ANÁLISE EM FLUXO
MONOSSEGMENTADO (MSFA)
Aumento de tempo de residência
sem aumento de dispersão
C. Pasquini, W.A. de Oliveira, Anal. Chem. 57 (1985) 2575
Aumentando o tempo de residência em fluxo monossegmentado
Transportador Ar Ar Transportador Zona de
Amostra
B.F. Reis, M.F. Giné, E.ªM Kronka; A análise por injeção em fluxo contínuo. Quim. Nova 12 (1989) 82.
C. Pasquini, W.A. Oliveira; Monosegmented system for continuous flow analysis. Spectrophotometric determination of chromium (VI), ammonia and phosphorus. Anal. Chem. 57 (1985) 2575.
Introdução das bolhas de ar
Remoção das bolhas
12 µL
60 µL
Avaliação do sistema com corante
T1- bobina de incubação (comprimento variável, 2 mm d.i.) S – amostra
J – cela de permeação
V = frequência de amostragem = 3600/tB,
onde tB= largura de pico na linha de base
Tempo de residência
Volume de amostra = 300 µL; > 120 análises/h
Não precisa atingir equilíbrio
Determinação de amônia
R5 =NaOCl 0,5% (m/v)
R6 = Fenol 2% (m/v) e prussiato de sódio 1% (m/v) R7 = EDTA 5% (m/v em NaOH 0,5M T4 = 300 cm. 2mm d.i. monochloramine benzoquinone chlorimine indophenol
Determinação de amônia
Determinação de Fosfato
R1 = molibdato de amônio 5 mM em HNO30,2M R2 = ácido ascórbico 0,5% (m/v) T2 = 150 cm, 2 mm d.i.Determinação de Cr(VI)
R3 = H2SO42M R4 = Difenilcarbazida 0,2% (m/v) em ácido acético 25% (v/v) T3 = 100 cm, 2 mm d.i.MSFA vs. SCFA vs. FIA
Principais vantagens do MSFA sobre SCFA são a possibilidade de trabalhar com menores volumes de amostra e maior simplicidade instrumental (introdução e remoção de bolhas é feita sem tubos de bombeamento adicionais)Frequência de amostragem em MSFA é aproximadamente o dobro de SCFA para reações lentas e pode aumentar ainda mais para reações rápidas Principal vantagem de MSFA sobre FIA é a possibilidade de aumentar o tempo de residência sem aumento de dispersão e sem diminuição da frequência de amostragem
Para amostras que não requeiram alta sensibilidade e a reação é rápida, FIA é vantajosa sobre MSFA e SCFA
Desenvolvimento de um método FIA
em 10 etapas
1) Definir o analito
2. a) Estudar a literatura sobre diferentes métodos possíveis FIA, SCFA, Métodos Oficiais, outros;
b) Estudar a literatura sobre o desempenho e propriedades: Princípios químicos, seletividade, sensibilidade, faixa de resposta linear c) Estudar a necessidade de pré-tratamento.
3) Investigar a cinética de reação e avaliar a possibilidade de adaptar a um sistema FIA, disponibilidade, preço e toxicidade dos reagentes, disponibilidade de cela de detecção em fluxo.
4) Projete o sistema de fluxo considerando aspectos como dispersão, faixa de concentrações de trabalho, sensibilidade, efeitos de matriz, etc.
• Para máxima sensibilidade, aumente o volume de amostra, aumente a vazão do transportador e diminua a vazão dos reagentes.
• Minimizar a influencia da matriz – compatibilize o transportador com a amostra (pH, força iônica, viscosidade, etc).
• Para maximizar a frequência de amostragem , diminua o volume de amostra, aumente a vazão total e diminua o comprimento e diâmetro da bobina de reação
Desenvolvimento de um método FIA
em 10 etapas
5. Realizar testes iniciais, avaliando: estabilidade da linha base, determinar o coeficiente de dispersão, injetar um padrão e comparar com o sinal obtido pelo método estático, o pH do efluente está dentro do planejado?
Realizar a varredura espectral do produto obtido para verificar se o comprimento de onda está adequado; verifique o formato do pico para confirmar que o grau de mistura está sendo apropriado, realizar uma parada de fluxo.
6. Estudar a influência do pH na reação (solução transportadora e reagentes – efetuar parada de fluxo).
7. Estudar a influência da temperatura na bobina de reação (25 a 50 oC)
8. Otimizar o sistema com as variáveis:
Volume de amostra Vazão (Transportador) Composição do transportador Vazão do Reagente Composição do reagente Comprimento da bobina Diâmetro interno Set-up instrumental Temperatura Acompanhe o efeito das alterações com paradas de fluxo e determinações de D
Desenvolvimento de um método FIA
em 10 etapas
9. Realizar estudo de interferentes 10. Validação do Método:
Linearidade e sensibilidade Limite de detecção e quantificação Análise de amostras reais
Exatidão - Estudos de recuperação, comparação com métodos de referência, análise de amostras certificadas
Precisão - Reprodutibilidade e repetibilidade Testes de estabilidade de amostras e reagentes – Robustês
B. Karlberg, G. E. Pacey, Flow Injection Analysis. A Practical Guide. Elsevier, Amsterdam, 1989
Desenvolvimento de um método FIA
em 10 etapas – Exemplo: Fe em águas
1. Analito = Fe em águas – concentrações entre 0 e 1,0 mg/L 2. Possíveis reagentes colorimétricos:
(A) o- fenantrolina
(B) 2,4,6 tri—2-piridil-1,3,5 triazina (TPTZ)
(C) 3-(2-piridil)-5,6-bis (4-fenilsulfonato)-1,2,4 triazina (Ferrozina)
Reagente Absortividade Molar (L mol-1cm-1)
A 11100
B 22600
C 27900
Ferrozina: maior sensibilidade; estequiometria 3:1, pH 4- 4,5; outros íons metálicos podem interferir, mas estão em concentrações muito menores; Ferrozina reage com Fe(II), mas não com Fe(III) – requer etapa de redução; polifosfatos complexam ferro (pré-tratamento necessário (HCl ou perssulfato de potássio)
Desenvolvimento de um método FIA
em 10 etapas – Exemplo: Fe em águas
3. Ferrozina preenche as características necessárias para a análise (sensibilidade, seletividade e disponibilidade comercial)
4. Para maior sensibilidade deve-se trabalhar com baixa dispersão da zona de amostra: Aumentar volume de amostra e vazão de transportador, diminuir a vazão dos reagentes
mL/min 2,0 0,3 0,3 C1 R1 R2 200 µL 30/0,7 30/0,7 560 nm C1 = água destilada
R1 = Reagente combinado: Ferrozina + redutor (cloridrato de hidroxilamina) R2 = Solução Tampão HAc/NaAc
D = 1,3
Desenvolvimento de um método FIA
em 10 etapas – Exemplo: Fe em águas
Concentração dos reagentes, considerando a amostra mais concentrada como 1,0 mg/L em Fe total:
Após o primeiro ponto de confluência, R1 dilui a amostra por um fator de 2/(2+0,3), de modo que a concentração máxima de amostra a partir desse ponto seria 0,87 mg/L (0,0156 mM).
R1 é diluído na razão de 0,3/(2+0,3) = 0,13
Estequiometria 1 Fe : 3 Ferrozina. Portanto se CFe= 0,156 mM, Cferrozina= 0,0468 mM
(teórica).
Usar um excesso de pelo menos 5 x a concentração estequiométrica. Portanto, a Cferrozinana bobina deveria ser 0,234 mM
Como o reagente é diluído na razão 0,13, a Cferrozinano frasco estoque deve ser
0,234/0,13 = 1,80 mM
Cloridrato de hidroxilamina = 3,5 % (m/v) - grande excesso
Desenvolvimento de um método FIA
em 10 etapas – Exemplo: Fe em águas
5. Testes iniciais (Dexperimental= 1,11)
Linha base estável, mas com distorção na base do pico (efeito de matriz)
Magnitude do sinal (~0,1 U.A.) é coerente com o coeficiente de absortividade molar do complexo (27900 L mol-1cm-1)
Absorbância esperada: 200 µg/L = 3,58 x 10-6M
A = [(3,58 x 10-6)/1,1]*27900 = 0,91
Reação rápida
Desenvolvimento de um método FIA
em 10 etapas – Exemplo: Fe em águas
6. Diferentes valores de pH (3,6 a 6) não alteraram o sinal 7. Efeito da Temperatura T (oC) U.A. 14 0,399 24 0,417 35 0,449 48 0,470
Ganho de sinal não compensa os problemas associados com o aquecimento da bobina de reação
Paradas de fluxo em diferentes temperaturas e diferentes tempos comprovam que a reação é praticamente instantânea
8. Otimização. Curva analítica construída com soluções de referência de concentrações entre 0,25 e 0,90 mg/L
Distorção na linha de base dificulta leitura do pico em baixas concentrações (gradiente de índice de refração)
Desenvolvimento de um método FIA
em 10 etapas – Exemplo: Fe em águas
8. Otimização
Para eliminar a distorção do pico: Usar válvula com by-pass ou Adicionar um outra linha de fluxo:
d.i. = 0,7 mm melhor que 0,5 mm (melhora a mistura) C ferrozina(R1) variada de 0,93 a 0,75 g/L Ctampão(R2) 8 a 10% (m/v) C1 C2 R1 R2 200 µL 30/0,7 30/0,7 30/0,7 570 nm Dexp= 1,5
Desenvolvimento de um método FIA
em 10 etapas – Exemplo: Fe em águas
9. Estudo de interferentes: cloreto, sulfato, sódio, cálcio, magnésio, fosfato, substâncias húmicas, etc.
Espécies comumente encontradas em águas.
Consultar legislação (CONAMA) para diferentes classes de águas
10. Validação...
Detecção e correção de problemas
1- variação e ruído na linha base
2- bolha de ar (a) pico normal,(b) pico causado por bolha
3- (a) pico com forma normal; (b) pico deformado por pulsação (tubos de bomba deformados)
Detecção e correção de problemas
Químicos, mecânicos ou ambos?
QUÍMICOS
Checar a reação manualmente nas proporções amostra/reagente planejadas antes de iniciar as injeções.
Verificar:
Concentração dos reagentes (há excesso em relação à quantidade estequiométrica?)
O pH está adequado?
A cinética da reação permite a adaptação ao sistema FIA? Requer aquecimento?
Detecção e correção de problemas
Mecânicos
SISTEMA DE PROPULSÃO
Checar o sistema de bombeamento com água -trocar tubos de bomba deformados -Lubrificar os tubos com óleo de silicone
- Usar pressão correta para o bombeamento (excesso de pressão não aumenta a vazão e diminui a vida útil dos tubos) - Desconectar o injetor e as bobinas para verificar o bombeamento
Problemas podem ocorrer quando são usadas várias linhas de fluxo, com diferenças de vazão muito grandes
Tubos de bobinas de reação com diâmetros muito pequenos ou outros pontos de restrição podem causar a reversão da direção do fluxo
Detecção e correção de problemas
Mecânicos
INJEÇÃO
Vazão durante aspiração da pressão – aspiração diminui pressão e bolhas de ar podem aparecer – diminuir a vazão de aspiração da amostra Alça de amostragem suja ou engordurada – formação de bolhas e entupimento – trocar ou limpar
Ativação do injetor – após a injeção, retorna adequada e rapidamente à posição de amostragem?
Vazão do carregador – Existe variação de vazão quando a válvula é incorporada no sistema ou quando é comutada da posição de amostragem para a posição de injeção?
Detecção e correção de problemas
Mecânicos/Físicos
SISTEMA (MANIFOLD)
Checar entupimentos dos tubos e nas conexões. Limpar com detergentes, ácidos ou base. Limpeza mecânica deve ser feita com fios de nylon para evitar ranhuras causadas por metais na superfície interna
DETECTOR (Espectrofotométrico) Variação da linha de base -Esperar o aquecimento apropriado
-Verificar se bolhas de ar estão se acumulando na cela de fluxo -Purgar a solução transportadora, amostra (se possível) e reagentes -Verificar se há degradação de reagente ou acúmulo de produtos da reação Absorbância de fundo muito alta
Cela contaminada – limpeza interna (NaOH 5M e muita água) e externa Comprimento de onda está correto?
Detecção e correção de problemas
DETECTOR (Espectrofotométrico)Formação de precipitado na cela de fluxo Diminuir a concentração dos reagentes
Adicionar intermitentemente uma solução de limpeza (ácido, base, EDTA, etc)
QUÍMICOS
Não é observado Sinal Após a Injeção
Se o detector está funcionando corretamente e a cela de fluxo está alinhada com o feixe óptico, as três causas mais comuns são:
pH incorreto
Comprimento de onda incorreto Soluções preparadas erroneamente
B. Karlberg, G. E. Pacey, Flow Injection Analysis. A Practical Guide. Elsevier, Amsterdam, 1989
