Análise quantitativa:
-Seleção do método de análise
- PREPARO DA AMOSTRA: converter a amostra em forma adequada para análise
-Definição do número de réplicas: amostragem adequada
- Preparo de soluções/ Calibração: obtenção com padrões adequados, .
- Cálculo dos resultados: obtenção de dados da amostra.
PREPARO DE AMOSTRAS
Amostragem: processo de coletar uma pequena massa de um
material cuja composição represente todo o material que está
sendo amostrado
Pré
– tratamento: a etapa de pré-tratamento das amostras é a mais
crítica. Em geral, é nesta etapa que se cometem mais erros e que
se gasta mais tempo. Os procedimentos de preparo de amostras
dependem da natureza da amostra, dos analitos a serem
determinados e sua concentração, do método de análise e da
precisão e exatidão desejadas.
PREPARO DE AMOSTRAS PARA ANÁLISE
Lavagem
Secagem
Moagem
Peneiramento
Refrigeração
Agitação mecânica
Polimento
Lavagem
Normalmente é utilizada para poucos materiais, como partes de vegetais como raízes, folhas e frutos. Parte do material pode ser perdido.
Secagem
A secagem a peso constante é comum para amostras sólidas que apresentam água em quantidade variável e em forma não determinada (solo, minérios, materiais biológicos, silicatos, aluminatos)
Trituração e moagem: redução tamanho da partícula. A redução deve assegurar a homogeneidade da partícula. O aumento da área superficial pode levar a maior suscetibilidade de reações. A quantidade de água pode ser alterada podendo diminuir (Ex sulfato de cálcio hidratado) ou aumentar (Ex. porcelana). O desgaste da peneira pode contaminar a amostra
Moagem extra-fina Moagem grosseira Liquidificador Processador Moinho de facas Moagem fina Moinho de disco Almofariz Moinho de bolas Moinho vibracional Moinho de jato de ar Moinho criogênico
Moinhos mecânicos perdas de elementos voláteis devido ao aquecimento da amostra
Tamisação – Peneiramento em Laboratório
A tamisação faz-se por meio de tamises, agitados manual ou mecanicamente, sem compressão.
As peneiras estão concebidas para poderem ser encaixados umas nas outras de modo a formarem uma coluna de peneiração. Na parte superior desta coluna existe uma tampa para evitar perdas de material durante a peneiração e disseminação de pó. Na base encaixa-se uma peneira "cega", denominada "panela", destinada a receber as partículas menores que atravessaram toda a coluna sem serem retidos em nenhuma das peneiras.
Secagem
É a redução da umidade residual para prevenir a deterioração dos produtos durante a armazenagem e para assegurar as propriedade de fluxo livre durante seu uso.
Pontos devem ser considerados na secagem:
• Sensibilidade ao calor do material que está em processo de secagem; • Características físicas do material;
• Necessidade de assepsia;
• Natureza do líquido a ser removido; • Escala de operação;
• Fontes disponíveis de calor.
ESTUFA COM CIRCULAÇÃO FORÇADA DE AR (60-65º C)
- MICROONDAS DOMÉSTICO
- LIOFILIZAÇÃO (remoção de água de uma amostra por sublimação a
CONDUÇÃO
RADIAÇÃO
CONVECÇÃO
Secagem convectiva de sólidos úmidosOcorre a transferência de calor por movimento das massas de temperaturas diferentes.
Secador convectivo em leito fixo: secador de prateleiras.
Propagação de energia através do espaço por ondas eletromagnéticas.
Radiação por micro-ondas: essa radiação consegue penetrar mais na massa úmida do que a radiação infravermelha permitindo a secagem da camada interna e externa.
O calor se propaga de partícula a partícula (contato térmico)
A liofilização é um processo de desidratação sem aquecimento em substâncias extremamente sensíveis ao calor além de não causar dano ao produto como desnaturação em proteínas, não alterar propriedades nutricionais e sensoriais. São liofilizados produtos como antibióticos, alimentos, fármacos, derivados do sangue, enzimas e culturas de microorganismos.
Basicamente o produto é congelado em uma câmara à vácuo, que também é responsável pela retirada da umidade por sublimação.
Muitas das medidas analíticas são realizadas em soluções do
analito. Muitos analitos dissolvem facilmente em água. Outras
amostras requerem um tratamento adicional.
Qualquer que seja o
tipo de amostra, erros significativos poderão
ser introduzidos se a etapa de preparação não
for satisfatoriamente conduzida.
A grande maioria das técnicas analíticas usadas para determinação
de elementos em amostras orgânicas e inorgânicas, requer
Para se determiner o método de preparo da amostra é preciso
ponderar sobre:
Amostra propriamente dita
Elementos ou compostos a serem determinados Faixas de concentração
Tipo, composição, e homogeneidade das amostras analíticas Quantidade de amostra disponível para análise
Quantidade de amostra necessária para as determinações Requisitos especiais: local da análise, controle na produção
A maneira mais fácil de se manusear a amostra é quando esta se encontra na forma líquida, quando muitas vezes uma simples filtração é suficiente.
No entanto, mesmo nesses casos, a necessidade de serem determinados teores cada vez menores, e aos problemas de sensibilidade das técnicas espectroscópicas, para uma determinação adequada invariavelmente é necessário o emprego de técnicas de pré-concentração.
Quando a amostra se encontra na forma aquosa, a maneira mais simples de se obter essa pré-concentração é a evaporação da água por aquecimento. Nesse caso, devem ser tomados cuidados quanto a volatilidade dos compostos a serem determinados.
Outras alternativas para a pré concentração dos elementos são a troca iônica e a extração por solventes.
Se, por outro lado, a amostra se encontra na forma sólida, existem alguns procedimentos e equipamentos que permitem a análise direta de sólidos e suspensões.
Dentre as estratégias empregadas para o preparo de amostras sólidas
podem ser citados:
- a dissolução direta em água ou solução aquosa sem mudança
química;
- a dissolução em ácido, ou mistura de ácidos, com mudança química
(mudança no estado de oxidação do elemento a ser determinado),
que pode ser dividido em:
a) Decomposição por via úmida (sistemas abertos/sistemas fechados;
com aquecimento convencional ou por microondas)
b) Combustão (em sistemas abertos ou fechados)
c) Fusão (Dissolução após fusão da amostra com fundente apropriado
(envolvendo mudanças químicas)
Técnicas Convencionais
• Via úmida
– ácidos ou misturas de ácidos, agentes oxidantes
• Via seca (Combustão – mineralização)
– Incineração à pressão atmosférica
– Incineração à vácuo
Um procedimento IDEAL para dissolução de amostras deve ser:
Capaz de dissolver a amostra completamente, sem deixar nenhum resíduo. Razoavelmente rápido para ser executado
Os reagentes utilizados não deverão interferir na determinação do analito e/ou na
separação dos constituintes de interesse.
Os reagentes deverão estar disponíveis em alto grau de pureza para não contaminar as
amostras.
As perdas por volatilização, por adsorção e/ou absorção ou por quaisquer outras razões
deverão ser desprezíveis;
Tanto os reagentes como a amostra não deverão atacar o recipiente onde será feita a
reação;
As contaminações devidas ao ambiente deverão ser desprezíveis;
O procedimento deve apresentar o mínimo de insalubridade e periculosidade; A solução final deverá conter todos os analitos de interesse.
Decomposição e solubilização de amostras
Ácidos Minerais
Os ácidos minerais mais comuns são: HCl, HNO3, H2SO4, HClO4 e HF
Força do ácido;
Ponto de ebulição;
Poder oxidante do ácido e/ou de um de seus produtos de decomposição;
Poder complexante com respeito aos íons de interesse;
Solubilidade dos sais correspondentes;
Grau de pureza e/ou facilidade de purificação;
PONTO DE EBULIÇÃO À PRESSÃO ATMOSFÉRICA
Ácido Concentração P.E. (C) HCl 37% (m/v) 110 HF 49% (m/v) 108 HNO3 70% (m/v) 120 Água-régia (HCl:HNO3 3:1) v/v 112 H2SO4 98,3% (m/v) 338 H3PO4 85% (m/v) 150
Uma comum fonte de erros é a dissolução incompleta dos analitos. O
tratamento da amostra deve dissolve-la totalmente. Outra preocupação
é a perda por volatilização (CO
2, SO
2)Vários elementos formam
cloretos voláteis quando em presença de HCL
Ácido nítrico - HNO3
É o ácido mais usado na decomposição da matéria orgânica
Entra em ebulição à 120°C, o que facilita sua remoção após a oxidação, mas limita a sua eficácia
Em sistemas abertos, não é oxidante suficientemente forte para mineralizar completamente o material orgânico
Ácido sulfúrico – H2SO4
Possui elevado ponto de ebulição (máx. 339°C), o que aumenta a eficácia da decomposição, mas dificulta a sua remoção;
Possui a desvantagem de formar compostos insolúveis com alguns metais: CaSO4 (pouco solúvel), BaSO4, SrSO4e PbSO4;
Sua viscosidade pode causar interferências em algumas técnicas de detecção
Ácido clorídrico – HCl
Ponto de ebulição de 110°C Caráter não oxidante
Dissolve sais de ácidos fracos (carbonatos, fosfatos); a maioria dos metais é solúvel com exceção de AgCl, Hg2Cl2 e TiCl
Cloretos voláteis: As(III), Sb(III), Ge(IV), Se (IV), Hg(II), Sn(IV)
As misturas de ácidos são muito utilizadas porque:
Diferentes propriedades úteis podem ser combinadas (um ácido com poder complexante com um ácido oxidante): HF + HNO3, HF + HClO4, HF + H2SO4, HF + HNO3+ HCl
Dois ácidos podem reagir formando produtos com maior reatividade que qualquer um deles empregado isoladamente:
Água régia (HNO3:HCl, 1:3)
Uma propriedade indesejável em um ácido pode ser moderada pela presença de um segundo ácido: HNO3+ HClO4
A amostra pode ser dissolvida com um ácido, o qual é separado da mistura por um outro ácido que o substitui
Bomba de decomposição digestor Kjeldahl bloco
Aquecimento condutivo
chapa
Forno de microondas com cavidade Forno de microondas focalizadas
Sistema assistido por microondas
A velocidade de decomposição é maior por essa técnica se comparada com as demais técnicas. Nos métodos convencionais a transferência de calor se dá por condução. Já a energia de micro-ondas é transferida diretamente para todas as moléculas quase que simultaneamente.
Técnicas Convencionais
• Via úmida
– ácidos ou misturas de ácidos, agentes oxidantes
• Via seca (Combustão – mineralização)
– Incineração à pressão atmosférica
– Incineração à vácuo
A decomposição por via seca é provavelmente o mais simples de todos os tipos de decomposição.
Envolve o aquecimento da amostra em um forno tipo mufla na presença de ar a 400-800oC, permitindo a destruição da matéria orgânica.
Após a decomposição, o resíduo é dissolvido em ácido e transferido para um frasco volumétrico antes da análise.
Esta técnica é interessante em função da possibilidade de ser empregado um grande volume de amostra, para posteriormente ser dissolvido em pequeno volume de ácido antes da determinação, o que diminui a diluição e permite determinação de elementos presentes em baixas concentrações.
Outras vantagens são a não necessidade de emprego de reagentes e o baixo tempo de atenção exigido do operador. No entanto, o método pode também levar a de elementos voláteis.
A temperatura conveniente para pirólise da matéria orgânica encontra-se frequentemente entre 450-550ºC.
A calcinação em mufla baseia-se na queima da fração orgânica da amostra com o oxigênio do ar, obtendo-se um resíduo inorgânico solúvel em ácido diluído.
Técnica: ICP OES
Tratamento das amostras: incineração em mulfla a 450ºC por 24h ou digestão ácida em bloco.
Ex. Determinação de Al, Ba, Ca, Co, Cu, Fe, K, Mg, Mn, Ni, P e Zn em café cru Morgano et al. Cienc. Tecnol. Aliment. 2002, 22(1), 19-23.
Fusão
Algumas substâncias, tais como silicatos ou óxidos, não são normalmente destruídas pela ação de um ácido. Para a decomposição de materiais inorgânicos como estes uma técnica alternativa é exigida. A fusão envolve a adição de um excesso de reagente (variando de 1:2 a 1:50) sobre a amostra finamente moída, colocada em um cadinho de platina ou grafite (em alguns casos de níquel ou zircônio), seguindo-se por aquecimento em forno mufla (300 – 1200 oC). Após aquecimento por um dado período de tempo (de alguns minutos a várias horas), um mineral original ou fases refratárias são convertidas em formas sólidas diferentes que são facilmente dissolvidas em ácidos, bases ou em água.
Decomposição por fusão
Cimento Aluminatos Silicatos
Minérios de Ti e Zr
Minérios mistos de Be, Si, Al
Resíduos insolúveis de minério de ferro Óxidos de cromo, silício e ferro
Óxido mistos de tungstênio, silício e alumínio
Decomposição por fusão
1. A amostra finamente moída é misturada intimamente com um eletrólito
ácido ou básico
Fundentes: Na2CO3(p.f. 851ºC), NaOH (p.f. 318ºC), Na2O2, KHSO4, etc.)
2. A proporção entre a massa de amostra e do eletrólito (fundente) pode
variar de 1:2 a 1:50
3. A mistura é geralmente colocada em um cadinho de níquel ou platina
4. O cadinho é aquecido por um período de tempo suficientemente adequado
para que a amostra fique totalmente dissolvida na solução fundida, resultando em um líquido bem claro.
5. O material se solidifica quando resfriado a temperatura ambiente, sendo
quebrado e transferido para um copo
6. Se a fusão for bem sucedida o material será facilmente solúvel em água ou ácido diluído.