ANÁLISES QUÍMICAS

Introdução

• O Engenheiro de Minas utiliza análises químicas desde a prospecção e sondagem para pesquisa de viabilidade de uma mina até o processo de tratamento do minério, visando o controle de todas as etapas envolvidas. Utilizam-se métodos instrumentais, que fornecem os resultados com maior rapidez, atendendo a produção, e métodos clássicos para confecção de padrões e curvas de calibração.

Introdução

• A química analítica aborda as metodologias para determinação da composição química de uma amostra.

• Historicamente, classificam-se em métodos clássicos e métodos instrumentais.

Introdução

• Os métodos clássicos são métodos absolutos e baseiam-se em separações do analito, por gravimetria ou por titulometria, não necessitando de calibração. – Nos procedimentos gravimétricos a massa do analito

ou algum composto produzido durante o procedimento analítico é determinado.

– Nos procedimentos titulométricos, o volume ou a massa da solução padrão utilizada para a análise, após reagir completamente com o analito, é medida.

Introdução• Os métodos instrumentais utilizam as propriedades

físicas (condutividade, potencial elétrico, absorção ou emissão de luz, fluorescência), que são mensuradas, a partir de uma curva de calibração.

• Os métodos instrumentais mais comuns nas empresas são a fluorescência de raios-X, a difração de raios-X, a espectrometria de absorção atômica, a espectrometria de emissão atômica com plasma acoplado indutivamente e a espectrometria de absorção molecular – colorimetria.

ESCOLHA DO MÉTODO ANALÍTICO

• Para a escolha do método analítico opta-se, inicialmente, pelos procedimentos analíticos já estabelecidos no Laboratório, pelo fato de que os analistas já estão treinados, reduzindo os erros operacionais, avaliando se o método é aplicável à faixa de concentração em que está o analito, se possui facilidade analítica, e se é uma técnica facilmente reproduzível.

ESCOLHA DO MÉTODO ANALÍTICO• A escolha do método é dependente da definição dos

parâmetros analíticos desejados, como: – As propriedades físicas e químicas da matriz da

amostra; – Elementos ou compostos a serem detectados ou

determinados; – Faixa de concentração; – Variedade, homogeneidade, composição, natureza

das amostras; – Avaliação das interferências da matriz à técnica

analítica selecionada; – Quantidade de amostras avaliadas por análise;

ESCOLHA DO MÉTODO ANALÍTICO• A escolha do método é dependente da definição dos

parâmetros analíticos desejados, como: – Requisitos gerais: precisão, exatidão, seletividade,

sensitividade ou limite de detecção; (exatidão: variação entre o valor medido e o valor verdadeiro; precisão: variação entre as medições replicatas de uma mesma análise.)

– Requisitos especiais: estrutura do local das análises, cuidados em caso de análises em baixas concentrações, como 10-3 g/kg, ou menores;

– Restrições: custos, espaços no Laboratório, tempo de resposta, habilidade do analista, disponibilidade dos reagentes, toxicidade dos reagentes, descarte dos reagentes, contaminação ambiental.

DISSOLUÇÃO DA AMOSTRA• Nos métodos clássicos e na grande maioria de

métodos instrumentais, há a necessidade da dissolução da amostra, convertendo-a em solução.

• A digestão consiste em uma etapa do pré-tratamento, podendo acarretar problemas ao analista, devido às possíveis interferências dos reagentes na medição final e perdas de um dos constituintes de interesse por volatilização ou precipitação.

• Os reagentes mais usuais para dissolução das amostras minerais são os ácidos minerais (HCl, HNO3, H2SO4, HClO4, HF e suas misturas) ou fusões alcalinas.

DISSOLUÇÃO DA AMOSTRA• As digestões ácidas podem ser conduzidas em chapas

elétricas ou em digestores por microondas. • As fusões alcalinas são utilizadas para amostras

refratárias, silicatos e alguns óxidos minerais, sendo conduzidas em muflas elétricas ou bicos de gás.

• A fusão decompõe a maioria das substâncias, em virtude da elevada temperatura atingida, 1000ºC a 1300oC, e da proporção elevada entre o fundente /amostra.

• Os materiais utilizados na confecção dos cadinhos são: platina – Pt, zircônio – Zr, níquel – Ni, e ferro – Fe.

DETERMINAÇÃO QUÍMICA DOS CONSTITUINTES DA AMOSTRA

• A metodologia empregada para as determinações quantitativas do analito de interesse é dependente de diferentes variáveis, como a quantidade presente do constituinte na amostra, a exatidão requerida, a disponibilidade da técnica e custos envolvidos.

• As técnicas analíticas possuem níveis variáveis de seletividade, sensitividade, exatidão e precisão, e repetibilidade.

• Em química analítica clássica as análises são realizadas por gravimetria e por titulometria.

DETERMINAÇÃO QUÍMICA DOS CONSTITUINTES DA AMOSTRA

• A análise gravimétrica envolve a separação seletiva do analito por precipitação seguida da quantificação da massa do precipitado obtido.

• Podem ser necessários cálculos para converter o precipitado obtido no elemento ou óxido desejado. Em mineração de ferro utiliza-se esta técnica para determinação do teor de sílica.

DETERMINAÇÃO QUÍMICA DOS CONSTITUINTES DA AMOSTRA

• Em análise titulométrica (ou volumétrica), o analito reage com um volume medido de reagente de concentração conhecida, em um processo chamado de titulação.

• O término da reação é sinalizado por uma mudança em alguma propriedade física, química ou elétrica (titulação potenciométrica).

• Para determinar o teor de ferro presente em minério de ferro, faz-se uma titulação oxi-redução com dicromato de potássio.

• Para minérios de manganês, utiliza-se a titulação com permanganato de potássio, com o ponto final estabelecido pela variação no potencial elétrico da solução – titulação potenciométrica.

MÉTODOS INSTRUMENTAIS DE ANÁLISES

• A instrumentação analítica tem um importante papel no controle da produção de minérios, na produção e desenvolvimento de novos produtos e na proteção dos consumidores e meio ambiente.

• O desenvolvimento desta instrumentação proporcionou limites de detecção menores, permitindo assegurar o controle da produção de metais nobres e processamento de minérios com baixa concentração, como também a qualidade dos efluentes e dos rejeitos.

• Como exemplo, no controle analítico do minério de ferro, é importante analisar uma ampla gama de elementos presentes em baixa concentração, que influem nos produtos e/ou processos subseqüentes.

MÉTODOS INSTRUMENTAIS DE ANÁLISES

• Os métodos instrumentais envolvem um grande aparato eletrônico, com maior sensibilidade que os métodos gravimétricos e volumétricos, possuindo boa seletividade, podendo requerer um menor número de etapas na preparação das amostras para análise.

• Nas análises instrumentais há o registro de um sinal referente a alguma propriedade física do analito. Os equipamentos analíticos devem ser calibrados, utilizando uma curva de calibração analítica, em que o sinal medido é plotado como uma função da concentração do analito.

MÉTODOS INSTRUMENTAIS DE ANÁLISES

• Exemplos de Métodos instrumentais

– ESPECTROMETRIA DE RAIOS-X– ESPECTROSCOPIA DE EMISSÃO E DE ABSORÇÃO

ATÔMICAS – ESPECTROMETRIA DE ABSORÇÃO ATÔMICA – ESPECTROMETRIA DE PLASMA – ICP-AES

PADRONIZAÇÃO DE MÉTODOS ANALÍTICOS

• Dentro da busca pela qualidade de produtos e confiabilidade nos resultados analíticos apresentados, a padronização de métodos analíticos é uma ferramenta importante para assegurar a integridade e confiabilidade dos resultados obtidos nos laboratórios responsáveis pelo controle de qualidade na produção de minérios.

• Esta padronização inclui rastreabilidade dos dados, responsabilidade, procedimentos unificados, recursos adequados.

PADRONIZAÇÃO DE MÉTODOS ANALÍTICOS

• Princípios básicos para a obtenção de uma padronização analítica entre laboratórios: – Utilização dos equipamentos de analíticos calibrados com

padrões confeccionados com material de referência certificados e rastreados a padrões de referência, com matrizes semelhantes às matrizes estudadas e/ou analisadas.

– A utilização de procedimentos rastreáveis permitindo obter parâmetros comparáveis e, a partir destes procedimentos, estabelecer normas técnicas analíticas para o controle da análise em questão.

– A padronização permite o aprimoramento de todos os laboratórios, melhorando as qualificações dos laboratórios.

– Adequação dos padrões analíticos prestados pelos laboratórios, permitindo uma melhoria nos trabalhos prestados por estes.

ERROS SISTEMÁTICOS NO PREPARO DE AMOSTRAS

• O pré-tratamento das amostras leva a erros sistemáticos que podem ser avaliados e minimizados pelos laboratórios, sendo que maiores fontes de erros estão nas etapas analíticas descritas a seguir:

ERROS SISTEMÁTICOS NO PREPARO DE AMOSTRAS

– Compatibilidade com uma grande diversidade de técnicas para o preparo, como digestão/decomposição/solubilização;

– Amostragem; – Tempo envolvido com o preparo; – Consumo e periculosidade dos reagentes; – Riscos de perdas

ERROS SISTEMÁTICOS NO PREPARO DE AMOSTRAS

Os erros sistemáticos podem ser causados por: • Contaminação das amostras:

– Ar ambiental; – Impurezas dos reagentes; – Materiais.

ERROS SISTEMÁTICOS NO PREPARO DE AMOSTRAS

• Perdas dos elementos a serem analisados:

– Adsorção; – Volatilização.

ERROS SISTEMÁTICOS NO PREPARO DE AMOSTRAS

• Instrumentais:

– Temperatura (murflas, fornos de grafite); – Vácuo (espectrometria de massa); – Erros volumétricos; – Calibração dos equipamentos.

ERROS SISTEMÁTICOS NO PREPARO DE AMOSTRAS

• Pessoal

– Deficiência na formação e/ou treinamentos; – Problemas pessoais.

ERROS SISTEMÁTICOS NO PREPARO DE AMOSTRAS

• Métodos

– Inadequação do método à matriz analisada; – Grande número de etapas e procedimentos.

ERROS SISTEMÁTICOS NO PREPARO DE AMOSTRAS

• Erros na massa a ser analisada:

– Quanto menor o tamanho da amostra pesada, maior o erro relativo que será carreado para o resultado analítico obtido.

ERROS SISTEMÁTICOS NO PREPARO DE AMOSTRAS

Coeficientes de Variação para Diferentes massas