Método k 0 de Ativação Neutrônica Instrumental

No CDTN/CNEN, o método de ativação neutrônica instrumental mais utilizado é o método k0, no qual as amostras irradiadas são acompanhadas de

comparador/monitor de fluxo e os cálculos são efetuados considerando os parâmetros f e α do reator e as constantes nucleares dos elementos. O parâmetro f é a razão entre os fluxos térmico e epitérmico e α é a medida do afastamento do fluxo epitérmico real da curva ideal [122-124].

No método k0 de ativação neutrônica instrumental (k0-ANI), um ou dois

comparadores são irradiados em paralelo à amostra para o cálculo da atividade específica. O cálculo da concentração do elemento de interesse é baseado na atividade obtida do comparador. Os dados nucleares não conhecidos são substituídos por constantes nucleares características de cada radionuclídeo chamadas assim de k0.

Dessa forma, o método requer um bom conhecimento dos parâmetros espectrais do fluxo de nêutrons no canal de irradiação do reator.

A equação abaixo, p p p a a a p n, 0 a a a p p p a n, p a

H

D

C

S

F

ε

C

k

H

D

C

S

F

ε

C

m

m

=

expressa k0 como uma constante natural dos isótopos em estudo, podendo ser

calculada a partir de seus componentes. O método k0 combina a simplicidade

experimental dos métodos absolutos por ativação neutrônica com a exatidão dos métodos comparativos. É aplicada para se calcular a massa do i-ésimo elemento presente na amostra [123, 124]. Desta equação K0 é definido como:

p 0, p γ, p a a 0, a γ, a p 0

σ

P

θ

M

σ

P

θ

M

k

=

Considerando os índices a, referindo-se à amostra, e p ao padrão, tem-se nessas equações que: m é a massa do elemento analisado, Cn a área líquida sob o pico gama

do radionuclídeo de interesse, ε a eficiência do detector para o gama considerado,

F é [f + Q0(α)], onde f é a razão entre os fluxos de nêutrons térmico e o epitérmico,

definido a partir de uma determinada energia e Q0(α) a razão entre o I0(α), integral

de ressonância, S o fator de saturação de irradiação em função do tempo de irradiação, C o fator de correção de decaimento do radionuclídeo durante a contagem, D o fator de correção de decaimento do radionuclídeo entre o final de irradiação e o início da contagem, H é o tempo morto do detector durante a contagem, M é a massa atômica do elemento, sendo quantificado, θ é a abundância isotópica do elemento, Pγ a abundância absoluta medida e σ0 a secção de choque a

nêutrons térmicos. Para 91 isótopos de interesse, os valores de k0 têm sido medidos

por diversos laboratórios em todo o mundo, sendo que os recomendados estão disponíveis na literatura com incertezas menores que 2 %. Para outros 21, a incerteza está na faixa de 5 % [123].

Durante os trabalhos de ativação neutrônica utilizando o método k0, são

irradiados três padrões de sódio (Na) de 1000 μg cada para serem utilizados como mono-padrões comparadores. A escolha do elemento sódio deve-se a várias razões:

Geração de um radioisótopo que apresenta uma meia-vida relativamente pequena, não produzindo rejeitos radioativos significantes;

Possibilidade de utilização em análise de elementos de meia-vida curta, média e longa;

Baixo custo;

2. OBJETIVO

O objetivo desta pesquisa é o desenvolvimento de um novo material para ser utilizado como fase estacionária em Cromatografia Líquida de Alta Eficiência (CLAE), modo troca aniônica, baseado na modificação da superfície da sílica com um agente sililante e posterior reação com piridina. Esta fase estacionária deve ser capaz de separar uma mistura de ânions orgânicos e inorgânicos com eficiência.

2.1 Etapas do Trabalho

Para atingir o objetivo delineado as etapas do trabalho são as seguintes:

Modificar a superfície de uma sílica cromatográfica com um agente sililante e posterior reação com a piridina para produzir a sílica propilpiridínio, sendo essa modificação realizada em meio anidro ou em presença de água.

Caracterizar as sílicas modificadas por meio de testes físicos, químicos e cromatográficos.

Quantificar a capacidade de troca iônica das sílicas funcionalizadas.

Empregar esses materiais como fases estacionárias no recheio de colunas cromatográficas utilizadas em cromatografia por troca aniônica.

Verificar as separações cromatográficas de misturas contendo ânions orgânicos e inorgânicos.

Determinar a estabilidade química da fase estacionária desenvolvida. Utilizar a fase estacionária desenvolvida para a quantificação de alguns

3 PARTE EXPERIMENTAL

3.1 Equipamentos

• Agitador magnético, Corning.

• Agitador Red Rotor, Hoefer Pharmacia Biotech Inc. • Agitador Roto-torque, Cole-Parmer.

• Analisador elementar Perkin Elmer, modelo 2400 (IQ-UNICAMP).

• Analisador termogravimétrico, TA Instruments modelo 2050, (IQ- UNICAMP).

• Balança analítica Fisher Scientific, modelo A-250.

• Bomba de enchimento Haskel com faixa de pressão de 6,9 a 344,8 MPa (1000 a 50000 psi), modelo 51769 (LABCROM).

• Cromatógrafo a líquido, Waters (LABCROM) utilizado nas separações em fase normal, consistindo dos seguintes componentes:

- Bomba de alta pressão, Waters, modelo 510.

- Detector espectrofotométrico UV/Vis de comprimento de onda variável, Waters, modelo 486.

- Injetor Rheodyne com alça amostradora de 5 μL, modelo 7125. - Software Chrom Perfect da Justice Innovation.

• Cromatógrafo a líquido, Shimadzu (CDTN) utilizado nas separações por troca iônica, consistindo dos seguintes componentes:

- Bomba de alta pressão tipo pistão recíproca, cabeça dupla, modelo LC-10ADVP.

- Forno para coluna com controle de temperatura na faixa de 4 a 80 oC em intervalos de um oC, modelo CTO-10ADVP.

- Detector de condutividade CDD-6A, com volume de célula de 0,25 μL. - Injetor Rheodyne com alça amostradora de 20 μL, modelo 725.

- Software Class-LC10 para cromatógrafo a líquido da série LC-10A. • Espectrofotômetro de Absorção no Infravermelho com intervalo de 4000 –

400 cm-1, resolução de quatro cm-1, Bomem, modelo MB (IQ-UNICAMP). • Espectrofotômetro de Ressonância Magnética Nuclear com polarização

cruzada segundo rotação em um ângulo mágico (CP-MAS-NMR), Brucker AC 300.

• Medidor de área superficial (BET), Micromeritics, modelo Flowsorb 2300 (IQ-UNICAMP).

• pHmetro Metrohm, modelo 744 (CDTN).

• Sistema purificador de água, Millipore, modelo Milli Q-Plus (CDTN).

3.2 Materiais

3.2.1 Reagentes e Solventes

• Acetonitrila, OmniSolv, EMDTM_.

• Ácido 4-hidroxibenzóico para síntese, Merck.

• Ácido ftálico (1, 2 ácido benzenodicarboxílico), p.a., Merck. • Água deionizada, Sistema Milli-Q Plus.

• Amostra de Referência CRM 409 (Certified Reference Material) – Community Bureau of Reference – BCR, Bélgica.

• Amostra de Referência CRM 408 (Certified Reference Material) – Community Bureau of Reference – BCR, Bélgica.

• Citrato de sódio tribásico diidratado, Reag. ACS, Reag ISO, Reag Ph. Eur. – Riedel – De Haën.

• Clorofórmio, p.a., Merck.

• (3-cloropropil)trimetoxissilano 97%, Aldrich. • Diclorometano, p.a., Merck.

• Hexano, p.a., Merck.

• Hexano, grau HPLC, Tedia. • Metanol, OmniSolv, EMDTM_.

• Piridina, Aldrich.

• Sílica Davisil, tamanho das partículas: 10µm; forma irregular; área superficial; (263 ± 8) m2 g-1; tamanho de poro: 15nm; volume de poro:60,5cm3 g-1; fornecedor: Alltech, LOTE 1 –Nº de estoque 1445.

• Solução padrão de cloreto – CertiPUR – NaCl em H2O, (1001 ± 2) mg L-1 de

Cl-, Merck.

• Solução padrão de nitrito-CertiPUR – NaNO2 em H2O, (998 ± 5) mg L-1 de

NO2-, Merck.

• Solução padrão de nitrato – CertiPUR – NaNO3 em H2O, (1003 ± 5) mg L-1

de NO3-, Merck.

• Solução padrão de brometo – CertiPUR – NaBr em H2O, (999 ± 2) mg L-1 de

Br-, Merck.

• Solução padrão de sulfato – CertiPUR – Na2SO4 em H2O, (1001 ± 2) mg L-1

de SO42-, Merck.

• Tris(hidroximetil)aminometano, TRIS, p.a., Merck. • Tolueno, p.a., Merck.

3.2.2 Coluna cromatográfica

As colunas cromatográficas utilizadas neste trabalho foram confeccionadas na oficina mecânica da UNICAMP a partir de tubos de aço inoxidável 316 L, sem costura. Esse material é conveniente para ser empregado na fabricação de colunas

cromatográficas utilizadas em CLAE, pois possui elevada resistência mecânica para suportar altas pressões.

Nos experimentos para verificar o comportamento da fase estacionária frente a mudanças de pH e no teste de estabilidade foram utilizadas colunas de 60 mm de comprimento e 3,9 mm de diâmetro interno. Para as separações cromatográficas dos diversos ânions testados, envolvendo a otimização da metodologia e sua posterior aplicação, foram utilizadas colunas de 150 mm de comprimento e 3,9 mm de diâmetro interno.

Após a confecção, o processo de polimento interno das colunas cromatográficas é fundamental para a eliminação de imperfeições, uma vez que esses materiais são adquiridos com uma superfície interna bastante irregular, as quais podem oferecer resistência ao escoamento da fase móvel, diminuindo a eficiência da coluna. O processo de polimento seguiu uma metodologia desenvolvida no LabCrom [109]. As partes constituintes da coluna cromatográfica são mostradas na Figura 10.

Figura 10 - Esquema de uma coluna cromatográfica e suas conexões. Corpo da coluna

cromatográfica (60 ou 150 mm)

Manga (9 mm)

contendo anel com filtro

Porcaterminal (31 mm) Redutor