9.2 Modo operat ório
9.2.1 Célula elect rocinét ica
A célula laborat orial utilizada nos ensaios elect rocinéticos ( Figura 9.1) foi desenvolvida na Universidade Técnica da Dinam arca ( Ot t osen & Hansen, 1992) , e encont ra- se descrit a em det alhe em Ot t osen ( 1995) e Ribeiro ( 1998) , ent re out ros. A célula elect rocinética é const it uída por t rês com part im entos, sendo dois de vidro, com part im ent os lat erais dos eléct rodos, e um cent ral em Pexiglass, onde o solo é colocado. O com part im ento central tem um com prim ento de 3 cm e um diâm et ro interno de 8 cm ( Figura 9.2) . Os dois com partim entos dos eléctrodos têm um volum e de 300 m L, e est ão equipados com um sist em a de circulação de elect rólit o, act ivado por um a bom ba perist ált ica ( Wat son- Marlow 503 U/ R) , com um a cabeça e um a extensão, que neles introduz os electrólitos. A separação ent re o com partim ento cent ral e os laterais é assegurada por filt ros de celulose, previam ente t est ados por Ribeiro ( 1998) , e reconhecidos com o funcionando com o m em branas passivas. Os eléctrodos utilizados foram inertes, de plat ina ( Perm ascand, Dinam arca) , barras com cerca de 5 cm de com prim ento e 3 m m de diâm et ro.
Figura 9 .1 Célula e equipam ent o ut ilizado nos ensaios elect rocinét icos
Ut ilizou- se um a font e de alim ent ação Hewlet t Packard E 3612A e um m ult ím et ro KI OTTO ( KT 1000H) .
Com part im ent o cent ral da célula
Figura 9 .2 Represent ação esquem át ica da célula elect rocinética usada nas
experiências
Mem branas
Em t odas as experiências foram usados filt ros de celulose, de acordo com nas característ icas apresentadas no Quadro 9.3. Com o referenciado ant eriorm ent e, os filt ros de celulose foram t estados em Ribeiro ( 1998) e reconhecidos com o funcionando com o m em branas passivas.
+
Ânodo
-
Cátodo
Quadro 9 .3 Caracterização das m em branas passivas
Ensaio Filt ro Porosidade ( µm )
B1 Bie & Berntsen A.S.
Whatm an 41 - 20 B2 Whatm an 41 20 B3 Whatm an 41 20 B4 Whatm an 42 2,5
Os filtros de celulose Whatm an 41 são filtros de gradiente rápido, recom endados em procedim ent os analít icos envolvendo part ículas grosseiras ou precipit ados gelat inosos. Por sua vez, os filt ros What m an 42 são m aiorit ariam ent e utilizados em análises gravim étricas para ret enção das partículas m ais finas ( Whatm an, 2008) . Os últim os filtros m encionados foram utilizados com o obj ectivo de dim inuir as perdas de elect rólit o na célula.
Ant es do ensaio
O procedim ent o experim ent al ut ilizado na cont am inação do solo e m ont agem laborat orial dos ensaios electrocinéticos foi desenvolvido e encont ra- se descrit o em Ribeiro et al. ( 2005) .
O solo foi inicialm ente saturado com água destilada, segundo a m etodologia apresentada em Rhoades ( 1984) .
Depois, procedeu- se à cont am inação forçada do solo, com solução de bent azona. Foram realizados 4 ensaios, cuj as condições se apresentam no Quadro 9.4, utilizando soluções de bentazona cont endo diferentes concentrações. As soluções contam inant es foram preparadas ut ilizando bent azona padrão ( Bent azona Analyt ical St andart , 250m g, “ Pest anal Grade” , adquirida à Riedel de Haen, Seelze, Alem anha) , t endo sido adicionadas diferent es m assas de bent azona, de acordo com o Quadro
9.4, num balão de 25 m L, que foi preenchido com ét er diet ílico pro analysi ( Riedel- de- Haën) .
Em cada ensaio, a solução de bent azona foi adicionada ao solo sat urado, de form a a que cerca de 1/ 3 de solo do com part im ent o cent ral da célula fosse contam inado. Esse solo foi introduzido com o “ fat ia central” de acordo com o apresentado na Figura 9.3. O rest ant e solo preencheu o rem anescent e com part im ento cent ral da célula. Em t odos os ensaios, a separação ent re os com part im ent os dos eléct rodos e o com part im ent o cent ral foi assegurada pelas m em branas passivas ( 5 filt ros de celulose Bie & Berntsen A.S. ou Whatm an 41/ 42, de cada lado) .
Figura 9 .3 Represent ação esquem át ica da célula usada nos ensaios experim ent ais
( adapt ado de Ribeiro et al., 2005)
Durant e o ensaio
O solo foi subm etido ao processo elect rocinét ico durant e vários dias, de acordo com o Quadro 9.4, a diferentes intensidades de corrente. O electrólito utilizado foi um a solução de 10- 2 M de NaNO
3, a pH = 7. Nos ensaios B3 e B4 foi efect uada a
correcção do pH at é aproxim adam ent e 9, no elect rólit o de ent rada do com part im ent o do ânodo, at ravés da adição de NaOH( pro analysi a 65% ) .
DC Power
-
cátodo+
ânodo Solo contaminado Membrana passiva Membrana passiva DC Power-
cátodo+
ânodo Solo contaminado Membrana passiva Membrana passiva Solo não contam inado Solo não contam inado Font e de alim entaçãoQuadro 9 .4 Condições analít icas dos ensaios realizados Ensaio Massa de solo ut ilizada ( g) Massa de solo cont am inada ( g) Massa de Bent azona na solução cont am inant e ( m g) I nt ensida de de corrent e ( m A) Correcção do pH do anólit o Duração do ensaio ( dias) B1 301,3 91,7 25,1 10 Não 7,0 B2 296,4 110,2 14,6 20 Não 21,6 B3 267,2 110,9 15,2 20 Sim 5,9 B4 336,6 78,1 24,1 10 Sim 9,7 No final do ensaio
Em cada ensaio a bent azona ret ida nas diferent es fases foi m onitorizada através da quant ificação da bent azona, nom eadam ent e:
1. ret ida no solo na fase de cont am inação forçada ( bent azona que não ent ra no ensaio) ;
2. rem ovida do solo pelo processo elect rocinético para o anólit o e para o católit o;
3. ret ida nas m em branas passivas; 4. ret ida no solo no final do ensaio;
a) Be nt azona ret ida no solo na fase de cont am inação forçada
O processo de ext racção da bent azona, que ficou ret ida no solo rem anescent e, que apesar de cont am inado, não ent rou no ensaio, e da que ficou nas paredes do copo de vidro onde foi efect uada a cont am inação consist iu em :
1. Adição de 50 m L de acet ona crom at ográfica “ Gradient Grade” , adquirida à Merck ( Darm stadt, Alem anha) ou à Riedel de Haen ( Seelze, Alem anha) , ao copo seguida de colocação do m esm o no banho ultra- sónico ( Dandelin Sonarek Super RK 102 H) por um período de 10 m inut os.
2. Decant ação e ext ração da solução sobrenadant e para balão de 150 m L. 3. Repet ição dos passos 1 e 2.
b) Bent azona rem ovida pelo processo elect rocinét ico
Ao longo de cada ensaio electrocinético, as soluções de anólito e cat ólito foram recolhidas em balões volum ét ricos, e arm azenados em local ao abrigo da luz. Os analitos dos electrólitos foram subm et idos a extracção em fase sólida ( SPE) ut ilizando cart uchos STRATA X – Polym eric Reversed Phase de 200 m g/ 3 m L, ( Phenom enex, Torrance, EUA) . Em cada ext racção foram am ost rados 250 m L provenient es das soluções com pósit as de anólit o e cat ólit o, t endo- se aj ust ado o pH das soluções a 2, através da adição de HNO3. Os passos dados na ext racção estão
sum ariam ente descritos na Figura 9.4.
1. Medir o volum e de anólit o e cat ólit o para ext racção e respect ivo pH;
2. Corrigir o pH das soluções a 2 com um a solução de HNO3;
3. Mont ar o esquem a indicado na Figura 9.4, no int erior da hot t e;
4. Encher o cart ucho com m et anol crom at ográfico.
5. Deixar a fase abrir com a aj uda da bom ba de vácuo, m antendo o caudal const ant e. Repet ir o processo.
6. Lavar duas vezes com água dest ilada;
7. Proceder à extracção das soluções do anólit o ou cat ólit o.
8. Efect uar e eluição dos analit os ret idos na fase usando um Kit asat o de 250 m L e um t ubo de vidro colocado no int erior; passar 1 m L de H2O.
9. Encher o cart ucho com diclorom et ano e deixar percolar com a aj uda da bom ba de vácuo. Repet ir o processo.
10. Recolher o ext ract o para t ubos de vidro, rot ular e arm azenar a - 20º C.
Figura 9 .4 Ext racção em fase sólida
Figura 9 .5 Ext racção em fase sólida ( A) e t ubos de vidro para arm azenam ent o do
extracto ( B) .
Os extract os resultantes da extracção em fase sólida ( Figura 9.5) foram ret irados do congelador, t ransferidos para um t ubo de vidro e suj eit os à acção de um sist em a de evaporação sob fluxo de azot o t ipo 1 ( Ar Líquido) at é à secagem ( Figura 9.6) . Seguidam ent e, adicionou- se 1 m L de m et anol crom atográfico e 1m L de água dest ilada ( solução final de 2 m L) . A solução concent rada foi t ransferida para t ubos de vidro de 4 m L, arm azenados a - 20 º C e post eriorm ent e analisados por um sist em a de crom at ografia líquida de alt a eficiência ( HPLC) , Série 1100 da Agilent Technologies ( EUA) , equipado com um a bom ba quart ernária ( G1311A) e um det ect or m ult i- com prim ent os de ondas ult raviolet a.
O sistem a HPLC usado está equipado com um a válvula de inj ecção m anual Rheodyne, m odelo 7725i, equipada com um loop de 20µL; forno para colunas Therm aSphere TS- 130, da Phenom enex ( Torrance, EUA) , regulado a 40º C; coluna analít ica “ Chrom olit h Perform ance RP- 18e” com 100m m Χ 4,6 m m , da Merck ( Darm st adt, Alem anha) , prot egida por pré colunas Onyx Securit yGuard 4 Χ 3,0 m m , da Phenom enex ( Torrance, EUA) e, para o cont rolo do sistem a e aquisição e t rat am ent o de dados, usou- se o Soft ware Chem St at ion v.8.03 ( Agilent Technologies, EUA) .
Figura 9 .6 Concent ração dos ext ract os result ant es ( A e B)
c) Bent azona ret ida nas m em branas
No final de cada ensaio, o processo de ext racção da bent azona que ficou ret ida nas m em branas passivas consistiu na rem oção das m esm as para 2 frascos de vidro correspondendo, respect ivam ent e, às m em branas do lado do cat ólit o e m em branas do lado do anólit o. A cada frasco foram adicionados 100 m L de acet ona crom atográfica e foram colocados no banho ult ra- sónico por um período de 10 m inut os ( Figura 9.7) . Deixou- se decant ar e recolheu- se a solução sobrenadant e para balões de 150 m L. As soluções foram concent radas em rot avapor e post eriorm ent e analisadas em HPLC.
Figura 9 .7 Et apa de ult ra- sons para rem over a bent azona present e nas m em branas
passivas
d) Bent azona ret ida no solo no final do ensaio
No final de cada ensaio, a quant idade de bent azona event ualm ent e present e no solo foi analisada para quant ificar a cont am inação que ainda rest ou e para aferir quant o a fenóm enos de difusão do poluent e no próprio solo. O com part im ento cent ral da célula foi dividido em 5 fatias ( Figura 9.8) . A prim eira fat ia foi ret irada j unt o ao com part im ent o do cát odo, out ra fat ia foi rem ovida do lado do ânodo ( correspondendo às fatias de solo não cont am inadas no início do ensaio) , duas out ras fat ias foram ret iradas de um porção longit udinal e out ra t ransversal, respect ivam ent e, e por últ im o analisaram - se as quat ro porções de solo rest ant es.
1 2 3 4 5
Figura 9 .8 Represent ação esquem ática das fat ias de solo seccionadas no
com partim ento central: 1 – j unto ao com partim ento do cátodo; 2 – vert icalm ente; 3 – longitudinalm ente; 4 – restantes quatro porções; 5 - j unto ao com partim ent o do ânodo ( adapt ado de Ribeiro et al., 2005)
Na Figura 9.9 sist em at izam - se os procedim ent os experim ent ais realizados no solo após o seu seccionam ento:
1. Tarar 5 copos de vidro e colocar em cada um a das 5 fatias de solo ant eriorm ente m encionadas;
2. Adicionar a cada copo 50 m L de acet ona crom at ográfica; 3. Levar 10 m inut os ao banho
ult ra- sónico;
4. Deixar decant ar e t ransferir para balões de 50 m L.
5. Repet ir os passos 2, 3 e 4.
Figura 9 .9 Análise efect uada ao solo depois do ensaio
As soluções obt idas foram concentradas num rot avapor e post eriorm ent e analisadas em HPLC. Para est e efeit o, a concent ração de bent azona present e nas am ost ras foi det erm inada por HPL at é ext rapolar do sinal obt ido ( absorvância lida no det ect or de UV) , com um a rect a de calibração. Foi preparada um a am ost ra padrão de bent azona e levou- se ao espect rofot óm et ro de UV, onde se deixou correr a am ost ra em t odo o espect ro. O espect ro de em issão de fluorescência para a bent azona foi regist ado para diferent es condições de pH. Obt eve- se a curva que relaciona a absorvância com o com prim ento de onda ( Figura 9.10) .
Figura 9 .1 0 Absorvância de UV da Bentazona a diferent es condições de pH
Para a bent azona foram ident ificadas duas bandas crom at ográficas ( dois com prim ent os de onda onde se verificava absorvância) .
Seguidam ente, foram preparadas cinco soluções com diferentes concentrações de bent azona, e ret irou- se a área para cada com prim ent o de onda fixo. A rect a de calibração foi obtida através da regressão linear entre as diferentes áreas obtidas e a concent ração de bent azona padrão present e na am ost ra, obt endo- se equações do tipo y = a + bx, em que y corresponde à área e x corresponde à concent ração. Para det erm inar os valores de a e b est abeleceu- se a m elhor rect a que passa pelos pont os x e y. Calculou- se a inclinação da rect a ( b) e a int ersecção no eixo dos y ( a) ( Cienfuegos, 2005) . Foi obt ida a equação da rect a, para o com prim ento de onda de 250 nm , que se pode verificar na Figura 9.11 ( para m aior det alhe do processo, consultar Buchholz, 2007) . y = 30,241x + 5,1109 R2 = 0,994 0 1000 2000 3000 4000 0 10 20 30 40 50 60 70 Concentração (ppm) Áre a 295nm 220nm 285nm 250nm 260nm
Figura 9 .1 1 Rect a de calibração para a bent azona ( para λ = 250 nm )
Tendo em cont a que foram analisados diversos herbicidas, ao m esm o t em po, no sist em a de HPLC, para o ult im o ensaio foi obt ida a equação da rect a, para o com prim ento de onda de 220 nm ( Y= 64,227x- 195,49 com R2= 0,9756) . Est a
equação foi usada para est im ar as concent rações de bent azona present es na am ost ra no ensaio B4.
Decaim ent o da bent azona
No final da experiência foi t am bém avaliado o decaim ent o1 da bent azona ao longo
do ensaio, isto é, as perdas de bentazona por fenóm enos de degradação ( electroquím ica e oxidação) , volat ilização, rem oção e percas. A quant idade de herbicida rem ovido pode ser quant ificado da seguint e m aneira ( Mat eus, 2007) :
( 9.1)