Determinao de Nitrognio Total em Amostras de Rocha Petrolfera pelo Mtodo Kjeldahl / Indofenol

Fernanda Nunes Ferreira Bolsista PCI, Qumica Industrial

Maria Ins Couto Monteiro Orientadora, Qumica Analtica, D. Sc.

Llian Irene Dias da Silva Co-orientadora, Fsico-Qumica, M.Sc.

Resumo

O mtodo micro Kjeldahl / indofenol foi implementado para determinao de nitrognio total em amostras de rocha petrolfera e de solo, utilizando sistemas de digesto e de destilao por arraste de vapor. Foram realizados estudos da recuperao de NH3 nas etapas de digesto e destilao e da influncia do Se como catalisador na digesto das amostras. Os resultados obtidos indicaram que o mtodo do indofenol adequado para a determinao de N Kjeldahl total, e no h necessidade da utilizao do catalisador de Se na etapa de digesto das amostras testadas.

1. Introduo

1.1. Mtodos utilizados para determinao de Nitrognio Total

Os mtodos mais utilizados para a determinao de nitrognio total so: (a) o mtodo Kjeldahl, que essencialmente um procedimento de oxidao mida e (b) o mtodo de Dumas, que basicamente uma tcnica de oxidao seca (combusto) (Keeney & Bremner, 1967).

O mtodo Kjeldahl para determinao de nitrognio Kjeldahl total (NKT) tem sido utilizado desde 1883 (Yasuhara & Nokihara, 2001). Apresenta como principal vantagem o uso de uma aparelhagem extremamente simples e pouco onerosa. De acordo com Bremner (1965) e Keeney & Bremner (1967), o mtodo clssico Kjeldahl satisfatrio para a anlise de Ntotal para a maioria dos compostos nitrogenados que ocorrem nos solos e plantas. Entretanto, no apresenta resultados satisfatrios quando esto presentes compostos com ligaes N-N e N-O.

1.2. Mtodo Kjeldahl

O mtodo clssico Kjeldahl compreende duas etapas: (1) digesto da amostra para converter Norg. a on amnio (N-NH4+) e (2) determinao do N-NH4+ no digerido, aps destilao com lcali. O sulfato de amnio resultante da digesto aquecido com uma base, desprendendo amnia (NH3), e a reao pode ser representada pela

equao: NH4+ + OH- NH3 + H2O. A amnia ento recolhida em uma soluo cida, e a espcie N-NH4+ determinada por colorimetria, eletrodo on seletivo ou titulao com soluo padro cida (Bremner, 1965; Yasuhara & Nokihara, 2001).

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1.3. Digesto da amostra pelo Mtodo Kjeldahl

Na etapa de digesto do mtodo clssico Kjeldahl, a amostra aquecida com cido sulfrico. So utilizados sais (K2SO4 ou Na2SO4) para aumentar a temperatura de ebulio do H2SO4, e catalisadores, tais como Se, Hg ou Cu que promovem um aumento da velocidade de oxidao da matria orgnica (Bremner, 1965).

1.4. Determinao da espcie N-NH4+ por colorimetria

O on NH4+ tem sido determinado por diferentes mtodos, sendo que os mais utilizados so os mtodos espectrofotomtricos: mtodo do indofenol (reao de Berthelot), procedimento de difuso de gs/ indicador cido-base e do reagente de Nessler (Van Standen & Taljaard, 1997). Para anlise de solos geralmente utilizado o mtodo titrimtrico (Bremner, 1965). O mtodo do indofenol se baseia na formao do composto azul intenso de indofenol, resultante da reao da amnia com um composto fenlico na presena de um agente oxidante e catalisador (FEEMA, 1983).

2. Objetivo

Esse trabalho tem como objetivo implementar o mtodo micro Kjeldahl/ indofenol, utilizando sistemas de digesto e de destilao por arraste de vapor para determinao de NKT em amostras de rocha petrolfera e de solo.

3. Materiais e Mtodos

3.1. Instrumental

Para a digesto das amostras foi utilizado um bloco digestor modelo TE-008/25 Tecnal com capacidade para 8 provas micro. Foi construdo um sistema de vidro pyrex e utilizado vcuo para suco do SO3, produzido durante a digesto das amostras. Para a destilao do NH3 foi utilizado um destilador modelo TE 036/1 Tecnal, semi-automtico.

Para as determinaes da espcie N-NH4+ foi utilizado um espectrofotmetro Agilent UV-Vis.

3.2. Reagentes, Solues e Amostras

Foram utilizados cido sulfrico e hidrxido de sdio da Vetec.; sulfato de cobre, sulfato de potssio, cloreto de amnio, fenol e nitroprussiato de sdio da Merck; hipoclorito de sdio da Isofar. Foram utilizados trs materiais de referncia certificados de solo, NCS DC 73319, 73321, 73326, da China National Analysis Center for Iron and Steel (Beijing - China). Foram analisadas duas amostras de arenito 7 e 9.

Foram preparadas as solues - padro para a construo da curva analtica:

Soluo - padro de amnio 100 mg L-1 N-NH4+: dissolveram-se 0,382 g de NH4Cl anidro, previamente seco a 100oC, em gua e diluiu-se para 1000 mL.

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Soluo - padro de amnio 10 mg L-1 N-NH4+: foram pipetados 5 mL da soluo estoque de amnio e diludos para 50 mL com gua em balo volumtrico. A soluo foi utilizada imediatamente aps a sua preparao.

Solues - padro de amnio 0,1 a 0,5 mg L-1 N-NH4+: foram preparadas solues - padro com concentraes finais de N na faixa de 0,1 a 0,5 mg L-1 em H2SO4 0,036 mmol L-1, diluindo-se adequadamente os padres intermedirios. A soluo foi utilizada imediatamente aps a sua preparao.

Na etapa de digesto foram utilizadas as seguintes misturas:

Mistura de digesto A: sulfato de potssio e sulfato de cobre foram misturados na proporo de 3:1 (em massa) e triturados num gral de gata.

Mistura cida digestora A: a soluo foi preparada misturando-se 10 g da mistura de digesto A, 100 mL de gua e 100 mL de H2SO4 concentrado.

Mistura de digesto B: foram misturados 100 g de sulfato de potssio, 10 g de sulfato de cobre e 1g de Se, previamente triturados em gral de gata separadamente. A mistura foi homogeneizada em grau de gata.

Para a etapa de destilao foram utilizadas as solues de:

Soluo de hidrxido de sdio 10 mol L-1: foram pesados 400 g de NaOH e dissolvidos em gua. A soluo foi avolumada com gua a 1000 mL.

Soluo de cido sulfrico 0,9 mmol L-1: adicionaram-se 25 mL de H2SO4 concentrado em cerca de 500 mL de gua. Aps arrefecimento da soluo temperatura ambiente, completou-se o volume com gua para 1000 mL. Pipetaram-se 2 mL desta soluo e diluiu-se com gua para 1000 mL.

Para a reao colorimtrica foram utilizadas as seguintes solues:

Soluo de fenol e nitroprussiato de sdio - foram pesados 5 g de fenol e 0,025 g de nitroprussiato de sdio, dissolvidos em gua e misturados. O volume da soluo foi completado com gua a 100 mL.

Soluo de hipoclorito de sdio e hidrxido de sdio - foram dissolvidos 2,5 g de NaOH em um pouco de gua e misturados com uma soluo de hipoclorito de sdio contendo aproximadamente 0,21% de cloro ativo. A soluo foi avolumada para 100 mL com gua.

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3.3. Mtodos

3.3.1. Pr-tratamento das amostras de rocha petrolfera contendo petrleo (amostras 7 E 9)

Pulverizar (peneira 150 mesh)

Secar ao ar (12 h).

Repetir 4x, usando 300mL de n-hexano

Tampar bcher, agitar manual e ocasionalmente por 2h. Filtrar.

500 mL n-hexano

200g amostra

Figura 1. Procedimento para o pr-tratamento das amostras de rocha petrolfera contendo petrleo.

3.3.2. Determinao de NKT

A determinao de NKT pelo mtodo micro Kjeldahl foi realizada na ausncia de Se (procedimento A) e na presena de Se (procedimento B) na etapa de digesto das amostras (Figura 2).

0,2g amostra

5mL mistura digestora A

agitao/ repouso 30 min.

1,1g mistura digestora B + 3mL H2SO4 conc.

Agitao do tubo, aquecimento 150C (1h), aquecimento 400C (2h).

Destilao daamnia

Arrefecimento da amostra temperatura ambiente.

20mL de gua

Conectar o tubo ao destilador Kjeldahl.

10mL NaOH 10 mol L-1

Ligar aquecimento da caldeira, que j foi previamente aquecida at ebulio.

Determinao espectrofotomtrica

da amnia

Determinao espectrofotomtrica ( = 630 nm) Avolumar, homogeinizar, deixar em repouso por 30 min.

2,0mL nitroprussiato de sdio + fenol + 2,0mL NaClO + NaOH

Transferir o destilado para balo volumtrico de 50 mL. Retirar uma alquota de 2,5mL e transferir para balo volumtrico de 25mL.

t4 min. Recolhimento do destilado em 20mL de H2SO4 0,9 mmol L-1

2mL H2O/ mg N

0,2g amostra

Procedimento BProcedimento A

Digesto

Figura 2. Procedimento para a determinao de NKT pelo mtodo micro Kjeldahl/ indofenol.

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4. Resultados e Discusso

4.1. Estudo de recuperao de NH3 aps as etapas de digesto e destilao para determinao de NKT

O estudo de recuperao de NH3 aps as etapas de digesto e/ou destilao foi realizado utilizando solues-padro de NH4Cl, nas concentraes finais de 0,1; 0,2; 0,4 e 0,5 mg L-1 N-NH4+em H2SO4 0,036 mM. Foram utilizadas trs condies: (a) solues de NH4Cl submetidas s etapas de digesto e destilao (b) solues de NH4Cl submetidas etapa de destilao e (c) solues de NH4Cl no submetidas s etapas de digesto e destilao. Recuperaes de100% foram consideradas para as medidas de absorvncia obtidas com as solues-padro no submetidas s etapas de digesto e destilao. Foram realizadas 3 replicatas de cada determinao. Todas as recuperaes obtidas variaram de 100 a 110 %, indicando que no h perdas de NH3 durante as etapas de digesto e destilao.

Tabela 1. Recuperao de NH3 de solues-padro de NH4Cl aps as etapas de digesto e destilao pelo Mtodo NKT (n=3)

Concentrao de N-NH 4 + Medidas de absorvncia* Recuperao de N-NH 4 + (%) (mg L -1 ) na soluo final SDI e SDE CDE CDE e CDI CDE CDE e CDI

0,1 0,15 + 0,01 0,16 + 0,02 0,16 + 0,04 110 1080,2 0,32 + 0,01 0,32 + 0,02 0,33 + 0,01 102 1050,4 0,62 + 0,02 0,62 + 0,02 0,62 + 0,02 100 1000,5 0,78 + 0,01 0,80 + 0,01 0,81 + 0,02 102 103

*As medidas de absorvncia foram subtradas das absorvncias das solues-brancoSDI- sem digesto CDI-com digestoSDE sem destilao CDE- com destilao

4.2. Estudo da influncia do se na determinao de NKT

Os resultados de NKT obtidos pelo mtodo micro Kjeldahl, adicionando-se ou no o catalisador Se na etapa de digesto das amostras, no apresentaram diferena significativa, quando foi aplicado o teste t-pareado, para um nvel de confiana de 95%. Tambm, considerando os resultados do teste F, pode-se afirmar que ambos os procedimentos so igualmente precisos, conforme ser mostrado na Tabela 2.

4.3. Determinao de N TOTAL pelo procedimento de KJELDAHL

Os resultados de NKT das amostras certificadas NCS DC 73319, 73321 e 73326 no apresentaram diferena significativa dos valores certificados de Ntotal. O mtodo utilizado apresentou boa preciso (RSD < 8%).

Tabela 2. Concentrao de NKT determinado pelo mtodo micro Kjeldahl, em g g-1, com seus respectivos desvios-padro.

Amostra Concentrao de N KT* Valor certificado Sem selnio Com selnio de Ntotal

7 647 + 13 (5) 670 + 13 (5)9 179 + 10 (4) 156 + 14 (3)

73319 1846 + 17 (3) n.d. 1870 + 5473321 626 + 21 (4) 629 + 24 (4) 640 + 4073326 400 + 32 (8) n.d. 370 + 43

Os valores entre parnteses se referem ao n o de determinaesn.d. - no determinado * < 150 mesh

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5. Concluses As determinaes de NKT nas amostras de rocha petrolfera podem ser realizadas sem adio de Se, um elemento txico ao meio ambiente.

As amostras de rocha petrolfera 7 e 9 apresentaram concentraes de Ntotal determinadas pelo mtodo Kjeldahl, de 647 e 179 g g1, respectivamente.

6. Agradecimentos

Agradeo ao CETEM pela oportunidade e ao CNPq pela bolsa concedida.

7. Referncias Bibliogrficas

BREMNER J.M. Total Nitrogen. Methods of soil analysis Part 2- Chemical and Microbiological Properties, number 9 in the series Agronomy. American Society of Agronomy, Inc., Publisher USA, p.1149-1178, 1965.

FEEMA. Nitrognio Kjeldahl total (micro Kjeldahl). Manual do Meio Ambiente Volume II Mtodos FEEMA, R.J., MF 421.R2, p.45, 1983.

KEENEY D.R., BREMNER J.M. Use of the Coleman model 29 A analyser for total nitrogen analysis of soils. Soil Science, v.104 (5), p. 358-363, 1967.

VAN STANDEN J.F., TALJAARD R.E. Determination of ammonia in water and industrial effluent streams with the indophenol blue method using sequential injection analysis. Analytica Chimica Acta, v.344, p.281-289, 1997.

YASUHARA T., NOKIHARA K. High-throughput analysis of total nitrogen content that replaces the classic Kjeldahl method. Journal of agricultural and food chemistry, v.49, p.4581-4583, 2001.

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1. Introduo1.1. Mtodos utilizados para determinao de Ni1.2. Mtodo Kjeldahl1.3. Digesto da amostra pelo Mtodo Kjeldahl1.4. Determinao da espcie N-NH4+ por colorim2. Objetivo3. Materiais e Mtodos3.1. Instrumental3.3. Mtodos3.3.1. Pr-tratamento das amostras de rocha petr3.3.2. Determinao de NKT4. Resultados e Discusso4.1. Estudo de recuperao de NH3 aps as etapaO estudo de recuperao de NH3 aps as etapas d4.2. Estudo da influncia do se na determinao4.3. Determinao de N TOTAL pelo procedimento d5. ConclusesReferncias Bibliogrficas