descendente, bidimensional, circular F.M. - Sistema de solventes F.E. - Água retida na celulose (papel Whatman) Métodos de detecção: físico-químicos Análise qualitativa: Rf (fator de retenção) Análise quantitativa: densitômetro, extração dos solutos

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62 Cromatografia em Camada Delgada
Método rápido (20-40 min.) Uso de diversos agentes cromogênicos Maior sensibilidade que C.P. (10-9 g) Grande gama de compostos pode ser analisada Método simples e barato F.M. - sistema de solventes F.E - Adsorventes (sílica, alumina, celite, amido) Métodos de detecção: físico-químicos Princípio: Adsorção (polaridade)

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64 Cromatografia Gasosa Técnica com alto poder de resolução;
Várias substâncias numa mesma amostra; Pode chegar a 10-12g/mL de solução.

65 Cromatografia Gasosa Rapidez; Alto poder de separação;
Separação de várias classes de compostos em uma análise; Sensibilidade (ppm - ppb); Facilidade de registrar dados; Variedade de detetor (especificidade); Amostras voláteis; Compostos termicamente estáveis; Técnicas auxiliares p/ identificação.

66 Cromatografia Gasosa: Aplicações
Análise de ácidos graxos e triglicerídeos; Análise de compostos voláteis responsáveis pelo aroma característico de alimentos; Análise de açúcares; Análise de aminoácidos; Análise de pesticidas; Análise de fármacos.

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68 Esquema

69 Gás de arraste (FM) H2, N2, He, Ar Função: transporte da amostra;
Propriedades: inerte, compatível com o detetor, puro.

70 Cromatografia gasosa: Colunas - tipos
Parâmetro Coluna empacotada Coluna capilar Diam. Int. (mm) ,15 - 0,75 Comp. (m) Pratos teóricos Espessura F.E.(m) ,5 - 2 Vazão gás (mL/min) Vol. amostra (l) ,001- 0,5

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72 Colunas - fase estacionária (FE)
Apolar: hidrocarbonetos não aromáticos, silicones (ex.: SE-30) - P.E. Polar: contém grande quantidade de grupos polares (Ex.: Carbowax)- interações tipo lig. de hidrogênio Intermediária: grupos polares ou potencialmente polares em esqueleto apolar (Ex. SE-52) Escolha da coluna: Polaridade da fase estacionária; diâmetro e espessura do filme  quantidade de amostras, tempo de análise, pressão (velocidade da FM), temperatura do forno Comprimento  pratos teóricos.

73 Detetor - requisitos Alta sensibilidade; Baixo nível de ruído;
Faixa linear ampla p/ a resposta; Resposta p/ os compostos de interesse (universais, seletivos, específicos); Insensível a pequenas mudanças de fluxo e temperatura; Destrutivos/ não destrutivos.

74 Detetor -Tipos Ionização de chamas FID (alta sensibilidade, resposta quase universal) FM = hidrogênio ou nitrogênio, destrutivo; Condutividade térmica (resposta universal, não destrói a amostra) - FM = Hélio ou hidrogênio, não destrutivo; Captura de elétrons (seletivo p/ halogênios orgânicos, nitrilas, nitratos e organometálicos) FM = nitrogênio, não destrutivo; Termiônico (seletivo p/ compostos contendo N e P)

75 Cromatografia gasosa: Cromatogramas
Tr= tempo de retenção Tm = tempo morto- tempo que a FM leva para percorrer a coluna T´r = tempo de retenção corrigido = Tr-Tm

76 Cromatografia gasosa: Análise quantitativa
Relação concentração x Área do pico

77 Cromatografia gasosa: Cromatogramas

78 Cromatografia gasosa: Cromatogramas
Formação de íons pela combustão da amostra na presença de H2 e O2. Origina corrente elétrica no coletor gerando um sinal do qual a combustão do gás de arraste é descontada