Introdução ao Laboratório de Química (O Processo Analítico)

INTRODUÇÃO AO LABORATÓRIO DE QUÍMICA

Instrutora: Katiuscia [email protected]

CURSO TÉCNICO EM QUÍMICA

O PROCESSO ANALÍTICO

Envolve separação, identificação e determinação das

quantidades ou teores dos componentes que constituem uma

amostra.

O que preciso analisar?

O que pretendo determinar?




amostra.

1. A Escolha do Método

• Exatidão x custo.

• Quantidade de amostra disponível: métodos clássicos e métodos instrumentais.

• Complexidade da amostra e prováveis interferentes.

• Teor do analito na amostra.




amostra.

1. A Escolha do Método

• Recursos disponíveis quanto às condições do laboratório, equipamentos analíticos e reagentes químicos: HPLC requer solventes de elevada pureza; ICP-MS requer sala limpa e reagentes de pureza elevada.

• Métodos analíticos oficiais.

• Experiência do analista.


2. Obtenção da amostra

Esta é uma etapa inicial crítica, que pode significar o sucesso da análise química ou o comprometimento de todo o processo analítico.


2. Obtenção da amostra

A amostragem é o processo de coletar uma quantidade suficiente de um material que seja representativo da composição química de todo o material, evitando contaminações e preservando adequadamente os analitos.

AmostragemAmostra

Água: homogêneo

Minérios: heterogênea


3. Processamento da amostra

O objetivo da preparação da amostra é tornar o analito disponível para ser medido, conforme o método analítico escolhido.

ANALITO

Variação de massa

Evolução de gás

Variação de volume

Mudança de cor

Variação de temperatura

Sinal Analítico

Formação de precipitado


3. Processamento da amostra Análise direta

a) Amostras sólidas Solubilização

Devem ser homogeneizadas e moídas para promover a diminuição do tamanho das partículas (mais homogênea e solubiliza melhor).

Cuidados

Sólidos tendem a absorver umidade, condição que altera a composição química da amostra. Em geral, a umidade das amostras deve ser determinada a 105º C.



b) Amostras líquidas

Devem ser mantidas em frascos adequados que evitem a evaporação de solventes, condição que altera a composição química da amostra.

Os frascos devem estar adequadamente limpos para evitar contaminações da amostra.



Réplicas de amostras

São porções equivalentes em massa de uma mesma amostra, as quais são submetidas a um mesmo procedimento analítico, ao mesmo tempo para assegurar condições de ensaio tão similares quanto possível.

As réplicas permitem avaliar a confiabilidade dos resultados obtidos, pois possibilitam a aplicação de testes estatísticos.



Solubilização da amostra

A maioria das análises químicas é realizada a partir de soluções da amostra preparadas em solventes adequado: garantem a solubilização tanto da matriz quanto do analito.

Em geral, a solubilização constitui a etapa mais demorada de todo o processo.

Importante: o analito solubilizado deve possuir uma propriedade física ou química mensurável que seja proporcional à concentração.


4. Interferentes

São espécies químicas que podem causar erro na medição devido ao aumento ou atenuação do sinal analítico.

As espécies químicas além do analito que afetam o sinal analítico são interferentes.

Por que ocorrem interferências em Química Analítica?

Porque os interferentes respondem de forma similar ao analito.


5. Calibração e Medida da Concentração

A condição fundamental é que a propriedade X que está sendo medida deve variar de forma conhecida e reprodutível com a concentração do analito.

CA a X

CA = kX

ERROS EM MEDIÇÕES

São definidos como a diferença existente entre um valor medido e um valor verdadeiro ou mais provável.

Obs: embora as concentrações reais nunca possam ser exatamente conhecidas para a maioria das medições, é possível informar com bastante certeza o valor verdadeiro ou mais provável.

• Todas as medidas físicas possuem um certo grau de incerteza associado ao processo de medição.

ERROS EM MEDIÇÕES

Todo valor numérico, que é o resultado de uma medida experimental, terá uma incerteza associada. É necessário conhecer e expressar o intervalo de confiabilidade do resultado.

Não há como evitar incertezas em medições, mas é possível melhorar métodos e técnicas para minimizá-las.

Os erros e incertezas são conhecidos e calculados por meio de tratamento estatístico dos dados experimentais, para que se obtenha o resultado analítico, ou seja, a informação desejada.

ERROS EM MEDIÇÕES

ERRO ABSOLUTO é a diferença entre o valor medido e o valor verdadeiro ou mais provável.

Informa se existe desvio positivo (a maior) ou negativo (a menor) entre o valor medido e o valor verdadeiro ou mais provável.

i vE x x E = erro absolutoXi = valor medidoXv = valor verdadeiro ou mais provável

ERROS EM MEDIÇÕES

ERRO RELATIVO é o erro absoluto dividido pelo valor verdadeiro ou mais provável, expresso em percentagem.

.100%i v

v

x xEr x

Er = erro relativoXi = valor medidoXv = valor verdadeiro ou mais provável

ERROS EM MEDIÇÕES

EXATIDÃO DOS RESULTADOS

A exatidão dos resultados de uma medida está relacionada com o erro absoluto, ou seja, a exatidão informa quanto o valor medido é diferente do valor verdadeiro ou mais provável.

ERROS EM MEDIÇÕES

A precisão de uma medida pode ser definida como a concordância de uma série de medidas de uma mesma grandeza.

Dois conceitos:Repetibilidade de resultados é obtida quando se faz medidas precisas de uma grandeza sob as mesmas condições, repetidas vezes (réplicas).

Reprodutibilidade de resultados ocorre quando a precisão é mantida, por exemplo, quando a análise é repetida no dia seguinte, ou na semana seguinte, ou feita por outro analista no mesmo laboratório ou feita por outro analista em outro laboratório.

ERROS EM MEDIÇÕES

PRECISÃO DOS RESULTADOS

A precisão dos resultados está relacionada à concordância entre diferentes medidas. quanto mais os valores medidos são diferentes

entre si, maior a dispersão dos resultados, ou seja, menor a precisão.

quanto mais parecidos são os valores medidos, menor a dispersão de resultados, ou seja, maior a precisão.

I

II

III

Valor verdadeiro oumais provável

Exatidão e Precisão

I Exato e Preciso

II Inexato e Preciso

III Inexato e impreciso

Exemplo A – Exato e imprecisoValor médio = 49,1 %Valor verdadeiro = 49,1 + (- 0,1) %

49,0 49,1 49,2 49,3 49,4

49,0 49,1 49,2 49,3 49,4

Exemplo B – Inexato e precisoValor médio = 49,4 %Valor verdadeiro = 49,1 + (- 0,1) %

ALGARISMOS SIGNIFICATIVOS

Os algarismos de um número que são necessários para expressar a precisão da medida são denominados algarismos significativos.

São os dígitos que representam uma medida experimental e que possuem significado físico, sendo que o último algarismo é duvidoso.

O número de algarismo significativos expressa a precisão de uma medida.

Obs: para expressar toda e qualquer medida experimental é preciso conhecer os algarismos significativos!!


Dados experimentais podem ser obtidos de duas formas:

• Diretamente: determinação da massa de uma substância medida de massa em balança analítica ou determinação do volume de uma solução com uma pipeta volumétrica ou bureta.

• Indiretamente: a partir dos valores de outras grandezas medidas, através de cálculos.

Exemplo: o cálculo da concentração de uma solução a partir da massa do soluto e do volume da solução.


EXEMPLOS:

A) Medida de massa em balança analítica que possui quatro casas decimais.

Considere a massa medida igual a 2,1546 g. Este resultado nos informa que a massa da amostra é maior do que 2,1545 g e menor do que 2,1547 g.

*Precisão em décimo de miligrama!

** Incorreto expressar o resultado como:2,15 g, pois informa precisão menor!

2,15460 g, pois informa precisão maior!

ALGARISMOS SIGNIFICATIVOSEXEMPLOS:

B) Medida de massa em balança analítica que possui três casas decimais:

Considere a massa medida igual a 2,150 g. Este resultado nos informa que a massa da amostra é maior

do que 2,149 g e menor do que 2,151 g.

*Precisão em miligrama!

Incorreto expressar como 2,15 g, pois informa precisão menor!

Incorreto expressar como 2,1500 g, pois informa precisão maior!

ALGARISMOS SIGNIFICATIVOSEXEMPLOS:

C) Medida de volume de solução em bureta analítica:

Suponha que o resultado encontrado tenha sido 20,6 mL, que é a precisão máxima que a escala da

bureta permite determinar.

Incorreto expressar o resultado como 20,60 mL, porque induz à ideia de que o instrumento de medida

possibilita maior precisão!

Incorreto expressar o resultado como 21 mL, porque informa uma precisão menor!


Quantos algarismo significativos temos?

24,95 mL possui QUATRO algarismos significativos

6,450 g possui QUATRO algarismos significativos

1,1215 g possui CINCO algarismos significativos

0,0108 g possui APENAS TRÊS algarismos significativos porque os zeros à esquerda servem apenas para indicar a posição da casa decimal!

* Este número pode ser expresso como 1,08 x 10-2 g.

0,0025 kg possui APENAS DOIS algarismos significativos, pois pode ser facilmente expresso como 2,5 g ou 2,5 x 10-3 kg.


Algarismo ZERO:

a) Não é significativo quando serve apenas para

localizar o ponto decimal zeros à esquerda!!!

0,0670 quantos AS?

b) É significativo quando:

Encontra-se entre dois algarismos: 1,203 g

Encontra-se no final do número, à direita: 15,20 mL

CÁLCULOS COM ALGARISMOS SIGNIFICATIVOS

Adição ou subtração

Quando duas ou mais quantidades são adicionadas

ou subtraídas, o resultado da soma ou da diferença deverá

conter tantas casas decimais quantos existirem no fator

com o menor número delas.


Adição ou subtração

Exemplos

a) 3,4 + 0,020 + 7,31 = 10,730 = 10,7

Observe que o resultado possui três algarismos

significativos, embora os números 3,4 e 0,020 possuem

apenas dois algarismos significativos.


Adição e substração - exercícios

a) A massa de um corpo medido em balança analítica é

2,2 g. Outro material possui massa de 0,1145 g. Calcular

a massa total dos dois corpos.


Adição e substração – exercícios

b) Um pedaço de polietileno possui massa de 6,80g.

Retirou-se uma amostra desse material, cuja massa

medida foi de 2,6367 g. Calcular a massa do pedaço de

polietileno restante.


Adição e substração - exercícios

c) Somar os seguintes valores:

1.000,0 + 10,05 + 1,066

REGRAS PARA ARREDONDAMENTO DE DADOS

Para que um resultado analítico seja expresso com número adequado de algarismos significativos, é comum ser necessário realizar o arredondamento do número.

IMPORTANTE: o arredondamento deve ser feito somente no resultado final. Não deve ser aplicado a cálculos e resultados parciais, pois acarreta erros de arredondamentos.

1. Se o dígito a ser arredondado é < 5: Manter o algarismo anteriorExemplo: 0,523 será arredondado para 0,52.

2. Se o dígito a ser arredondado é >5: Adicionar uma unidade ao algarismo anterior.Exemplo: 44,8 será adicionado para 45.

3. Se o dígito a ser arredondado é =5: a) manter o anterior se ele for par.Exemplo: 0,525 será arredondado para 0,52.

b) adicionar uma unidade ao algarismo anterior se ele for ímpar.Exemplo: 237,5 será arredondado para 238.


Exemplosa) 9,47 b) 9,43c) 9,55d) 0,625e) 0,635f) 12,5g) 7,5h) 26,95i) O preço da gasolina R$ 2,799 está correto em

termos de algarismos significativos? Arredonde.


TIPOS DE ERROS

A) Determinados ou sistemáticosPodem ser medidos, corrigidos ou eliminados.

Em geral, influenciam na exatidão de uma medida, pois afastam o valor medido do valor verdadeiro.

B) Indeterminados ou aleatóriosNão são mensuráveis, são aleatórios e afetam

a precisão das medidas.

Em geral, seguem a distribuição gaussiana.

ERROS DETERMINADOS Pessoais e operacionais

São erros que independem de propriedades físicas e químicas do sistema ou de equipamentos e reagentes químicos, mas dependem do conhecimento e da habilidade do analista.

Exemplos:

manter copo de béquer destampado durante as análises; não regular o nível da balança analítica; derramar soluções durante transferências; deixar ebulir, promovendo a projeção de volumes da

amostra.

ERROS DETERMINADOS Instrumentos e reagentes

São erros determinados ocasionados pela inadequada operação do instrumento analítico (instalação, condições de uso, calibração etc.) e pureza dos reagentes químicos.

Exemplos:

aparelhos como pipetas, buretas e balões volumétricos sem calibração ou com calibração vencida;

impurezas em reagentes sólidos podem comprometer a massa medida.

Impurezas em reagentes líquidos podem atuar como interfentes.

ERROS DETERMINADOSErros de método

A escolha do método deve ser cuidadosa e o procedimento deve ser rigorosamente observado.

Exemplos:

uso de indicador inadequado; aplicação do método a faixas de concentração

inadequadas; uso de soluções-padrão para volumetria com

concentração inadequada.

IDENTIFICAÇÃO DE ERROS DETERMINADOS

Utilização de amostras em branco, ou seja, que não contêm o analito a ser determinado, devem ser analisadas usando-se o método escolhido, em paralelo às amostras.

Utilização de diferentes métodos analíticos para determinar uma mesmo analito em determinada amostra. A análise estatística dos dados deve reproduzir resultados equivalentes, do contrário, existem erros determinados.

IDENTIFICAÇÃO DE ERROS DETERMINADOS

Amostras de materiais de referência certificados (mcr) por institutos nacionais e internacionais devem ser analisadas utilizando-se o método escolhido. Este método deve reproduzir o valor certificado. (IPT – Instituto de Pesquisas Tecnológicas; NIST – National Institute of Standards and Technology).

Amostras idênticas do mesmo material podem ser analisadas por analistas diferentes em laboratórios diferentes, utilizando-se os mesmos métodos ou diferentes métodos, desde que validados e reconhecidos. Divergências de resultados além do erro aleatório esperado indicam erros sistemáticos.

ERROS INDETERMINADOS OU ALEATÓRIOS

Considere que os erros determinados são conhecidos e estão corrigidos ou eliminados.

Ainda assim, os resultados obtidos para repetidas medidas sofrerão flutuações devido aos erros indeterminados.

São intrínsecos ao processo analítico e devem ser estimados por meio do tratamento estatístico de dados.

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