Erros no preparo de amostras

(1)

Erros no preparo de amostras

Francisco José Krug

[email protected]

(2)

2

(3)

Fontes de erros

• Amostragem

• Preparo de amostras

• Preparo de reagentes

• Material de referência certificado diferente das

amostras reais

• Calibração do instrumento

• Medidas

• Processamento dos dados

• Apresentação dos resultados

• Interpretação dos resultados

(4)

4

Erros sistem

á

ticos e incertezas

• Erros determinados

(sistemáticos)

• Erros indeterminados

(incertezas)

São conhecidos ou

identificados Origens não _definidas

Podem ser corrigidos Tratados estatisticamente Afetam a exatidão Afetam a precisão

[email protected]

(5)

Exatidão das medidas

Concordância entre a medida

realizada e o valor verdadeiro

(6)

6

m

_exp

– m

_verd

< k (

σ

_exp2

₊

_σ

verd2

)

1/2

K = 2

95%

(7)

Precisão das medidas

A incerteza devida ao acaso no valor de uma

medida x, ou a correspondente incerteza na

estimativa de um resultado analítico, é

representada pela precisão das medidas:

s =

1 n-1

Σ

j=1 n

( x

_j

– x )

1/2

(8)

8

A seq

ü

ência anal

í

tica

•

• Defini

Defini

ç

ão do problema

•

• Escolha do m

Escolha do m

é

todo

•

• Amostragem

_Amostragem

•

• Pr

Pr

é

-

tratamento da amostra

•

• Medida

Medida

•

• Calibra

Calibra

ç

ão

•

• Avalia

Avalia

ç

ão

•

• A

A

ç

ão

(9)

Qualidade em an

á

lises qu

í

micas

-

I

(

(KatemanKateman & & PijpersPijpers, 1981), 1981)

• Qualidade da amostra

– Homogeneidade

– Elemento

– Massa

– Método de amostragem

• Qualidade do método de amostragem

fjkr

(10)

10

Exemplo: Homogeneiza

ç

ão de amostras

biol

ógicas

ó

gicas

• Proporciona diminuição de diversidade

química/biológica

• Moagem pode proporcionar contaminações

ou perdas de analitos

• Procedimentos dependem da

quantidade/tamanho da amostra, parâmetros

físico-químicos, dureza, umidade, etc

• Não existem procedimentos-padrão

Ph. Quevauviller, Sci. Total Env., v. 176, p.141, 1995 [email protected]

(11)

Composi

ç

ão aproximada de materiais usados em

equipamentos de moagem

1,5 MgO 0,01 MgO 1,5 CaO 0,01 CaO MnO 0,01 MnO 0,03 Fe₂O₃ 0,01 Fe₂O₃ K₂O 3,0 0,01 K₂O Na₂O 0,02 Na₂O Al₂O₃ 83,0 34,0 0,02 Al₂O₃ 0,1 SiO₂ 16,5 61,0 99,91 SiO₂ % óxido de zircônio alumina % porcelana % ágata %

(12)

12

Composi

ç

ão aproximada de materiais usados em

equipamentos de moagem

0,5 94,0 W 0,3 V 0,3 Mo 6,0 Co 0,40 0,3 Mn 0,25 0,3 0,1 Si 0,15 1,65 0,08 21-23 C 12,0 Cr 99,11 84.0 0,1 0,1 Fe Aço carbono % Aço cromo % Titânio % Carbeto de tungstênio % Carbeto de boro %

B. Market, Sci.Total Env., 176(1995)45 fjkr

[email protected]

Pro

f. J

oa

qu

im

de

Ar

aú

jo

Nó

bre

ga

. T

écn

ica

s d

e

mo

ag

em

: a

spe

cto

s g

era

is e

prá

tic

os

Dia

20 /10

(13)

Qualidade em an

á

lises qu

í

micas

-

I

(

Kateman

&

Pijpers

, 1981)

• Qualidade da amostra

– Homogeneidade

– Elemento

–Massa

– Método de amostragem

• Qualidade do método de

amostragem

fjkr [email protected]

(14)

14

Coeficientes

de

varia

ç

ão

propostos

para

Cd

no material

IAEA

-

393 (

algas

)

em

fun

ç

ão

da

massa

da

amostra

coeficiente de variação

massa

0,01 mg

0,1 mg

1 mg

10 mg

100 mg

50 %

15,8 %

5 %

1,58 %

0,5 %

M.Rossbach, P. Ostapczuk, H. Emons. Microhomogeneity of candidate reference materials: comparizon of solid sampling Zeeman -AAS with NAA. Frezenius J. Anal. Chem. 260(1998) 380-383.

(15)

A seq

ü

ência anal

í

tica

•

• Defini

Defini

ç

ão do problema

•

• Escolha do m

Escolha do m

é

todo

•

• Amostragem

Amostragem

•

• Pr

_Pr

é

_é

-

_-

tratamento da amostra

_{tratamento da amostra}

•

• Medida

Medida

•

• Calibra

Calibra

ç

ão

•

• Avalia

Avalia

ç

ão

•

(16)

16

Pr

é

-

tratamento da amostra

É

oportuno observar que, entre todas as opera

ç

ões

anal

í

ticas, a etapa de pr

é

-

tratamento das amostras

é

a mais cr

í

tica. Em geral,

é

nesta etapa que se

cometem mais erros e que se gasta mais tempo.

É

tamb

é

m a etapa de maior custo.

A seq

ü

ência anal

í

tica

(17)

Preparo de amostras e qualidade:

• Os erros totais de uma análise química são devidos, em muitos casos, às tarefas realizadas na etapa de pré-tratamento.

• O pré-tratamento das amostras pode representar até 99% do tempo total de uma análise (60% em média).

• A etapa de preparação pode representar mais de 90% dos custos analíticos.

• O tempo necessário para se concluir uma análise devido ao pré-tratamento pode variar de 2 minutos a dezenas de horas.

(18)

18

Pré-tratamento de amostras

• a etapa de pré-tratamento das amostras inclui todo o procedimento de preparo no laboratório

• o tipo de pré-tratamento depende do estado da amostra que entra no laboratório

• a maioria das técnicas requer decomposição prévia da amostra • principais razões para o pré-tratamento:

• homogeneização

• dissolução de amostras sólidas

• separação de substâncias interferentes • pré-concentração dos analitos

Ph. Quevauviller, Sci.Total Env., 176 (1995)141

fjkr

(19)

Erros no preparo de amostras

dentro do laborat

(20)

20

Influência

de

“

brancos

anal

í

ticos

”

na

determina

ç

ão

de

baixas

concentra

ç

ões

de

chumbo

Primeira análise de vidro NIST 330 ± 250

Análise com ácidos selecionados 260 ± 200

Análise em capela de fluxo laminar Classe 100 20 ± 8 Pb ( µg )

Análise com ácidos de alta pureza em sala branca 2 ± 1

Adaptado de Skip Kingston, 1996. “The Role of Analytical Blank in Accurate Trace Analysis”. Thomas Murphy, NBS Special Publication 4222, Accuracy in Trace Analysis: Sampling, Sample Handling and Analysis. Proc. 7th IMR Symposium, 1974, Gaithersburg-MD.

fjkr

(21)

O branco anal

í

tico

( tamb

( tambéém conhecido como o m conhecido como o

“

calcanhar de Aquiles

”

da da qu

quíímica analmica analíítica de tratica de traçços)os)

amostra

_m

_am

_{± s}

_am 55,5 ± 0,3

branco

_m

_br

_{± s}

_br 11,0 ± 5,0

amostra - branco m_am- m_br ± (s_am2_+s

(22)

22

Como controlar o branco anal

í

tico?

Evitar contaminação de 3 fontes primárias:

• Laboratório

• Reagentes

• Aparelhos

(23)

Principais erros no preparo de amostras

• Contaminação

– Pelo ar

– Impurezas em reagentes

– Materiais

• Perda de elementos

– Por volatilização

– Por adsorção

(24)

24

Teores de alguns elementos no ambiente de trabalho

450 3-70 900 5-70 3200 4-30 Cabelo (µg g-1₎ 6-20 3000 10 250 1-2 Pele (µg g-1₎ 1 0,1-3 350 1 4-10 suor (µg ml-1₎ 35000 250 1100 60000 Cosméticos (µg g-1₎ 10 7 Fumaça de cigarro (µg g-1₎ <0,02 <0,04 <0,004 <0,006 <0,004 Ar filtrado (µg m-3) 1600 2150 8000 3200 2700 3000 Ar não filtrado (µg g-1 _pó) Zn Pb K Fe Ca Al [email protected]

(25)

Contaminantes mais comuns no ar

Adaptado de Skip

(26)

26

Classes de limpeza

partículas / m3

USFS 209E ISO 14 644

≤ 0,5 µm

≤ 5 µm

ISO Classe 1 -

-ISO Classe 2 4

-Classe 1 ISO Classe 3 35

-Classe 10 ISO Classe 4 352

-Classe 100 ISO Classe 5 3520 29

Classe 1000 ISO Classe 6 35200 293

ISO Classe 9 35200000 293000

E.S.F. Benett. E o impacto de uma norma ISO na classificação de salas limpas Revista da Sociedade Brasileira de Controle de Contaminação, 6(1998)20-23.

fjkr

[email protected]

(27)

Esquema de uma sala limpa

(28)

28

Fei Peng, Guangbei Tu. Estudo de salas limpas em fluxo

unidirecional local. Revista da Sociedade Brasileira de Controle de Contaminação, v.3, n.10, 29-32, 1999.

[email protected]

(29)

Fei Peng, Guangbei Tu. Estudo de salas limpas em fluxo

unidirecional local. Revista da Sociedade Brasileira de Controle de Contaminação, v.3, n.10, 29-32, 1999.

(30)

30

Concentra

Concentraçção de alguns elementos no ar de laboratão de alguns elementos no ar de laboratóórios rios ( ( µµg/mg/m3 3 ₎₎

Fe

Cu

Pb

Cd

Laboratório comum 0,2 0,02 0,4 0,002 Sala branca 0,001 0,002 0,0002 n.d. Capela de fluxo laminar 0,0009 0,007 0,0003 0,0002

Maienthal, E.J., In J.K. Taylor ed. National Bureau of Standards. Technical Note 545, p.53-54, 1970

(31)

Principais erros sistem

á

ticos no preparo

de amostras

• Contaminação

– Pelo ar

– Impurezas em reagentes

– Materiais

• Perda de elementos

– Por volatilização

– Por adsorção

(32)

32

Purifica

ç

ão de

á

gua ou

á

cidos por destila

ç

ão

abaixo do ponto de ebuli

ç

ão

Cortesia Hans Kürner

(33)

Destilador

(34)

34

Impurezas residuais em diferentes

Impurezas residuais em diferentes áácidos. Dados em cidos. Dados em ngng//ml ml (

(TschTschööpelpel et al, Fresenius Z. Anal. Chem. 302, 1-14, 1980et al, ))

Cd Cu Fe Al Pb Mg Zn H₂O 0,01 0,04 0,32 <0,05 0,02 <0,02 <0,04 HCl 10 M “subboiling” HCl 10 M Suprapur HCl 12 M p.a. 0,01 0,03 0,1 0,07 0,2 1,0 0,6 11 100 0,07 0,8 10 0,05 0,13 0,5 0,20 0,5 14 0,2 0,3 8,0 HNO₃ 15 M “subboiling” HNO₃ 15 M Suprapur HNO₃ 15 M p.a. 0,001 0,06 0,1 0,25 3,0 2,0 0,2 14 25 <0,005 18 10 <0,002 0,7 0,5 0,15 1,5 22 0,04 5,0 3,0 HF 54% “subboiling” HF 40% Suprapur HF 54% p.a. 0,01 0,01 0,06 0,5 0,1 2,0 1,2 3,0 100 2,0 1,0 5,0 0,5 3,0 4,0 1,5 2,0 3,0 1,0 1,3 5,0 fjkr [email protected]

(35)

DuoPUR

Acid

Purification

System

Cortesia

Milestone

150 ml HNO₃h-1 _{a 300 W}

(36)

36

DuoPUR

Acid

Purification

System

Comparison of trace metal contamination in select high-purity nitric acids. Concentration in pg/g.

<100 < 2 12 ± 3.2 Zn < 50 < 2 10 ± 2.5 Cu <100 <10 8.1 ± 3.0 Ni < 20 < 1 0.5 ± 0.3 Co < 20 < 1 1.4 ± 0.4 Mn < 50 <10 3.1 ± 0.7 Cr < 20 < 1 0.8 ± 0.4 V <100 <20 5.5 ± 1.1 Ti Baker Ultrex Fisher OptimaTM DuoPUR Double distilled

(37)

Principais erros sistem

á

ticos no preparo

de amostras

• Contaminação

– Pelo ar

– Impurezas em reagentes

– Materiais

• Perda de elementos

– Por volatilização

– Por adsorção

(38)

38

Impurezas em diferentes materiais (

Impurezas em diferentes materiais (ngng/g). /g). Adaptado de

Adaptado de TolgTolg e e TschTschööpelpel, Anal. , Anal. SciSci. 3(1987) 199. 3(1987) 199--208.208. Elemento Carbono Vítreo PTFE Teflon Quartzo Heralux Quartzo Suprasil Vidro Borossilicato B 100 - 100 10 principal Na 350 25000 1000 10 principal Mg 100 - 100 100 6x105 Al 6000 - 30000 100 principal

Si 85000 - principal principal principal

K 80000 - 800-3000 100 106

Ti 12000 - 800 100 3000

Cr 80 30 5 3 3000

Mn 100 - 10 10 6000

(39)

Impurezas em diferentes materiais (

Impurezas em diferentes materiais (ngng/g). /g). Adaptado de

Adaptado de TolgTolg e e TschTschööpelpel, Anal. , Anal. SciSci. 3(1987) 199. 3(1987) 199--208208

Elemento Carbono

Vítreo TeflonPTFE Quartzo Heralux SuprasilQuartzo BorossilicatoVidro

Co 2 2 1 1 100 Ni 500 - - - 2000 Cu 200 20 70 10 1000 Zn 300 10 50 100 3000 As 50 - 80 0,1 500-22000 Cd 10 - 10 - 1000 Sb 10 0,4 2 1 8000

(40)

40

Sistema para limpeza de materiais de quartzo

com vapor de

á

cido n

í

trico

Tubo de ensaio

Tschöpel et al, Fresenius Z. Anal. Chem. 302, 1-14, 1980.

1.Lavagem com vapor de HNO₃ durante a noite.

2. Enxaguar com água

3. Secar em ambiente classe 100

fjkr

(41)

2h com vapor de HNO₃ + 2h com vapor de H₂O Diferentes procedimentos de limpeza de frascos de quartzo 10 mg l-1 _Mg 2mg l-1 _Mg 0,1 mg l-1 _Mg Contaminação

(42)

42

Descontaminação de Mg e Zn em frascos de quartzo com sistema de limpeza com vapor (Tschopel et al,1980) Mg Zn 0,04 µg l-1 1 2 µg l -1 Tempo de limpeza / h 2 4 6 8 [email protected]

(43)

TraceCLEAN

Acid

Reflux

Cleaning

System

Cortesia

Milestone

Tempo de limpeza: 60 min

(44)

44

TraceCLEAN

Acid

Reflux

Cleaning

System

Cortesia

(45)

Ramon M. Barnes, Sueli P. Quinaia, Joaquim A. Nóbrega, Thelma Blanco. A fast microwave-assisted, acid-vapor, steam cleaning

procedure for autosampler cups.

Spectrochim. Acta part B, v.53, p.769-771, 1998

(46)

46

An

á

lise de

“

brancos

”

por

ICP

-

MS

usando

frascos de TFM

Cortesia Milestone [email protected]

Elemento

As

B

Ba

Be

Cd

Ce

Co

Cu

Ga

ng/l

240

400

40

30 0,8

190

20

30

20 Elemento

Li

Mo

Pb

Sb

Sc

Se

Sr

Ta

Zn

ng/l

90

260

150

10

40

10

50

10

310

(47)

Contamina

ç

ão causada por elementos (ng/ml)

em brancos de solu

ç

ões

á

cidas preparados a partir de

reagentes idênticos ap

ó

s uso em frascos de PFA e TFM

Elemento Al B Ba Bi Cd Co Cr Hf La PFA 2.7 7.5 0.9 0.5 4.7 0.8 0.4 1.4 0.2 TFM ND 1.8 <DL <DL 0.1 <DL 0.1 <DL <DL Elemento Mo Pb Sb Sr Th U W Zn Zr PFA 0.6 67 0.6 0.2 0.5 0.3 5.4 0.6 1 TFM <DL 0.03 <DL 0.1 <DL <DL <DL 0.2 <DL

(48)

48

Principais erros sistem

á

ticos no preparo

de amostras

• Contaminação

– Pelo ar

– Impurezas em reagentes

– Materiais

• Perda de elementos

– por volatilização

– por adsorção

• Decomposição incompleta das amostras

(49)

Perdas por volatilização

(Bock,1979) Elemento 400 oC 450 oC 500 oC 550 oC 600 oC 700 oC Al 0 0; + As +++ +++ 0; +++ +++ +++ B +++ Ca ++ 0 0 0 0 0 Cd 0 0 ++ Co +; +++ 0; +++ 0; +++ 0 0; +++ 0; +++ Cr 0 0 0 0 +++ ++ Cu 0 0; +++ 0; ++ 0; +++ 0; + 0; ++ Fe ++; +++ 0; + 0; +++ 0; +++ 0; +++ Hg +++ +++ +++ +++ K +++ +; +++ 0; + + ++; +++ Mg 0 0 0; + Mn 0 0 0; + 0 0 0; ++ Mo 0 0; +++ 0; +++ 0 ++ Na ++ 0; ++ 0 ++ ++ Ni 0 0; + 0 0 Pb 0 0; + 0; +++ 0; + 0; + 0; +++ Sb +++ ++ + +++ Zn 0 0; ++ 0; +++ 0; +++ 0; + 0; +++

(50)

50 Volatilização de mercúrio de soluções aquosas

(Tschopel et al. Talanta, 22, 889-899, 1975)

(51)

Fundentes mais comuns utilizados em decomposições por fusão

Fundente Ponto de fusão (ºC)

Hidróxido de sódio NaOH 318

Hidróxido de potássio KOH 360

Pirossulfato de sódio Na₂S₂O₇ 403 Pirossulfato de potássio K₂S₂O₇ 419

Peróxido de sódio Na₂O₂ 480 (decompõe-se)

Metaborato de lítio LiBO₂ 845

Carbonato de sódio Na₂CO₃ 851

Carbonato de potássio K₂CO₃ 891

(52)

52

Decomposição por Fusão: algumas aplicações (II)

Fundente Temp.

(ºC) Material do cadinho

Substâncias

tratadas Elementos voláteis

LiBO₂ ou Li₂B₄O₇ Pt Pt-Au Grafite

Ag, As, Bi, Br, Cd, Cl, F, Ga, Hg, In, I, Os, Pb, Re, Ru, S, Sb, Se, Te, Tl, Zn KHSO₄ ou K₂S₂O₇ Pt Bi, Cd, Hg, Pb, S, Se, Tl, Zn Na₂O₂ 900-950 420-700 450-1000

Ni, Fe, Ag, Zr, carbono

vítreo, Pt (max.450ºC)

silicatos, solos, óxidos de Al, Cr, Mg, Ca, Fe, materiais refratários

sulfetos, óxidos de Be, Cr, Fe, Nb, Ta, Ti, Zr, de lantanídeos

concentrados de metais preciosos, refratários, solos, silicatos, óxidos de Al, Ti, Fe, Mn, Cr, Sn, Zn, Nb, Ta, ligas metálicas, materiais a base de zinco, minérios

(53)

Principais erros sistem

á

ticos no preparo

de amostras

• Contaminação

– Pelo ar

– Impurezas em reagentes

– Materiais

• Perda de elementos

– por volatilização

– por adsorção

(54)

54 Adsorção de mercúrio (II) em diferentes materiais

(Tschopel et al. Talanta, 22, 889-899, 1975)

(55)

Principais erros sistem

á

ticos no preparo

de amostras

• Contaminação

– Pelo ar

– Impurezas em reagentes

– Materiais

• Perda de elementos

– por volatilização

– por adsorção

(56)

56

Digestão de materiais biol

Digestão de materiais biolóógicos com HNOgicos com HNO₃₃

a diferentes temperaturas e teor de carbono residual

alga

alga fígado

fígado

[email protected]

(57)

HPA: Sistema de decomposi

ç

ão

sob alta pressão

(58)

58

HPA

-

S

High

Pressure

Asher

(59)

Principais erros sistem

á

ticos no preparo

de amostras

• Contaminação

– Pelo ar – Impurezas em reagentes – Materiais

• Perda de elementos

– por volatilização – por adsorção

• Decomposição completa das

(60)

60

HNO₃- 180o_C

HNO₃- 300o_C

Voltamogramas de Cd, Cu, Zn e Pb em digeridos de vegetais. M. Würfels et al, Frezenius Z. Anal. Chem, v.330 (1988) 159.