MÓDULO 2 Preparo de Amostras INTRODUÇÃO · Escolha do método de análise Amostragem Tratamento...
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ANALÍTICA AVANÇADA – 1S 2017
MÓDULO 2
Preparo de Amostras
INTRODUÇÃO
Prof. Rafael Arromba de Sousa
Departamento de Química - ICE
Notas de aula: www.ufjf.br/baccan
Considerações sobre amostragem
Preservação de amostras
Tratamentos convencionais
(dissolução, abertura, digestão, ...)
Tratamentos preliminares
Detalhes sobre o preparo de amostras para
determinações inorgânicas
Detalhes sobre o preparo de amostras para
análises cromatográficas
Exemplos de procedimentos de preparo de amostras
Considerações sobre segurança no laboratório
CO
NT
EÚ
DO
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BIBLIOGRAFIA
1) D. A. Skoog, D. M. West; F. J. Holler, S. R. Crouch
Fundamentos de Química Analítica,
9a Ed., Cengage Learning, 2014
2) J. Mendham, R. C. Denney, J. D. Barnes, M. Thomas
Vogel - Análise Química Quantitativa,
6a ed., LTC, 2002
3) D. C. Harris
Análise Química Quantitativa,
8a ed., LTC, 2012
4) F. J. Krug
Métodos de preparo de amostras: fundamentos sobre o
preparo de amostras orgânicas e inorgânicas para análise
elementar
1ª ed., 2010
5) S. Mitra
Sample Preparation Techniques in Analytical Chemistry
John Wiley & Sons, Inc., 20033
Preparo de amostra ?
AAS
ICP OES
Potenciometria
Voltametria
ICP-MS
HPLC
GC
CE
“Sample preparation involve digestion, extraction and preparation of the analytes
before the analysis, so this step is time limiting, requiring ca. 61% of the total time to
perform the complete analysis, and is responsible for 30% of the total analysis error.”
J. Braz. Chem. Soc. 14 (2003) 1745
Definição do problema analítico
Escolha do método de análise
Amostragem
Tratamento da amostra (e separação da espécie de interesse)
Calibração
Medida analítica
Avaliação dos resultados
AÇÃO
O Preparo de Amostra Faz Parte da Análise Química
AAS
ICP OES
ICP-MS
HPLC ...
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1) Amostragem
É a coleta de uma ou mais porções de uma amostra
para a realização da análise, geralmente no laboratório
Um dos objetivos: Redução do “tamanho” da amostra
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AMOSTRA BRUTA
AMOSTRA LABORATORIAL
... Amostragem
Deverá levar a resultados representativos e reprodutivos
Estabelecer ou seguir um protocolo
de amostragem apropriado
(amostras homogêneas x amostras heterogêneas)
Acondicionar a amostra adequadamente
para que se mantenha íntegra
até o momento da análise
Minimizando as incertezas relacionadas
à amostragem: - Erros sistemáticos
- Erros de amostragem
Na prática:
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1.1) Tipos de amostras
Considerando as características das amostras:
• AMOSTRAS HOMOGÊNEAS
– Gases e líquidos, na maioria das situações
– Qualquer porção é representativa desde que não haja partículas
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• AMOSTRAS HETEROGÊNEAS
– Rochas, Minerais, Minérios, Solos e Sedimentos
Podem apresentar composição diferente em porções retiradas ao acaso os cuidados com a amostragem e preparação devem ser redobrados
A amostra de laboratório, com massas entre 0,1 a 10 g, pode representar toneladas de material, exigindo cuidadosa definição do procedimento de amostragem e preparação para análise
Os “pontos escuros” correspondem a determinados compostos e que
não se distribuem de forma homogênea
Tipos de amostras
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1.2) Exemplos de amostragem
a) Água de um rio ou lago (água superficial)
Quantos pontos serão amostrados e como ?
Cada ponto será amostrado em replicata, quantas ?
Qual a quantidade mínima de amostra necessária para a realização das
análises no laboratório ?
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b) Sólidos particulados e gases (emissões atmosféricas)
1) Adicionar um filtro que adsorva
os analitos diretamente na fonte
2) Utilizar uma bomba que aspire
as emissões no ambiente, de
forma que os analitos fiquem
retidos em um filtro
Tratar os filtros como se fossem a “própria amostra”, de acordo com
o tipo de análise a ser realizada
Exemplos de amostragem
http://www.fasteronline.com.br/products/bomba-de-amostragem-de-ar-222-3-kit-completo
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Dispositivos de Amostragem para “Ar”:
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1- Amostradores de Grandes Volumes
Total suspended particle
sampler (TSP)
Coleta parículas do ar que flui
por um filtro (fibra de vidro)
Vazão e tempo determinados
PM-10 samplers
Coleta partículas com
ᶲ < 10 µm.
Usa filtros de:
fibra de vidro ou teflon
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High volume PS-1 samplers
Para baixas concentrações de SVOCs, PCBs, pesticidas e dioxinas cloradas
2- Personal Sampling Pumps:
2.1- Canister samplers ou Tedlar bag
O ar é “aprisionado” em diferentes
tipos de recipientes, dependendo da
concentração esperada
2.2- “Amostrador de fita” (Monitor Beta)
Para materiais particulados, filtra o ar usando um material enrolado na forma
de uma fita
2.3- Tubos sorventes ou impingers
Tubos com materiais sorventes ou com líquidos (impingers) nos quais os
analitos ficam sorvidos ou dissolvidos
Inerte
Impermeável
Transparente ou não
Dispositivos de Amostragem para “Ar”:
1- Amostradores de Grandes Volumes
Dispositivos de Amostragem para “Ar”:
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PERMITEM realizar as análises no laboratório
Se adéquam à determinação de traços
Principais vantagens:
Uso de técnicas instrumentais convencionais
(tipo: depende do analito)
Possibilita emprego de etapas separação e/ou pré-concentração
c) Materiais sólidos não pulverizados
Exemplos de amostragem
- Processamento
- Homogeneização (quarteamento)
Retirada de uma ou mais
porções representativas
Obtenção da amostra laboratorial
(no “tamanho” adequado)
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2) Acondicionamento da amostra
Coleta de Anomalocardia brasiliana. Nano, RMW.
“Determinação de Íons Metálicos em Moluscos Bivalves do
Manguezal da Região Petrolífera de São Francisco do
Conde Recôncavo Bahiano”, Tese de doutorado, Unicamp,
Campinas – SP, 2006.
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2) Acondicionamento da amostra
Coleta de Anomalocardia brasiliana. Nano, RMW. “Determinação de Íons Metálicos em
Moluscos Bivalves do Manguezal da Região Petrolífera de São Francisco do Conde Recôncavo
Bahiano”, Tese de doutorado, Unicamp, Campinas – SP, 2006.
??
??
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Evitar que processos físicos, químicos e biológicos alterem a
composição da amostra
Objetivos do Acondicionamento
PROCESSOS FÍSICOS
Volatilização
Adsorção em superfícies
Difusão
PROCESSOS QUÍMICOS
Reações fotoquímicas
Oxidações
Precipitações
PROCESSOS BIOLÓGICOS
Biodegradação
Reações enzimáticas
ENTRETANTO não há como manter a integridade de uma amostra
indefinidamente 19
Parâmetro Preservação Frasco Validade
pH e temperatura --- --- Imediatamente in situ
Br-, Cl- e F- --- Plástico ou vidro Até 28 dias
Cl --- Plástico ou vidro Imediatamente in situ
I- Refrigeração em 4 oC Plástico ou vidro Até 24 horas
NO3-, NO2
- Refrigeração em 4 oC Plástico ou vidro Até 48 horas
S2- Refrigeração em 4 oC, adição de ZnAc2 e NaOH até pH 9
Plástico ou vidro Até 7 dias
Metais dissolvidos Filtrar in situ, acidificar (pH 2) com HNO3
Plástico 6 meses
Metais totais acidificar (pH 2) com HNO3 Plástico 6 meses
Cr(VI) Refrigeração em 4 oC Plástico 24 horas
Hg acidificar (pH 2) com HNO3 Plástico 28 dias
Carbono orgânico Refrigeração em 4 oC, adição de H3PO4 até pH 2
Plástico ou vidro âmbar
28 dias
PCBs Refrigeração em 4oC Vidro ou teflon 7 dias para extrair, 40 dias depois
DBO e DQO Refrigeração em 4oC Plástico ou vidro 48 e 28 h (respectivamente)
Mitra S, Sample Preparation Techniques in Analytical Chemistry, 2003 20
Escolha do MétodoEm posse da amostra:
A
amostra é
solução?
Preparo de amostra
Realização da
dissolução,
decomposição ou
extração química
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3) Tratamentos preliminares (ou prétratamentos)
1) Secagem
2) Moagem
E, em alguns casos:
3) Separação de apenas alguns componentes (solubilização parcial)
Extração de espécies inorgânicas em solos
Lixiviação de compostos metálicos solúveis
(testes com Resíduos sólidos uso de água e ácido acético)
Extração com solventes orgânicos
(separação de compostos aromáticos em solos e sedimentos)
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Tratamentos preliminares
DETALHANDO ALGUNS PRÉTRATAMENTOS
1) Secagem eliminação da umidade
Aquecimento à 105 oC em estufa comum (GERALMENTE)
60 oC em estufa com circulação de ar
(materiais biológicos)
Acondicionamento sob vácuo, em dessecador
(garante a preservação completa da amostra)
Liofilização congelamento seguido de aplicação de vácuo
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Tratamentos preliminares
2) Moagem fragmentação da amostra com a diminuição do
tamanho de partícula, conforme conveniência do método
Diminuindo o tamanho das partículas aumenta-se a relação
entre área superficial e volume de amostra, facilitando a dissolução
Dependendo do método ou dos objetivos da preparação o
tamanho das partículas devem ser controlados
MOAGEM PENEIRAÇÃO
Para determinar a Distribuição do Tamanho de Partícula (PSD,
em Inglês): Microscopia óptica ou
Microscopia eletrônica de varredura
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1) BRITAGEM (amostras de minerais)
• Consiste na primeira etapa da redução do tamanho da amostra,em geral, reduzindo para grãos de aproximadamente 1 a 5 mm
ATENÇÃO:
A composição da liga metálica usada na construção do equipamento deve ser considerada para definir possíveis elementos que poderão ser incorporados à amostra neste processo
Tratamentos preliminares
Tipos de Moagem
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2) PULVERIZAÇÃO
(Pode ser usada após a britagem)
• A amostra será colocada na granulometria desejada
– Manualmente, por meio de um gral com pistilo, construído em ágata, porcelana, quartzo, ferro ou outro material, dependendo do interesse e da análise que será realizada
porcelana
ágata
Tratamentos preliminares - Moagem
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PULVERIZAÇÃO
– Com sistemas automatizados apulverização pode ser conseguidacom maior facilidade e rapidez,tanto para volumes maiores comomenores, garantindo também maiorhomogeneidade para a composição egranulometria final
* MOINHOS DE BOLA
Tratamentos preliminares - Moagem
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PULVERIZAÇÃO
* MOINHOS DE FACASLâminas acopladas a um eixo de um motor
Diversas geometrias e resistência mecânica
“simples”
sem controle automático
de tempo e temperatura
“mais sofisticados”
com controle automático
de tempo e temperatura
Tratamentos preliminares - Moagem
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PULVERIZAÇÃO POR CRIOGENIA
Aplicável também para outros tipos de amostras como (ossos e cabelo)
* MOINHOS CRIOGÊNICOS
Operam a baixas temperaturas (N2 (l))
Aplicam-se a pequenas quantidades de amostra (p. ex. 0,1 – 5 g)
Tratamentos preliminares - Moagem
Amostras
“gordurosas”
Alimentos (chocolate)
Tecidos biológicos
- Analitos orgânicos
(DNAs)
- Analitos inorgânicos
http://www.inovamaq.com.br/moinho-pulverizador-criogenico/
- Amostra cilindro de policarbonato congelamento
(com barras moedoras de aço)
- Moagem (agitação do cilindro)
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EX PULVERIZAÇÃO CRIOGÊNICA DE TECIDO DE SEIO*
Tratamentos preliminares - Moagem
Antes da moagem Após dois ciclos de moagem
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(*) Rodrigues-Peres, R. M. et al. Biol Trace Elem Res, 2013, on line.
ETAPA FINAL: PENEIRAÇÃO
Controle do PSD
– UTILIZADA PARA SELECIONAR UMA GRANULOMETRIA ESPECÍFICA
• AS PENEIRAS PODEM APRESENTAR GRANULOMETRIA EM
“MESH” OU “mm”
– 80 mesh = 0,177 mm = 80 tyler
– 100 mesh = 0,149 mm = 100 tyler
MAIOR “VALOR mesh” MENOR “VALOR mm”
Tratamentos preliminares - Moagem
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