Aula 1: Departamento de Química UFJF

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Aula 1:

Introdução à Química Ambiental Introdução à Química Ambiental

QUÍMICA ANALÍTICA AMBIENTAL QUÍMICA ANALÍTICA AMBIENTAL

1º período de 2013 1º período de 2013

Introdução à Química Ambiental Introdução à Química Ambiental

Prof. Rafael Sousa Prof. Rafael Sousa

Departamento de Química – UFJF www.ufjf.br/baccan

www.ufjf.br/baccan

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INTRODUÇÃO

QUÍMICA AMBIENTAL é uma ciência multidisciplinar por envolver não só as áreas básicas da Química como também a Biologia, a Geologia, a

Ecologia e a Engenharia Sanitária

Estuda processos químicos que ocorrem no meio ambiente Esses

Esses processos podem causar processos podem causar mudanças: mudanças:

naturais ou antropológicas (causadas pelo homem) naturais ou antropológicas (causadas pelo homem)

Podem (em alguns casos) trazer sérios danos à população Podem (em alguns casos) trazer sérios danos à população

Atualmente, há uma grande

Atualmente, há uma grande preocupaçãopreocupação em entender a em entender a química do meio ambiente, com o objetivo de

química do meio ambiente, com o objetivo de melhorar a qualidade de vida em nosso planeta melhorar a qualidade de vida em nosso planeta

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INTRODUÇÃO ...

A QUÍMICA AMBIENTAL COMO CIÊNCIA MULTIDISCIPLINAR

Sugere as “práticas sustentáveis”

Diminuição da poluição e/ou os impactos Diminuição da poluição e/ou os impactos

negativos das atividades humanas negativos das atividades humanas

Engenharias Química Sanitária

Ciências exatas Química de materiais

Química analítica

Monitorar – Controlar – Remediar a poluição

Química Papel fundamental Oportunidades

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INTRODUÇÃO ...

A QUÍMICA AMBIENTAL E O CONTEXTO SÓCIO-ECONÔMICO

Industrialização

Poluição

Qualidade de vida

Desafio da química ambiental como ciência multidisciplinar

INDUSTRIALIZAÇÃO QUALIDADE DE VIDA

Conhecer os problemas

Realizar ações: p. ex: Reavaliar fontes e usos de energia ...

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INTRODUÇÃO ...

A QUÍMICA AMBIENTAL E O CONTEXTO SÓCIO

A QUÍMICA AMBIENTAL E O CONTEXTO SÓCIO--ECONÔMICOECONÔMICO

Ilustrando o cenário atual para Minas Gerais

Dados do 25º Balanço energético da Cemig*

MAIOR PARTE DA ENERGIA CONSUMIDA:

cadeia do petróleo

cadeia do petróleo, gásgás e derivadosderivados (33,9% do consumo) SETORES QUE CONSOMEM ENERGIA:

- indústriaindústria (58,8%)

- setor de transportes setor de transportes (22,7%) - residênciasresidências (11,3%)

- setor comercial e público setor comercial e público (2,4%) - outros outros (2,3%)

(*) Dados referentes ao ano de 2009 (*) Dados referentes ao ano de 2009 MAPA

MAPA: : http://turismo.culturamix.com/servicos/mapahttp://turismo.culturamix.com/servicos/mapa--googlegoogle--minasminas--geraisgerais, acessado em 21, acessado em 21--0303--2013.2013.

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A “química do meio ambiente” é uma área do conhecimento A “química do meio ambiente” é uma área do conhecimento

na verdade antiga na verdade antiga

11-- Existem documentos que datam do século XVIIExistem documentos que datam do século XVII

-- Preocupação com a devastação do meio ambiente em regiões do Reino Unido Preocupação com a devastação do meio ambiente em regiões do Reino Unido

HISTÓRICO DA QUÍMICA AMBIENTAL

próximas de onde se fazia a extração de carvão próximas de onde se fazia a extração de carvão

-- Artigo (Artigo (NatureNature 1872): 1872): análiseanálise minuciosa da qualidade do ar nas cidades minuciosa da qualidade do ar nas cidades inglesas de Londres e Manchester

inglesas de Londres e Manchester

Perigo das altas concentrações de SO

Perigo das altas concentrações de SO₂₂ observadas observadas naquelas atmosferas urbanas

naquelas atmosferas urbanas

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2-

Discussões científicas que datam da década de 60

“A Terra passou a ser considerada como um organismo vivo e único”

Danos ao ambiente (homem) puderam ser contabilizados:

HISTÓRICO DA QUÍMICA AMBIENTAL ...

- Uso indiscriminado de pesticidas colocando em risco a saúde devido à contaminação

contaminação dede alimentosalimentos ee dada águaágua

- Descarte inadequado de lixo urbano e industrial

- O ar estava se tornando irrespirável nos grandes centros

Modelo econômico tratava

Modelo econômico tratava o nosso planeta finito e limitado o nosso planeta finito e limitado como se fossecomo se fosse algo algo infinitamente rico e capaz de prover recursos ilimitados a uma população que infinitamente rico e capaz de prover recursos ilimitados a uma população que

crescia “assustadoramente”

contaminação

contaminação dede alimentosalimentos ee dada águaágua

Os primeiros PCBsPCBsforam identificados pela 1ª vez em

1966 !

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33-- Na década de 70 surgem alguns “resultados”Na década de 70 surgem alguns “resultados”

LegislaçõesLegislações ambientaisambientais

Cada vez mais restritivas (preocupação com o destino dos compostos químicos no meio ambiente)

HISTÓRICO DA QUÍMICA AMBIENTAL ...

AvaliaçãoAvaliação dede riscosriscos ambientaisambientais

Preocupação com o risco de exposição a novas moléculas produzidas pelo homem, de cuja toxicidade pouco se sabia

44-- AA partirpartir dada décadadécada dede 8080 A

A questãoquestão ambientalambiental passapassa aa serser umum tematema dede discussãodiscussão emem todos

todos osos segmentossegmentos dada sociedadesociedade

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A questão ambiental passa a ser um tema de discussão em todos os A questão ambiental passa a ser um tema de discussão em todos os

segmentos da sociedade segmentos da sociedade Exemplos importantes

Exemplos importantes::

-- EcoEco--92 92 (Rio de Janeiro)

-- Rio +10 Rio +10 (África do Sul)

HISTÓRICO DA QUÍMICA AMBIENTAL ...

-- Protocolo de Kyoto Protocolo de Kyoto (Japão)

-- Rio +20 Rio +20 (Rio de Janeiro)

Políticas sócio-econômicas Práticas “sustentáveis”

- Reaproveitamento da águaReaproveitamento da água

- Menor utilização de materiais (papel, madeira, ...)Menor utilização de materiais (papel, madeira, ...)

Coleta do lixo reciclável ...Coleta do lixo reciclável ...

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Tem

Tem havidohavido umauma ddisseminaçãoisseminação dede umum sentimentosentimento queque associaassocia aa química

química comcom oo impactante,impactante, oo nocivo,nocivo, (preconceito(preconceito comcom oo “sintético”)“sintético”) Mas

Mas aa expectativaexpectativa dede vidavida dodo brasileirobrasileiro estáestá aumentandoaumentando

^Avanços^{Avanços da}^{da química}^{química na}^{na área}^{área de}^de ^saneamentosaneamento ambientalambiental,, processosprocessos dede desinfecção

desinfecção dede água,água, aumentoaumento ee diversificaçãodiversificação dada produtividadeprodutividade agrícolaagrícola (insumos

(insumos químicos)químicos)

HISTÓRICO DA QUÍMICA AMBIENTAL ...

^Avanços^{Avanços na}na bioquímicabioquímica,, queque servemservem comocomo basebase dada medicinamedicina preventiva

preventiva,, desenvolvendodesenvolvendo vacinasvacinas ee novasnovas drogasdrogas queque aumentamaumentam aa nossa

nossa longevidadelongevidade

Dentro de um assunto tão complexo, inúmeras perguntas Dentro de um assunto tão complexo, inúmeras perguntas

ainda estão sem respostas ainda estão sem respostas

Ainda

Ainda nãonão conhecemosconhecemos comcom exatidão

exatidão aa magnitudemagnitude dodo efeito

efeito estufaestufa ee todastodas asas suas

suas consequênciasconsequências

Toxicidade

Toxicidade ouou poderpoder mutagênico

mutagênico dede todastodas asas novas

novas moléculasmoléculas queque sãosão produzidas

produzidas OPORTUNIDADES...

OPORTUNIDADES...

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CONCEITOS DE QUÍMICA AMBIENTAL

Meio-ambiente

Biosfera Biosfera

Poluição

Poluente

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MEIO AMBIENTE

Conjunto de condições que afetam a existência, desenvolvimento e bem- estar dos seres vivos

Não

Não sese tratatrata apenasapenas dede umum lugarlugar nono espaçoespaço, mas de todas as condições físicas, químicas e biológicas que favorecem ou desfavorecem o desenvolvimento

CONCEITOS DE QUÍMICA AMBIENTAL...

desenvolvimento

BIOSFERA

Conjunto de todastodas asas partespartes dada TerraTerra onde é possível, pelo menos a algumas espécies de organismos, viver permanentemente, alimentar-se e reproduzir-se

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AA BIOSFERABIOSFERA

éé oo conjuntoconjunto dede todostodos osos ecossistemasecossistemas dodo planetaplaneta integra

integra osos diferentesdiferentes ambientesambientes aondeaonde osos seresseres vivosvivos habitamhabitam

CONCEITOS DE QUÍMICA AMBIENTAL ...

Hidrosfera AtmosferaAtmosfera

BIOSFERA

Hidrosfera Ambiente líquido Ambiente líquido (oceanos, lagos, rios)

Atmosfera Atmosfera

Camada de ar que Camada de ar que

envolve a Terra envolve a Terra Litosfera

Litosfera

Camada superficial, Camada superficial,

sólida, da Terra, sólida, da Terra, composta de rochas

e solo

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POLUIÇÃO:

Qualquer

Qualquer substânciasubstância queque possapossa tornartornar oo ambienteambiente impróprioimpróprio, nocivo ou ofensivo à saúde, inconveniente ao bem estar público, danoso aos materiais, à fauna, à flora ou prejudicial à segurança, ao uso e às atividades normais da comunidade

Não

Não sese restringerestringe somentesomente àà ocorrênciaocorrência dede doençasdoenças nono homemhomem

CONCEITOS DE QUÍMICA AMBIENTAL ...

Qualquer

Qualquer alteraçãoalteração dede umum ambienteambiente (ar,(ar, água,água, solo)solo) queque resulteresulte emem prejuízosprejuízos aosaos organismos

organismos vivosvivos ouou prejudiqueprejudique umum usouso previamentepreviamente definidodefinido parapara eleele

POLUENTE

Qualquer substânciasubstância causadoracausadora dede poluiçãopoluição

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CONCEITOS DE QUÍMICA AMBIENTAL ...

A POLUIÇÃO interfere nos CICLOS BIOGEOQUÍMICOS

Processos físico-químicos responsáveis pelo equilíbrio entre os diferentes ambientes que compõem a biosfera

Ciclo do Ciclo do carbono carbono

Ciclos Ciclos

biogeoquímicos biogeoquímicos

Ciclo do Ciclo do oxigênio oxigênio

Ciclo do Ciclo do enxofre enxofre Ciclo do

Ciclo do nitrogênio nitrogênio

carbono

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CONCEITOS DE QUÍMICA AMBIENTAL ...

OS EFEITOS NOCIVOS DA POLUIÇÃOPOLUIÇÃO podem ser diretos ou indiretos

Podem ocorrer até mesmo de médio a longo prazoPodem ocorrer até mesmo de médio a longo prazo

“Embora a maior parte de nossa exposição a essas substâncias seja decorrente de sua presença na água – ou do consumo do peixepeixe queque vive

vive nessa água – veremos que seu transportetransporte aéreoaéreo e sua deposição vive

vive nessa água – veremos que seu transportetransporte aéreoaéreo e sua deposição final no solo são considerações vitais para o entendimento de seu papel na poluição. ”

CONSIDERAR:

- Cadeias alimentares

- Interação entre diferentes ecossistemas

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CONCEITOS DE QUÍMICA AMBIENTAL ...

OS POLUENTES MAIS COMUNS

Classes Classes::

Compostos orgânicos voláteisCompostos orgânicos voláteis (VOC)(VOC)::

São hidrocarbonetos e derivados de “fácil” volatilização, como:

- benzeno, tolueno, etil-benzenos e xilenos (BTEX) - sulfetos orgânicos (mal cheirosos) - sulfetos orgânicos (mal cheirosos) - compostos halogenados

CompostosCompostos halogenadoshalogenados::

- dibenzo-p-dioxinas policloradas - dibenzofuranos

- bifenilas policloradas e terpenilas (PCBPCB)

Fontes primárias: Processos de combustão (incineração de lixo e de resíduos industriais).

Ex: 2,3,7,8-tetraclorodibenzodioxina (mais tóxico)

Fontes: componentes de isolantes elétricos e retardantes de chama

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OS POLUENTES MAIS COMUNS

CompostosCompostos orgânicosorgânicos voláteisvoláteis (VOC)(VOC)

CompostosCompostos halogenadoshalogenados::

- dibenzo-p-dioxinas policloradas - dibenzofuranos

- bifenilas policloradas e terpenilas - naftalenos, bifenilaspolibromadas - organoclorados como:

- trialometanos (THM)

Presentes em águaágua dede abastecimentoabastecimento (resultado da desinfecção com cloro).

- pesticidas (piretrinas e piretróides - permetrina e cipermetrina) Compostos muito tóxicos para peixes

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OS POLUENTES MAIS COMUNS

CompostosCompostos orgânicosorgânicos voláteisvoláteis (VOC)(VOC)

CompostosCompostos halogenadoshalogenados

PesticidasPesticidas::

Substâncias capazes de “matar”“matar” organismosorganismos (insetos, plantas e fungos) ou que interfereminterferem nono seuseu processoprocesso reprodutivoreprodutivo

“ ... Desde a sua introdução, os pesticidas sintéticos constituem um problema, devido ao seu impacto potencial sobre a saúde humana em virtude da ingestão de alimentos contaminados com esses produtos... ” virtude da ingestão de alimentos contaminados com esses produtos... ” Diferentes tipos:

- OrganocloradosOrganoclorados (toxofeno proibido), ciclodienos - OrganofosforadosOrganofosforados (paration, malation, etc)

- CarbamatosCarbamatos (carbofurano, carbaril, etc)

- “Inorgânicos”“Inorgânicos” (contêm elementos como AsAs, BaBa, CdCd, CuCu, FeFe, HgHg, PPb, Se

Se, TlTl e ZnZn) maioriamaioria tóxicatóxica (metais “pesados”: (As), Cd, Hg, Pb)

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OS POLUENTES MAIS COMUNS

PesticidasPesticidas

MetaisMetais “pesados”“pesados”: (As), Cd, Hg, Pb

Devem ser monitorados em alimentos devido a sua elevada toxicidade:

- Resolução Mercosul, GMC N⁰ 102, de 1994

- Regulamento da Comunidade Européia (CE), N⁰ 333, de 28 de março de 2007 - Regulamento da Comunidade Européia (CE), N⁰ 333, de 28 de março de 2007

O termo é tecnicamente NÃO RECOMENDADO, sendo usado como sinônimo para os elementos metálicos que são tóxicos:

- NãoNão essenciaisessenciais

As, Ba, Cd, HgHg e Pb

- MicronutrientesMicronutrientes (essenciais(essenciais aoao nívelnível dede traços)traços) Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Mo, Se e Zn

FONTES: agroindústria, mineração, siderúrgicas, indústrias de baterias, de galvanoplastia ...

Foto:

Foto: “Afloramento” de Hg no solo do município de Descoberto (Zona da Mata)

(21)

OS POLUENTES MAIS COMUNS

PesticidasPesticidas

MetaisMetais “pesados”“pesados”

HidrocarbonetosHidrocarbonetos policíclicospolicíclicos aromáticosaromáticos (PAH)(PAH)::

Hidrocarbonetos que contêm doisdois ouou maismais anéisanéis aromáticosaromáticos conectados por um par de átomos de carbono

Exceto o naftaleno, são obtidos indiretamente na queima de materiais orgânicos e sintéticos (produtos industrializados)

Origem natural ou antropogênica

Dezesseis destes compostos fazem parte de uma lista da EPA (“Poluentes prioritários”) que enumera os poluentes mais relevantes

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OS POLUENTES MAIS COMUNS

CLASSES

CLASSES (espécies orgânicas, inorgânicas e organometálicos)

ESPÉCIES

ESPÉCIES INORGÂNICASINORGÂNICAS

Íons que ocorrem naturalmente no ambiente (águas)

podem ter sua concentração aumentada pelas atividades antrópicas:

CN

CN^--,, ClCl^--,, CaCa²²⁺⁺,, MgMg²²⁺⁺,, POPO₄₄^33--,, NHNH₄₄⁺⁺,, NONO₃₃^--,, NONO₂₂^--,, HH⁺⁺,, SS^22--,, demaisdemais íonsíons metálicos

metálicos

SABER como determiná

SABER como determiná--los !los !

Várias possibilidades

Técnicas instrumentais devem ser preferidas ...

(23)

A QUÍMICA ANALÍTICAANALÍTICA AMBIENTAL Fornecer

Fornecer informaçõesinformações químicasquímicas sobre estudos ambientais ou relacionadas ao monitoramento de espécies de interesse em um determinado meio

Infinidade

Infinidade dede termostermos técnicostécnicos ee abreviaturasabreviaturas !!

Alguns exemplos Alguns exemplos::

Campanha de amostragem Campanha de amostragem DBP

DBP-- produtos de desinfecção DBP

DBP-- produtos de desinfecção Georeferenciamento

Georeferenciamento MHT

MHT –– tempo máximo de estocagem para uma amostra

OCP

OCP –– pesticidas organoclorados OPN – pesticidas

organonitrogenados OPP

OPP –– pesticidas organofosdorados PHA

PHA PBB

PBB –– bifenilas polibromadas

PBDE

PBDE –– difenileterespolibromados PCA – alcanos policlorados

PCB PCB PCDD

PCDD –– dibenzo-p-dioxinas policloradas

PCDF

PCDF –– dibenzofuranos policlorados PCN

PCN –– naftalenos policlorados POP

POP –– poluentes orgânicos persistentes PCT

PCT –– polychlorinated terphenyls VOC

VOC

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ESTÁ NO MONITORAMENTO OU EM ESTUDOS AMBIENTAIS

O ideal é utilizar métodos que permitam fazer a determinação química diretamente no ambiente (in situ) e em tempo real

A QUÍMICA ANALÍTICA AMBIENTAL ...

A medida é feita e o resultado prontamente conhecido A medida é feita e o resultado prontamente conhecido

Poucas são as medidas que podem ser feitas dessa forma:

(como é a media de pH da água de um rio, por exemplo)

(25)

Figura

Figura 11 –– Sonda multiparâmetro para leitura simultânea de parâmetros (por exemplo, pHpH, oxigêniooxigênio dissolvidodissolvido, condutividade

condutividade elétricaelétrica, temperaturatemperatura, turbidez

turbidez) que medem a qualidade de

Portabilidade de equipamentos –

característica importante e desejável característica importante e desejável

turbidez

turbidez) que medem a qualidade de águas superficiais em rios, lagoas, represas e de águas subterrâneas.

Métodos eletroquímicosMétodos eletroquímicos mostram-se adequados

Preparo de amostra (geralmente) requerido é uma desvantagem

(26)

Figura

Figura 22 –– Equipamento de fluorescência de raios-x (FRX) portátil** para determinação simultânea de elementos químicos (principalmente metais) em amostras sólidas.

Portabilidade de equipamentos –

característica importante e desejável característica importante e desejável

Determinações inorgânicas (resíduos sólidos)inorgânicas (resíduos sólidos) Detectabilidade da FRX: mg kg^-1 – mg g^-1 (dependo do elemento e condições instrumentais)

((**) FONTE) FONTE: : http://www.anacomci.com.br/produtos.php?pagina=produtos&produto=66http://www.anacomci.com.br/produtos.php?pagina=produtos&produto=66, acessada 05, acessada 05--0505--13.13.

(27)

Elétron

ejetado Emissão de raios-x A QUÍMICA ANALÍTICA AMBIENTAL ...

Portabilidade de equipamentos –

princípio da técnica de FRX princípio da técnica de FRX

Raios-X

A

Vacância

B

(A) Efeito Fotoelétrico; (B) Emissão de Raios-X característicos provenientes de transições eletrônicas subseqüentes

** Este slide foi retirado do material didático da disciplina QP812, preparado pela

** Este slide foi retirado do material didático da disciplina QP812, preparado pela Prfa

Prfa. Dra. Maria Izabel M. Silveira (IQ. Dra. Maria Izabel M. Silveira (IQ-- UNICAMP)UNICAMP)

(28)

Figura

Figura 33 –– Equipamento de LIBS** – laser induced breakdown spectroscopy (espectroscopia de emissão óptica induzida por laser) portátil** para determinação simultânea de elementos químicos (principalmente metais) em amostras sólidas.

Portabilidade de equipamentos –

característica importante e desejável característica importante e desejável

amostras sólidas.

Determinações inorgânicas em amostras sólidasinorgânicas em amostras sólidas (materiais “líquidos” (úmidos))

Detectabilidade comparável à FRX

Facilidade para trabalhos de prospecção ambiental

((**) ) FONTEFONTE: : http://www.anacomci.com.br/produtos.php?pagina=produtos&produto=10http://www.anacomci.com.br/produtos.php?pagina=produtos&produto=10, acessado em 05, acessado em 05--0505--13.13.

Protótipo do “Los Alamos

Protótipo do “Los Alamos NationalNational LaboratoryLaboratory”.”.

(29)

Figura

Figura 44 – Cromatógrafo portátil** sendo utilizado para medidas de VOCs pela CETESB.

Portabilidade de equipamentos –

característica importante e desejável característica importante e desejável

utilizado para medidas de VOCs pela CETESB.

((**) FONTE:) FONTE:

http://www.cetesb.sp.gov.br/gerenciamento

http://www.cetesb.sp.gov.br/gerenciamento--dede--riscos/emergenciasriscos/emergencias--quimicas/84quimicas/84--cromatografocromatografo--aa--gasgas--portatilportatil, , acessado 05acessado 05--0505--1313..

“CROMATOGRAFIA GASOSA”

TÉCNICA MUITO IMPORTANTE EM QAA

Alguns fabricante s de cromatógrafos portáteis:

Agilent

Agilent TecnologiesTecnologies, Eletronic Sensor , Eletronic Sensor TecnologyTecnology, O. I. , O. I. AnalyticalAnalytical, , TorionTorion TecnologiesTecnologies, , Photovac

Photovac Inc. ...Inc. ...

(30)

Portabilidade de equipamentos –

característica importante e desejável característica importante e desejável

“CROMATOGRAFIA GASOSA”

TÉCNICA MUITO IMPORTANTE EM QAA

Alguns fabricante s de cromatógrafos portáteis:

Agilent

Agilent TecnologiesTecnologies, , BrukerBruker, Eletronic Sensor , Eletronic Sensor TecnologyTecnology, , InficonInficon, O. I. , O. I. AnalyticalAnalytical, , Agilent

Agilent TecnologiesTecnologies, , BrukerBruker, Eletronic Sensor , Eletronic Sensor TecnologyTecnology, , InficonInficon, O. I. , O. I. AnalyticalAnalytical, , Torion

Torion TecnologiesTecnologies, , PhotovacPhotovac Inc. ...Inc. ...

Cromatógrafos portáteis apresentam algumas desvantagens:

Precisão inferior, limitações técnicas (capacidade do reservatório de gases e o Precisão inferior, limitações técnicas (capacidade do reservatório de gases e o

dispositivo de bateria) dispositivo de bateria)

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A maioria das análises não pode ser feita em campo ...

Muitos

Muitos analitosanalitos precisam sofrer transformações químicas e passar por métodos de precisam sofrer transformações químicas e passar por métodos de purificação para tornar possível a sua determinação

purificação para tornar possível a sua determinação

Portabilidade de equipamentos

CaracterísticaCaracterística importanteimportante ee desejáveldesejável

SE

SE aa técnicatécnica analíticaanalítica nãonão consegueconsegue medirmedir oo analitoanalito porpor estarestar eleele emem concentraçãoconcentração muito

muito baixabaixa nana matrizmatriz

Pré-concentração do analito

Uso de técnicas mais sensíveis (geralmente não portáteis)

AMOSTRAGEM ADEQUADA

A condição fundamental de uma amostra é que ela deve retratar o mais próximo possível o meio do qual ela foi retirada

(32)

Bibliografia Consultada

11-- BAIRD, C. Química Ambiental, São Paulo, BAIRD, C. Química Ambiental, São Paulo, BookmanBookman, 2ª ed., 2005., 2ª ed., 2005.

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10

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