Combustão iniciada por microondas (MIC)

A combustão iniciada por microondas foi recentemente proposta com o objetivo de associar as vantagens da digestão por via úmida com aquecimento por radiação microondas e da combustão em sistemas fechados, como a bomba de combustão e frasco de oxigênio. A decomposição é feita em atmosfera de oxigênio utilizando a radiação microondas para iniciar a ignição da amostra. Após a combustão, os gases são absorvidos em uma solução apropriada e pode-se utilizar uma etapa de refluxo para assegurar boa recuperação dos analitos.26 Esta técnica tem sido adaptada em forno de microondas comercial que foi originalmente desenvolvido para ser utilizado em decomposição por via úmida em sistema fechado com aquecimento por radiação microondas.59,60

43

Coetzee, P. P., Taljaard, I., S. Afr. J. Chem. 43 (1990) 107-109. 84

Kendall, D. S., Schoenwald, S. D., Siao, M., Hendricks, S., Hazard. Waste Hazard. Mater. 12 (1995) 373-380. 114

Moszynsky, Z. K. A., J. Appl. Chem. 5 (1955) 467-470.

118 _{Nadkarni, R. A., Pond, D. M., Anal. Chim. Acta 146 (1983) 261-266.} 46

Cortés-Peña, M. A. et al., Waste Manage. Res. 20 (2002) 302-307. 127

Potter, T. L., Anal. Chem. 56 (1984) 2987-2988. 26

Barin, J. S., Flores, E. M. M., Knapp, G., in: Arruda, M. A. Z. (Ed.), Trends in sample preparation, Nova Science, New York, 2006.

59 _{Flores, E. M. M., Barin, J. S., Mesko, M. F., Knapp, G., Spectrochim. Acta Part B 62 (2007) 1051-1064.} 60

O primeiro trabalho utilizando combustão iniciada por microondas foi desenvolvido por Barin25 para a determinação de metais em produtos farmacêuticos, onde foi utilizado um forno de microondas para a decomposição das amostras por combustão. Neste trabalho foi desenvolvido um suporte de quartzo (posicionado na tampa do frasco) para a inserção da amostra em cápsulas feitas com papel de cigarro gomado e para auxiliar na proteção da tampa do frasco contra a chama gerada no processo de combustão (Fig. 4). O papel era umedecido com 50 µl de NH4NO3 6 mol l-1 para promover a ignição da amostra. A seguir, eram adicionados 5

ml de HNO3 no interior do frasco para absorver os produtos gerados na combustão,

o suporte de quartzo, juntamente com a amostra e o papel, eram inseridos e o frasco pressurizado com 5 atm de oxigênio. O frasco foi colocado no interior da cavidade do forno de microondas, sendo submetido à radiação por 40 s a uma potência de 800 W. Após a decomposição, vários elementos foram determinados por ICP OES. Os resultados obtidos apresentaram concordância entre 95 e 107% para material de referência certificado, quando foi feita a combustão com refluxo, mostrando a eficiência do sistema de decomposição. O teor de carbono residual foi de, aproximadamente, 0,8%.

Figura 4. Sistema de decomposição por combustão iniciada por microondas em sistema fechado desenvolvido por Barin (adaptado de Barin25).

25

Barin, J. S., Determinação de metais e não metais em produtos farmacêuticos após decomposição em sistema fechado por combustão iniciada por microondas, Programa de Pós-graduação em Ciência e Tecnologia Farmacêutica, UFSM, Santa Maria/RS, 2003. Dissertação (mestrado).

válvula de entrada de O2 suporte de quartzo válvula de saída dos gases tampa do frasco

Posteriormente, outro trabalho utilizando combustão iniciada por microondas foi proposto por Mesko107,108 para a determinação de Cu e Zn em leite em pó e fígado bovino após a decomposição. Foi desenvolvido um sistema fechado e adaptado em frascos comerciais (Fig. 5), empregados para o preparo de amostras. Foram avaliados três tipos de suportes de quartzo para a inserção da amostra, sendo o mais adequado o que ficava suspenso na parte superior do frasco. Este suporte possui algumas vantagens, quando comparado aos outros modelos estudados, como a presença de ranhuras na base para permitir o melhor contato da amostra com o oxigênio gasoso no interior do frasco de quartzo.

Figura 5. Frasco de quartzo e suporte empregados na combustão iniciada por microondas (adaptado de Mesko107).

A parte superior do suporte possui formato cônico para permitir que a solução absorvedora efetue uma lavagem efetiva da base do suporte além de auxiliar na proteção da tampa do frasco, impedindo que a chama gerada na combustão alcance a tampa do frasco de teflon. As amostras foram prensadas na forma de pellet e colocadas sobre um disco de papel posicionado na base do suporte de quartzo,

107 _{Mesko, M. F., Combustão iniciada por microondas em sistema fechado para decomposição de amostras biológicas,} Programa de Pós-graduação em Química, UFSM, Santa Maria/RS, 2004. Dissertação (mestrado).

108

Mesko, M. F., Moraes, D. P., Barin, J. S., Dressler, V. L., Knapp, G., Flores, E. M. M., Microchem. J. 82 (2006) 183-188. solução absorvedora

base do suporte de quartzo amostra + papel filtro +

iniciador da combustão

onde eram adicionados 50 µl de NH4NO3 6 mol l-1 que atuava como iniciador da

combustão. Após a adição da solução absorvedora no interior do frasco, o sistema era pressurizado a 20 bar com oxigênio e levado ao interior da cavidade do forno de microondas. O tempo necessário para o início da combustão foi de 3 s. A recuperação dos analitos foi entre 95 e 104% para Zn quando empregada somente a combustão ou a combustão com refluxo. Para Cu foram obtidas recuperações entre 93 e 96% para a combustão com refluxo e sem refluxo, respectivamente. O teor de carbono residual foi inferior a 0,4% após a combustão das amostras com etapa de refluxo.

Moraes112,113 propôs a utilização do sistema de combustão iniciada por microondas para a decomposição de elastômeros, visto que a metodologia oficial empregada não apresentava resultados satisfatórios. As amostras de nitrile butadiene rubber (NBR) e ethylenepropylene-diene monomer (EPDM) foram prensadas na forma de pellet e posicionadas no suporte de quartzo previamente desenvolvido.107 Após a decomposição, foi determinada a concentração de Al, Fe, Mn, Sr e Zn por ICP OES. Foi utilizado HNO3 diluído (4 mol l-1) ou concentrado como

solução absorvedora e foram obtidas recuperações entre 97 e 101% para todos os elementos estudados, utilizando uma etapa de refluxo. Quando o procedimento de digestão por via seca (recomendado pela ASTM para a decomposição de elastômeros para determinação de metais) foi empregado, foram obtidas recuperações de 14, 37, 72 e 37% para Al, Fe, Mn e Sr, respectivamente. Somente para Zn é que foi encontrada uma recuperação quantitativa. O teor de carbono residual foi inferior a 0,5%, mostrando a eficiência do procedimento de decomposição.

112

Moraes, D. P., Decomposição de elastômeros por combustão iniciada por microondas em sistema fechado, Programa de Pós-graduação em Química, UFSM, Santa Maria/RS, 2006. Dissertação (mestrado).

113 _{Moraes, D. P. et al., Spectrochim. Acta Part B 62 (2007) 1065-1071.}

107 _{Mesko, M. F., Combustão iniciada por microondas em sistema fechado para decomposição de amostras biológicas,} Programa de Pós-graduação em Química, UFSM, Santa Maria/RS, 2004. Dissertação (mestrado).