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PAGE iMtodos de Anlises Fsico-Qumicas de Rotina de guas Residurias Tratadas Biologicamente

MTODOS DE ANLISES FSICO-QUMICAS DE ROTINA DE GUAS RESIDURIAS TRATADAS BIOLOGICAMENTE

Eugenio Foresti

Marcelo Zaiat

Elizabeth de Mattos Moraes

Maria Angela Tallarico Adorno

Ana Paula s. Paim

Jos Alberto Domingues Rodrigues

Suzana Maria Ratusznei

Catarina Simone do Canto

Leonardo Henrique Soares Damasceno

Walter Borzani (Revisor)

Este texto, resultante do Projeto Temtico FAPESP Desenvolvimento, Anlise, Aprimoramento e Otimizao de Reatores Anaerbios para Tratamento de guas Residurias (Processo n 2001/05.489-0), tem como objetivo apresentar algumas metodologias para quantificar as principais variveis de processos biolgicos (aerbio e anaerbio) de tratamento de efluentes lquidos, especificando os principais conceitos fundamentais nos quais esto baseadas.

(Verso 2.2)

2005

CONTEDO

11.Slidos

11.1.Conceitos Fundamentais

21.2.Metodologia

21.2.1.Material

31.3.Determinao de slidos totais (ST)

31.3.1.Determinao de slidos totais fixos e volteis (STF e STV)

41.3.2.Determinao de slidos totais em suspenso (SST)

41.4.Determinao de slidos suspensos fixos e volteis (SSF e SSV)

41.5.Determinao de slidos dissolvidos totais, fixos e volteis (SDT, SDF e SDV)

52.Matria Orgnica

52.1.Demanda Qumica de Oxignio Mtodo Espectrofotomtrico

52.1.1.Conceitos Fundamentais

62.1.2.Metodologia para concentraes de DQO entre 50 mg/L e 800 mg/L

62.1.2.1.Material

72.1.2.2.Solues

82.1.2.3.Levantamento da curva de calibrao

92.1.2.4.Determinao da concentrao de DQOFrao Total

102.1.2.5.Determinao da concentrao de DQOFrao Dissolvida

102.1.2.6.Determinao da concentrao de DQOFraes Coloidal e Dissolvida

102.1.2.7.Determinao da concentrao de DQOFrao Particulada

102.1.3.Metodologia para concentraes de DQO entre 10 mg/L e 100 mg/L

102.2.Protenas Mtodo Espectrofotomtrico


102.2.2.Material

112.2.3.Determinao da concentrao de protenas

112.2.4.Preparo da soluo de hidrxido de sdio, 20%

112.2.5.Preparo da soluo de sulfato de cobre, 25%

112.3.Carboidratos Mtodo Colorimtrico


122.3.2.Material

122.3.2.1.Determinao da concentrao de carboidratos

122.4.Lipdios Mtodo Espectrofotomtrio


132.4.2.Material

132.4.2.1.Determinao de altas concentraes (1000 a 14000 mg/L) de lipdios

132.4.2.2.Amostra dentro da faixa de sensibilidade

132.4.2.3.Amostras com concentraes abaixo da faixa de sensibilidade

153.Alcalinidade e cidos Volteis Totais

153.1.Mtodo Titulomtrico/Potenciomtrico


153.1.2.Material

163.1.3.Padronizao das solues

163.1.3.1.Soluo de NaOH 0,005 M

173.1.3.2.Soluo de H2SO4 0,05 M

183.1.4.Determinao de alcalinidade Mtodo Potenciomtrico

193.1.5.Determinao de cidos volteis totais

193.1.6.Clculo dos cidos volteis:

213.2.Alcalinidade e cidos Volteis Totais Mtodo Condutimtrico


243.2.2.Material

243.2.3.Determinao da alcalinidade real

273.2.4.Determinao da alcalinidade total

273.2.5.Determinao da concentrao de cidos volteis

273.2.6.Preparo e padronizao das solues de hidrxido de sdio e de cido sulfrico

284.Alcalinidade a bicarbonato de reserva


284.2.Material

284.3.Preparo de soluo padro de cido actico (5 g/L)

284.4.Determinao da concentrao da alcalinidade a bicarbonato de reserva

295.Determinao de cidos Volteis Mtodo Cromatogrfico


345.2.Material

355.3.Preparo da soluo me de calibrao

395.4.Preparo da soluo do padro interno (cido crotnico)

395.5.Como ligar o cromatgrafo

405.6.Preparo da amostra para injeo no cromatgrafo

415.7.Levantamento da curva de calibrao

425.8.Determinao das concentraes dos cidos

425.9.Como desligar o cromatgrafo

446.Determinao de Metano e Dixido de Carbono (composio do biogs) Mtodo Cromatogrfico


446.2.Material

456.3.Como ligar o cromatgrafo


486.5.Determinao da concentrao de metano e gs carbnico

496.6.Como desligar o cromatgrafo

517.Metano (produo de biogs) Mtodo de Deslocamento de Volume


517.2.Material

517.3.Determinao da produo em reatores em batelada

547.4.Determinao da produo em reatores contnuos

568.Nitrognio

568.1.Conceitos fundamentais

568.2.Nitrognio Amoniacal

578.3.Nitrognio Orgnico

588.3.1.Mtodo Titulomtrico

608.4.Material

618.5.Padronizao da soluo de cido sulfrico Soluo de H2SO4 0,01 N

628.6.Preparo do indicador para anlise de nitrognio amoniacal e total Kjeldahl (indicador misto)

628.7.Preparo do tampo acetato (pH 4,6)

628.8.Preparo da soluo de cido brico (2%)

628.9.Preparo da soluo de NaOH (32%)

628.10.Determinao de nitrognio total Kjeldhal

648.11.Determinao de nitrognio amoniacal

648.12.Determinao de nitrognio orgnico

658.13.Operao do equipamento de anlise do nitrognio total Kjeldahl

699.Nitrito / Nitrato Mtodo Espectrofotomtrico


729.2.Material

739.3.Determinao de nitrito

739.3.1.Preparo da soluo de sulfanilamida

739.3.2.Preparo da soluo de bicloridrato de n-(1-naftil)-etilenodiamina

739.3.3.Levantamento da curva de calibrao

749.3.4.Determinao da concentrao de nitrito

749.4.Determinao de nitrato

749.4.1.Preparo da suspenso de hidrxido de alumnio

749.4.2.Preparo da soluo de hidrxido de sdio (2 M)

759.4.3.Levantamento da curva de calibrao

759.4.4.Determinao da concentrao de nitrato

7710.Fsforo Total e Inorgnico Mtodo da reduo com cido ascrbico


7710.2.Fsforo inorgnico

7710.2.1.Material

7710.3.Preparo do reagente misto

7810.4.Preparao da soluo de molibdato de amnio

7810.5.Preparao da soluo de tartarato de potssio e antimnio

7810.6.Preparao da soluo de cido sulfrico 5 N

7810.7.Preparao da soluo de cido ascrbico

7810.8.Construo da curva padro de fsforo inorgnico

7910.9.Preparao de soluo padro de fosfato monobsico de potssio

7910.10.Determinao da concentrao de fsforo inorgnico

7910.11.Fsforo total

7910.11.1.Material

8010.12.Preparo da soluo saturada de persulfato de potssio

8010.13.Preparo do reagente misto

8010.14.Preparo da soluo de molibdato de amnio

8010.15.Metodologia para preparo da soluo de tartarato de potssio e antimnio

8010.16.Metodologia para preparo da soluo de cido sulfrico 5 N

8110.17.Metodologia para preparo da soluo de cido ascrbico

8110.18.Determinao da concentrao de fsforo total

8110.19.Metodologia para construo da curva padro de fsforo total

8110.19.1.Metodologia para preparo da soluo padro de fosfato monobsico de potssio

8311.Sulfato Mtodo Turbidimtrico


8311.2.Material

8311.3.Metodologia preparo da Soluo Tampo A

8411.4.Metodologia preparo da Soluo Tampo B

8411.5.Determinao da concentrao de sulfato (APHA, 1999)


8511.7.Preparo da soluo padro de sulfato (1 mL = 100 (gSO42-)

8612.Sulfeto Mtodo Iodomtrico


8612.2.Material

8612.2.1.Preparo da Soluo de cido sulfrico 3 M.

8612.2.2.Preparo da Soluo Padro de iodo 0,025 N

8612.2.3.Preparo da Soluo Padro de tiossulfato de sdio 0,025 N

8612.2.4.Preparo da Soluo Padro de iodato de potssio 0,0042 M

8612.2.5.Preparo da Soluo de amido

8712.3.Padronizao da soluo de tiossulfato de sdio

8712.3.1.Determinao da concentrao de sulfeto

8813.Referncias Bibliogrficas

Slidos

1.1. Conceitos Fundamentais

Concentraes de slidos dissolvidos e suspensos, orgnicos e inorgnicos so ferramentas muito usadas para caracterizar guas residurias.

Essas determinaes, baseadas em anlise gravimtrica, utilizam massas de resduos secos e calcinados presentes em amostras brutas e filtradas.

A massa seca das clulas microbianas normalmente expressa em termos de slidos em suspenso (SS), uma vez que a biomassa constituda de slidos que se encontram suspensos no reator (no caso de crescimento disperso). No entanto, slidos em suspenso representam os materiais particulados maiores que 1,2(m de dimetro, orgnicos e inorgnicos presentes nas amostras. Assim, a biomassa tambm freqentemente expressa em termos de slidos volteis em suspenso (SSV). Estes representam, principalmente, a frao orgnica dos slidos, eliminada atravs da combusto (oxidao) como gs carbnico e gua, enquanto algumas substncias inorgnicas passam por modificaes.

No entanto, nem toda frao orgnica da biomassa ativa. Assim, os slidos volteis em suspenso podem ser ainda divididos em fraes ativa e inativa. A frao ativa a que tem real participao na estabilizao do substrato, porm, a dificuldade da sua medio a principal limitao utilizao desse parmetro no projeto e controle operacional de estaes de tratamento. Existem processos indiretos, baseados em quantificaes de DNA, ATP, protenas e outros, mas nenhum se compara simplicidade da determinao direta dos slidos volteis em suspenso.

Alm da considerao da atividade da biomassa, os slidos volteis podem ser interpretados tambm com relao biodegradabilidade, podendo apresentar fraes biodegradvel e no biodegradvel (Sperling, 1996 a,b).

Como em todas as anlises, as amostras devem ser representativas e, em certos casos, materiais estranhos devem ser evitados durante a amostragem. Pores de leo ou graxa devem ser dispersas antes da transferncia das alquotas a serem analisadas.

O limite recomendado para a massa do resduo seco de 200mg, para evitar a formao de camada superficial isolante, que dificulta a sua secagem (APHA, 1995). Substncias muito higroscpicas podem mascarar resultados.

APHA (1995) apresenta valores de preciso na determinao de slidos totais e suspensos:

(a) determinao de slidos totais a 103oC: 6mg/L de desvio padro;

(b) determinao de slidos suspensos a 103oC:

5,2mg/L de desvio padro em amostras de 15mg/L, ou seja, 33% de coeficiente de variao;

24mg/L de desvio padro em amostras de 242mg/L, ou seja, 10% de coeficiente de variao;

13mg/L de desvio padro em amostras de 1707mg/L, ou seja, 0,76% de coeficiente de variao;

(c) determinao de slidos volteis totais a 550oC: no disponvel;

(d) determinao de slidos volteis suspensos a 550oC: 11mg/L de desvio padro em amostras de 170mg/L, ou seja, 6,5% de coeficiente de variao.

Damasceno (2004) observou a influncia de elevadas concentraes de bicarbonato de sdio nos resultados de anlises de slidos totais e slidos volteis, mostrada na Tabela 1.

Tabela 1. Concentraes de slidos em amostras de soro de queijo (A) e amostras de soro de queijo com bicarbonato de sdio (B).

Parmetros

(mg/L)Soro (A)

(1g DQO/L)Soro (B)

(1,0g DQO/L e 1,0g NaHCO3/L)

DQO 9951004

ST 9461698

SVT 8981096

SST 6856

SSV 5242

Fonte: Damasceno (2004).

Como pode ser observado, as concentraes de slidos totais e slidos volteis totais foram fortemente influenciadas, enquanto os valores de SST e SSV no sofreram variaes significativas considerando-se o erro do mtodo empregado.

1.2. Metodologia

1.2.1. Material

Balana analtica (preciso ( 0,0001 g)

Bomba de vcuo

Dessecador contendo slica anidra

Estufa, a 103C - 105C

Forno tipo mufla, a 550C

Cpsulas de porcelana (modelos 05-50 ou n 2 e 05-85 ou n 4)

Funil tipo Bchner para membrana com dimetro de 47mm, Kitassato de 250mL e alonga de borracha para filtrao, ou conjunto de filtrao a vcuo da Millipore (Nalgene) para membrana com dimetro de 47mm

Pinas para cpsula de porcelana (comprimentos de 20cm para uso na Estufa, de 50cm para uso na mufla), de 15cm para transferir a membrana filtrante.

Luvas para forno

Proveta de 50mL

Membrana filtrante tipo micro-fibra de vidro, com tamanho nominal de abertura de 0,45(m (0,3-0,5(m) e dimetro de 47mm. Quando calcinada a 550C, a micro-fibra de vidro mantm sua integridade estrutural. Os modelos indicados, conforme os fabricantes so:

Whatman grade 934AH

Gelman type A/E

Millipore type AP40

Schleicher & Schll (S&S) GF-52/C

1.3. Determinao de slidos totais (ST)

Este procedimento limitado a uma quantidade de slidos secos prxima de 200mg para impedir a formao de uma camada que dificulta a secagem do resduo, comum em massas maiores.

Inicialmente, preparar a cpsula de porcelana que servir de suporte para a amostra:

(a) calcinar a cpsula de porcelana em mufla a 550C at massa constante (neste caso, cerca de 15 minutos) e resfriar em dessecador. Determinar a massa M1, em miligramas, em balana analtica;

(b) transferir um volume da amostra (V1, em mililitros), de tal forma que a quantidade de resduo no supere 200mg, para cpsula de massa conhecida (M1). Secar a amostra em estufa a 103C - 105C, at massa constante (neste caso, 24 horas) e determinar a massa do conjunto aps resfriamento em dessecador (M2, em miligramas);

(c) calcular ST pela Equao 1:

Equao 1.

1.3.1. Determinao de slidos totais fixos e volteis (STF e STV)

(a) Aps a determinao da concentrao de slidos totais, calcinar a cpsula com a amostra em forno tipo mufla a 550C por tempo suficiente para atingir massa constante (neste caso, 15 minutos para uma nica amostra e, no mximo, 2 horas, quando forem vrias amostras). Determinar a massa do conjunto, aps resfriamento em dessecador (M3, em mg) em balana analtica;

(b) calcular STF pela Equao 2 e STV pela Equao 3:

Equao 2.

Equao 3.

1.3.2. Determinao de slidos totais em suspenso (SST)

Este procedimento limitado a uma quantidade de slidos secos de 200mg devido possibilidade de formao de uma camada que dificulta a secagem.

(a) Inserir a membrana no sistema de filtrao e lav-la utilizando trs pores de 20mL de gua destilada (totalde 60mL), que devem ser desprezadas;

(b) transferir a membrana para a cpsula de porcelana, calcinar em forno tipo mufla, a 550C, por 15 minutos e resfriar at temperatura de segurana (150C);

(c) transferir o conjunto para dessecador e deixar resfriar at temperatura ambiente;

(d) determinar a massa do conjunto M4 em mg, em balana analtica;

(e) utilizando uma pina metlica, inserir a membrana calcinada no sistema de filtrao;

(f) filtrar volume conhecido (V2) de amostra, utilizando o sistema de filtrao a vcuo;

(g) transferir a membrana contendo o resduo para a cpsula de porcelana;

(h) secar o conjunto em estufa a 103C-105C, at atingir massa constante (neste caso, 24 horas) e, aps resfriamento em dessecador, determinar a massa do conjunto (M5, em mg);

(i) calcular STS pela Equao 4:

Equao 4.

1.4. Determinao de slidos suspensos fixos e volteis (SSF e SSV)

(a) Aps a determinao da concentrao de slidos suspensos totais, calcinar o conjunto em um forno tipo mufla, a 550C, por tempo suficiente para atingir massa constante e, aps resfriamento em dessecador, determinar a massa, (M6, em mg);

(b) calcular SSF pela Equao 5 e SSV pela Equao 5:

Equao 5.

Equao 6.

1.5. Determinao de slidos dissolvidos totais, fixos e volteis (SDT, SDF e SDV)

Os valores das concentraes de slidos dissolvidos podem ser obtidos pelas diferenas entre as massas de slidos totais e de slidos suspensos, considerando-se as respectivas fraes (totais, fixos e volteis).

Matria Orgnica

1.6. Demanda Qumica de Oxignio Mtodo Espectrofotomtrico

1.6.1. Conceitos Fundamentais

A matria orgnica de guas residurias pode apresentar-se em soluo, em sua maioria, rapidamente biodegradvel, e em suspenso, de biodegradao mais lenta.

A Demanda Qumica de Oxignio ( DQO), varivel ligada presena de espcies reduzidas em substncias de uma amostra, representa a quantidade de oxignio necessria para oxidar totalmente essas substncias, como nos exemplos abaixo :

No primeiro exemplo, pode-se verificar que a queima de 46g de etanol consome 96g de O2, ou tambm, que uma soluo de 46mg/L de etanol apresenta DQO de 96mg/L.

A maioria das substncias oxidveis, orgnicas e inorgnicas, presentes em guas residurias pode ser quantificada rapidamente pela reao com bicromato, em meio cido, a quente, como mostrado a seguir:

Equao 7.

Equao 8.

A Eq. 9 representa a reao de oxidao do cido ftlico, pelo on bicromato, em meio de excesso de cido sulfrico, que ocorre durante o processo de digesto da substncia usada como padro primrio para anlise de DQO, ftalato cido de potssio.

Equao 9.A partir de equao de reta de calibrao preparada com solues de diferentes concentraes de ftalato cido de potssio, a DQO quantificada atravs da quantidade produzida de ons Cr3+, de colorao azul.

So adotadas as seguintes formas de representao do substrato, ou seja, da matria carboncea (Sperling, 1996 a, b):

(a) matria orgnica afluente: representa a DQO total (solvel e em suspenso) que entra no reator. Essa considerao feita, pois processos de tratamento com decantao primria dos afluentes removem apenas cerca de 2/3 dos slidos em suspenso. Os slidos em suspenso que chegam no reator so adsorvidos pela biomassa, hidrolisados e convertidos em slidos solveis. Dessa forma, tanto o material solvel quanto o particulado, afluentes ao reator, devem ser computados como substrato afluente a ser removido;

(b) DQO efluente: representa os compostos orgnicos solveis efluentes do reator e algumas substncias inorgnicas que podem interferir (tambm so oxidados por bicromato). Essa considerao feita pela necessidade de remoo dos slidos em suspenso (slidos biolgicos) dos efluentes em processos que utilizam decantao secundria. Portanto, no h sentido considerar a DQO total efluente do reator, pois pode ser maior que a DQO afluente, devido elevada concentrao de matria orgnica em suspenso, representada pela populao microbiana. A qualidade do efluente final do sistema de tratamento depende da DQO solvel, indicativo do desempenho do reator e da DQO em suspenso, indicativo do desempenho da unidade de decantao final.

Segundo APHA (1995), compostos orgnicos volteis podem ter menor contato com o agente oxidante da fase lquida. Sulfato de mercrio deve ser usado para evitar que ons Cl-, Br- e I- precipitem o on Ag+, usado como catalisador. Este mtodo apresentou os seguintes valores de preciso em 48 anlises com ftalato cido de potssio:

17mg O2/L de desvio padro em amostras de 193mg O2/L, ou seja, 8,7% de coeficiente de variao, na ausncia Cl-;

20mg O2/L de desvio padro em amostras de 212mg O2/L, ou seja, 9,6% de coeficiente de variao, na presena de 100 mg Cl-/L.

Observaes: 1) Existem algumas substncias orgnicas que no so oxidadas por dicromato nestas condies, como, por exemplo, piridina e compostos semelhantes, bem como o corante Lugamil Orange, com a seguinte estrutura, usado no tingimento de couros:

2) O on inorgnico NH4+, no qual o nitrognio est no maior estado de reduo permitido a esse tomo, no oxidado pelo on dicromato em meio cido. Por esse motivo, comum a citao de que o on NH4+ no tem DQO. Outros agentes oxidantes, dentre eles o persulfato, transformam NH4+ em NO3-.

1.6.2. Metodologia para concentraes de DQO entre 50mg/L e 800mg/L

1.6.2.1. Material

Balana analtica (preciso ( 0,0001g)

Bomba de vcuo

Capela com exausto

Digestor de DQO

Dispensadores de 5,0mL

Espectrofotmetro

Estufas a 103C e 120C

Pipetador automtico de 5,00mL

Funil tipo Bchner para membrana com dimetro de 47mm, frasco de Kitassato de 250mL e alongas de borracha para filtrao, ou conjunto de filtrao a vcuo da Millipore (Nalgene) para membrana com dimetro de 47mmMembrana de microfibra de vidro, com tamanho nominal de poros de 1.2(m e dimetro de 47mm

Bales Volumtricos de 10,0, 500 e 1000mL

Copos de Becher de 500 e 1000mL

Pipetas automticas de 200 e 1000(L

Tubos de DQO

Sulfato de Prata Ag2SO4 P. A. ou grau tcnico

cido Sulfrico H2SO4 concentrado 96-97% P. A.Sulfato de Mercrio HgSO4 P. A.Bicromato de Potssio K2Cr2O7 P. A. - seco a 103C.

Ftalato cido de Potssio (KPH) C6H4(COOH)COOK (M.M. 202,22g/Mol) P. A. - seco a 103C.

1.6.2.2. Solues

1.6.2.2.1. Soluo de sulfato de prata em cido sulfrico concentrado

Ateno: Trabalhar em capela e usar luvas

(a) Transferir 10,12g de Ag2SO4, triturado com basto de vidro, para 1000mL de H2SO4 concentrado (96% - 97%, densidade = 1,84kg/L), no frasco mbar original do cido. Fechar hermeticamente o frasco. Deixar em repouso por 48 horas, no escuro, para que ocorra a dissoluo. Homogeneizar antes de usar.

(b) Para a soluo poder ser usada imediatamente aps sua preparao, transferir 10,12g de Ag2SO4 para copo de bquer de 100mL. MUITO CUIDADO: triturar o sulfato de prata com basto de vidro e adicionar, cerca de 70mL de cido sulfrico concentrado, agitar com basto e transferir apenas a soluo para frasco de vidro escuro. Repetir adies de cido sulfrico at que todo sal esteja dissolvido. Transferir o restante do cido sulfrico para o frasco de estocagem, fechar hermeticamente e homogeneizar. Usar imediatamente.

1.6.2.2.2. Soluo de digesto - Soluo aquosa de K2Cr2O7 e HgSO4, acidificada com H2SO4.Ateno: Trabalhar em capela e usar luvas

(a) Secar cerca de 25g de K2Cr2O7 a 103C, em estufa, durante 24h. Resfriar em dessecador;

(b) em frasco de Erlenmeyer de 1000mL contendo cerca de 400mL de gua destilada, imerso em um banho de gelo, adicionar com cuidado e aos poucos, 334mL de cido sulfrico concentrado. Adicionar 66,6g de HgSO4 e agitar, com basto de vidro, para dissolver;

(c) transferir quantitativamente, usando gua destilada, 20,432g de K2Cr2O7 para balo volumtrico de 2000mL. Agitar para dissolver. Ento, adicionar a soluo cida resfriada de sulfato de mercrio. Quando a soluo estiver completamente resfriada, completar o volume com gua destilada.

Ateno: A utilizao de nova soluo de digesto exige a preparao de nova reta de calibrao.1.6.2.3. Levantamento da curva de calibrao

A DQO de 1000mg de Hidrogenoftalato de potssio (KHP), padro primrio, de 1,176mg O2.

(a) Secar aproximadamente 500mg de KHP, em placa de Petri semi-aberta, em estufa a 120C, at massa constante (24 h) e resfriar em dessecador;

(b) dissolver cerca de 0,425g de KHP em gua destilada (anotar a massa para clculo da DQO real), transferir quantitativamente para balo volumtrico de 500mL e completar o volume com gua destilada (soluo me);

(c) preparar os padres e brancos para levantamento da curva de calibrao, conforme procedimento para determinao da concentrao de DQO (item 3.9), para concentraes de 50 a 800mgDQO/L, conforme a Tabela 2.

Tabela 2. Relao das concentraes e alquotas da soluo me para a curva de calibrao.

Concentraes aproximadas

(mg DQO/L)Alquota da soluo me ((L) para diluio em balo volumtrico de 10,0mL

5050

8080

100100

200200

400400

600600

800800

1.6.2.4. Determinao da concentrao de DQOFrao TotalPara amostras brutas, coletar volumes mnimos de 6mL.

(a) Em tubos de borossilicato com tampas rosqueveis, com o auxlio de pipeta automtica ou de vidro, adicionar 2,50mL de amostra concentrada ou diluda (a diluio da amostra se faz necessria quando a DQO esperada for maior que 800mg/L), ou 2,50mL de gua destilada (para o branco), ou das solues de padro preparadas para a curva de calibrao de acordo com o item 3.4;

(b) Segurando o tubo prximo rosca, adicionar, com o auxlio de dispensadores, 1,50mL da soluo de bicromato de potssio e, vagarosamente, 3,50mL da soluo de sulfato de prata em cido sulfrico;

(c) fechar hermeticamente o tubo e agitar, por inverso, segurandoo, agora, pela tampa.(d) A anlise poder ser interrompida nesta etapa, desde que as amostras fiquem estocadas no escuro.

(e) Colocar os tubos no digestor previamente aquecido temperatura de 150C, e mantendo-a durante 120 minutos.(f) Ligar o espectrofotmetro hora antes da leitura e fixar o comprimento de onda em 620nm.(g) Aps resfriamento, limpar os tubos com papel absorvente, se necessrio, umedecido com lcool e, em seguida, com papel seco;

(h) zerar o equipamento com soluo do teste em branco. Ler as absorbncias de padres e amostras;

(i) para obteno da reta de calibrao, plotar as absorbncias das solues do padro no eixo Y contra os valores de DQO em mg/L das solues de KHP no eixo X, e determinar a equao da reta obtida.

.

Ateno: Quando for utilizada a soluo comercial para determinao de DQO, bem como a curva instalada no equipamento da Hack, o volume de amostra dever ser de 2,00mL.Ateno: Amostras centrifugadas (ou filtradas) podem ter seus volumes reduzidos para 1,00mL, sem nenhum prejuzo para os resultados da anlise. Neste caso, os volumes dos reagentes sero proporcionais aos recomendados pelo Standard Methods, ou seja: 0,60mL de soluo de bicromato de potssio e 1,40mL de soluo de sulfato de prata em cido sulfrico. Esta reduo de volumes contribui para diminuies de gastos e de resduos txicos gerados .

Ateno: Amostras brutas de 2,50mL podem ser centrifugadas, e o resduo, suspenso em duas alquotas de 1250 (L de gua destilada, para determinao de DQO particulada.

Ateno: DQO total pode ser obtida pela soma da DQO particulada e DQO centrifugada.

1.6.2.5. Determinao da concentrao de DQOFrao Dissolvida Volumes mnimos de 6mL de amostras filtradas em membrana com poros de 0,45(m.

1.6.2.6. Determinao da concentrao de DQOFraes Coloidal e DissolvidaVolumes mnimos de 6mL de amostras filtradas em membrana com poros de 1,2(m.

1.6.2.7. Determinao da concentrao de DQOFrao ParticuladaA frao particulada de DQO calculada pela diferena entre os valores de DQO total e DQO das fraes coloidal e dissolvida.

1.6.3. Metodologia para concentraes de DQO at 50mg/L

(Moraes et al, 2003)

1. Introduo Este mtodo usado para determinar concentraes de DQO na faixa de 2,0 a 50mg/L.O princpio do mtodo idntico ao usado para determinar concentraes maiores.

2. Aparelhagem e reagentes: semelhantes ao mtodo de DQO normal, exceto:

cubeta de vidro, com passo tico de 10,0 cm tubos de digesto de 20 mL

gua destilada recentemente e no estocada em frasco de plstico

3. Preparo das solues: idntico ao mtodo de DQO normal

4. Preparo da curva analtica de DQO de amostras com baixa concentrao (2,0 a 50 mg/L), para leitura em espectrofotmetro 4.1. Soluo estoque do padro de hidrogenoftalato de potssio(DQO terica de 10000mg/L)-Em copo de Becher, pesar cerca de 425 mg de hidrogenoftalato de potssio, previamente seco a 110(C por, no mnimo, 3 horas. Anotar a massa para ser usada nos clculos das concentraes reais. Transferir para balo volumtrico de 50,0mL, completando o volume com guas de lavagem.

4.2. Soluo intermediria Diluir 1,00mL da soluo estoque para 10,0mL com gua destilada.

4.3. Preparo das solues diludas de hidrogenoftalato de potssio (KHP)

Transferir a alquota correspondentes DQO desejada, sempre em rplica, conforme Tabela 3, para balo volumtrico de 50,0 mL,.

Tabela 3 Volumes de soluo de KHP usados na preparao da curva analtica DQO

Concentraes aproximadas (mg/L)Volumes da soluo intermediria ((L)

0,0 (branco)0,0

2,0100

5,0250

10,0500

20,01000

40,02000

50,02500

4.4. Procedimento para traar a curva analtica- transferir 10,0mL de gua destilada (branco) e de cada soluo padro, para os tubos de DQO de 20mL, adicionando-se, em seguida, 1,0mL da soluo de digesto (bicromato de potssio e sulfato de mercrio) e 3,0mL de soluo de AgSO4 em H2SO4. Fechar hermeticamente o tubo e agitar por inverso. - transferir para digestor pr-aquecido a 150(C e manter esta temperatura durante 2h. - deixar esfriar em local escuro

- efetuar a leitura da absorbncia correspondente, em espectrofotmetro, a 620nm, usando cubeta de 10,0cm. Anotar os valores das leituras

- com a mdia das absorbncias, traar a curva analtica de absorbncia x DQO (mg/L) em um processador grfico para obteno da equao da reta e avaliao de representatividade e confiabilidade do mtodo.

5. Procedimento geral de adio da amostra e das solues- adicionar 10,0mL da amostra pura

- preparar o branco com 10,0mL de gua recentemente destilada

- adicionar 1,0mL de soluo de digesto (bicromato de potssio e sulfato de mercrio) e 3,0mL

da soluo de sulfato de prata em cido sulfrico ao tubo de DQO

- fechar perfeitamente os tubos com a tampa apropriada e agitar o contedo por inverso do frasco

- transferir para aquecimento a 150(C durante 2h

- caso a amostra no possa ser digerida imediatamente, guard-la sob a proteo da luz.

Os demais procedimentos so semelhantes aos descritos para os padres.1.7. Protenas Mtodo Espectrofotomtrico


O mtodo utilizado para a determinao da concentrao das protenas o do micro-biureto modificado, baseado na metodologia descrita por STICKLAND (1951). Consiste na adio de hidrxido de sdio e sulfato de cobre soluo de protenas. O excesso de hidrxido de cobre removido por centrifugao. Mede-se, ento, a absorbncia da soluo de cor violeta, na regio do UV, a 310nm, em espectrofotmetro. A intensidade da cor desenvolvida proporcional quantidade de protenas presente na amostra.

A concentrao de protenas presente nas amostras determinada com o auxlio de uma reta de calibrao previamente construda, usando-se, por exemplo, soluo de casena ou de albumina como padro.

A determinao de protenas deve ser realizada em trplica, sendo a absorbncia mdia considerada para clculo das concentraes de protenas.

1.7.2. Material

Tubos de borossilicato com tampas rosqueveis

Centrfuga

Espectrofotmetro, 310nm

Cubeta de quartzo com passo tico de 1,00 cm

Agitador Vrtex em velocidade mnima

Pipeta automtica de 1000 e 5,00mL ou pipetas volumtricas de 1,00 e 5,00mL

Tubos de centrfuga

Soluo de hidrxido de sdio NaOH P. A. 20%

Soluo de sulfato de cobre penta-hidratado CuSO4.5H2O P. A. 25%

Soluo de polmero Drewfloc 1g/L.

1.7.3. Determinao da concentrao de protenas

(Blundi & Gadelha, 2001)

Inicialmente, construir a curva padro a partir de concentraes conhecidas substncia a ser analisada e das absorbncias correspondentes. Todos os procedimentos descritos so aplicados tanto para a construo da curva padro, quanto para a anlise de amostras.

Ligar o espectrofotmetro 30 minutos antes da leitura e selecionar o comprimento de onda de 310nm.

(a) Adicionar 4,0mL de amostra, padro ou de gua destilada ( branco), ao tubo de vidro;

(b) adicionar 30(L de soluo 20% de hidrxido de sdio e 60(L de soluo 25% de CuSO4 e agitar lentamente a mistura (em Vrtex, na velocidade mnima), promovendo a floculao;

(c) adicionar 30(L de soluo de polmero e 62(L de soluo 25% de CuSO4 e agitar lentamente a mistura, promovendo, novamente, a floculao;

(d) adicionar 700(L de soluo 20% de hidrxido de sdio e agitar lentamente a mistura, promovendo a floculao;

(e) centrifugar a suspenso a 7000rpm, por 10 minutos;

(f) com cubeta de quartzo, zerar o equipamento com o teste em branco e efetuar a leitura de absorbncia de padres e amostras.

1.7.4. Preparo da soluo de hidrxido de sdio, 20%

Dissolver 20,0g de hidrxido de sdio P. A. em gua destilada, com cuidado e usando luvas, resfriar, transferir quantitativamente para balo volumtrico de 100,0mL e completar o volume.

1.7.5. Preparo da soluo de sulfato de cobre, 25%

Dissolver 25,0g de CuSO4.5H2O em gua destilada, transferir quantitativamente para balo volumtrico de 100,0mL e completar o volume.

1.8. Carboidratos Mtodo Colorimtrico


Descrito por DUBOIS et al. (1956), o mtodo utilizado para a determinao de carboidratos, em concentraes de at 200mg/L, consiste na reao com fenol e cido sulfrico concentrado, para produo de substncia de colorao alaranjada, com pico de absorbncia a 488nm.

A concentrao de carboidratos da amostra determinada atravs de uma reta de calibrao previamente construda, por exemplo, com soluo de lactose.

Este mtodo rpido e simples, com resultados bastante reprodutveis, sendo a substncia colorida estvel por horas. A determinao dos carboidratos deve ser realizada em trplica, sendo a absorbncia mdia considerada para clculo da concentrao.

1.8.2. Material

Banho de gua

Espectrofotmetro

Pipeta automtica de 1000 (L e 5,00 mL ou pipeta volumtrica de 1,00mL e 5,00mL

Tubos de ensaio/Tubos Hach para DQO

cido sulfrico concentrado H2SO4 P. A.Soluo de fenol a 5% (massa/volume)

1.8.2.1. Determinao da concentrao de carboidratos


Construir a curva padro do carboidrato de interesse com diferentes concentraes da substncia em gua destilada, (glicose, lactose ou sacarose, por exemplo). Amostras, padres e branco devem ser tratados pelo procedimento descrito a seguir:

(a) transferir 500(L de amostra filtrada ou solues de padro a tubo de ensaio com tampa rosquevel;

(b) adicionar 500((L de soluo de fenol a 5% e agitar;

(c) adicionar 2,5mL de cido sulfrico concentrado, rapidamente, com jato direcionado para a superfcie do lquido, de modo a obter uma boa mistura. Tampar o tubo, agitar e deixar em repouso por 10 minutos;

(d) imergir os tubos de ensaio em banho de gua, entre 25C e 30C, por 15 minutos;

(e) ler a absorbncia em 488nm, em espectrofotmetro.

Observao: Para preparar o teste em branco, substituir a soluo padro por gua destilada.Herbert D., Philipps, OS, Strang, R.E 1971. Carbohydrat analysis. Methods Enzymol. SB 265-2771.9. Lipdios Mtodo Espectrofotomtrico


O mtodo utilizado para a determinao de altas concentraes de lipdios (at 15,0g/L) o da sulfo-fosfo-vanilina, descrito por POSTMA & STROES (1968), e consiste na reao com cido sulfrico concentrado, cido fosfrico concentrado e vanilina, produzindo substncia de colorao rosada, com pico de absorbncia em 537nm.

Para a realizao desse ensaio, necessrio verificar se a amostra apresenta-se dentro da faixa de sensibilidade do mtodo original (concentrao de lipdeos maior que 1000mg/L ). Para amostras com baixas concentraes pode ser utilizado o resduo da extrao de leos e graxas (mtodo de extrao Sohxlet) ou a adaptao de Moraes e Miqueleto (LPB SHS EESC USP 2004), em extrato com ter etlico, em meio cido.

A concentrao de lipdios presentes nas amostras determinada com o auxlio de uma reta de calibrao previamente construda, por exemplo, com leo vegetal ou gordura animal.

1.9.2. Material

Banho de gua

Espectrofotmetro

Pipetas automticas de 1000(L e 5,00mL ou Pipetas volumtricas de 1,00 e 5,00mL

Tubos de ensaio com tampas rosqueveis Soluo de lipdeo em etanol concentraes adequadas s das amostrasSoluo concentrada de cido fosfrico H3PO4 P. A.Soluo concentrada de cido sulfrico H2SO4 P. A.Vanilina 0,6%: dissolver 0,6g de vanilina em gua destilada e completar o volume at 100,0mL

NaCl P. A.1.9.2.1. Determinao de altas concentraes (1000 a 14000mg/L) de lipdios


Preparar padres com o lipdio a ser usado, na regio de concentraes de interesse, diluindo a soluo etanlica de lipdio (leo de soja, por exemplo) em meio alcalino semelhante ao da amostra. Observar se houve dissoluo completa do leo (soluo homognea), com ausncia de duas fases. Tratar amostras, padres e branco com o procedimento descrito no item 6.2.1.1.9.2.2. Amostra dentro da faixa de sensibilidade (1000 a 14000mg/L)(a) transferir 100(L de solues de padro, de gua destilada ou do meio usado (branco) e de amostras para tubos de ensaio com tampas .(b) adicionar 2,0 mL de H2SO4 concentrado, fechar o tubo e agitar;

(c) aquecer por 10 minutos em banho de gua em ebulio;

(d) resfriar e transferir alquota de 100 (L, para tubo contendo 2,0 mL de H3PO4 concentrado;

(e) adicionar 0,5 mL de soluo 0,6% de vanilina e agitar;

(f) aquecer as amostras em banho de gua, a 37C, por 15 minutos;

(g) resfriar e, aps 10 minutos, ler a absorbncia de 537 nm, em espectrofotmetro.

1.9.2.3. Amostras com baixas concentraes

Se a concentrao de lipdios na amostra estiver abaixo da sensibilidade do mtodo proposto, pr-concentraes de amostras e padres sero necessrias.

1.9.2.3.1. Pr-concentrao

Em tubo de ensaio com tampa ou frasco de antibitico, adicionar um volume adequado de amostra ou padres (mnimo de 10,0mL);

Para cada 10,0mL de amostra ou padres, adicionar:

(a) aproximadamente 2g de NaCl;

(b) 100(L de soluo de cido sulfrico 1:1, homogeneizar e resfriar a amostra em freezer por 20 minutos;

(c) 2,0mL de ter etlico resfriado em freezer, fechar hermeticamente e agitar por 2 minutos (Vrtex, em velocidade mxima);

(d) congelar a amostra em freezer;

(e) transferir a camada etrea (lquida, superior) para copo de Becher de 10 mL;

(f) evaporar em capela, at a secura, temperatura ambiente.

1.9.2.3.2. Reao para desenvolvimento de colorao

(a) adicionar 2,0mL de cido sulfrico concentrado e fechar com filme plstico;

(b) aquecer por 10 minutos em banho de gua em ebulio;

(c) transferir alquota de 200(L para tubo de vidro contendo 2,0mL de H3PO4 concentrado;

(d) adicionar 0,5mL de soluo de vanilina 0,6% e agitar;

(e) deixar as amostras em banho de gua, a 37C, por 15 minutos;

(f) ler a absorbncia de 537nm, em espectrofotmetro, aps 10 minutos.

Observao: Para o teste em branco, utilizar volumes de gua destilada idnticos aos das amostras e realizar os procedimentos a partir do item 2.4.2.3..1.

1.9.2.3.3. Utilizando resduos da anlise de leos e graxas

(a) para a reta de calibrao, preparar os padres para a curva de calibrao, no meio utilizado, e extrair leos e graxas seguindo os mesmos procedimentos utilizados para as amostras, segundo o Standard Methods;

(b) lavar o resduo da extrao de leos e graxas por Sohxlet com 3 pores de 2,0mL de ter etlico;(c) transferir as solues etreas para um copo de bquer de 10mL e evaporar, em baixa temperatura, at secura;

(d) adicionar 2,0mL de cido sulfrico concentrado e fechar com filme plstico;

(e) aquecer por 10 minutos em banho de gua em ebulio;

(f) transferir alquota de 200(L para tubo contendo 2,0mL de H3PO4 concentrado;

(g) adicionar 0,5mL de soluo de vanilina 0,6% e agitar;

(h) deixar as amostras em banho de gua, a 37C, por 15 minutos;

(i) ler a absorbncia a 537nm, em espectrofotmetro, aps 10 minutos.

Observao: Para o teste em branco, utilizar o meio e realizar os procedimentos a partir do item (a).Alcalinidade e cidos Volteis Totais

1.10. Mtodo Titulomtrico/Potenciomtrico


A alcalinidade uma varivel importante no tratamento de efluentes quando h evidncias de que a reduo do pH pode afetar o metabolismo dos microrganismos responsveis pela depurao anaerbia (Sperling, 1996 a,b).

Basicamente, a digesto anaerbia de efluentes orgnicos consiste no equilbrio entre as etapas denominadas acidognese e metanognese. O pH de guas residurias, sob tratamento anaerbio, deve ser mantido em valores levemente acima de 7,0 para impedir a inibio do metabolismo de microrganismos metanognicos, pelo desequilbrio entre as duas etapas. Entretanto, como as bactrias acidognicas desenvolvem-se mais rapidamente que as metanognicas, aumentos na concentrao ou na vazo do afluente podem elevar as concentraes de cidos volteis produzidos. Por esse motivo, o reator deve apresentar a caracterstica de absorver possveis perturbaes, caracterizada pela capacidade de tamponamento que, quanto maior, mais estvel e seguro ser o sistema (Anderson & Yang, 1992). Afluentes ricos em nitrognio orgnico geralmente produzem efluentes com alcalinidade elevada.

A alcalinidade de uma soluo a medida da sua capacidade de neutralizar cidos, resistindo s mudanas de pH ou tamponando o sistema. Os principais ons responsveis pela alcalinidade em meios aquosos sob tratamento anaerbio so: HCO3-, CO32- e OH-, cujas concentraes so funes do pH. Geralmente, o valor da alcalinidade expresso em mg CaCO3/L (usado para padronizar cidos).

Segundo APHA (1995), substncias como sabes, leos, slidos suspensos ou precipitados podem causar interferncias na medida do pH por depositarem-se no eletrodo e processos como filtrao, diluio, concentrao ou qualquer outra alterao na amostra so totalmente desaconselhados. No so registrados valores de preciso devido grande variao nas caractersticas das amostras, considerados apenas dados para amostras sintticas:

1 mg CaCO3/L de desvio padro em amostras de 10-500mg CaCO3/L em amostras cuja alcalinidade devida a carbonatos e bicarbonatos;

5 mgCaCO3/L de desvio padro, e mdia 9 mg CaCO3/L abaixo do valor real em amostras de 120 mgCaCO3/L cuja alcalinidade devida a bicarbonato;

8 e 5mg CaCO3/L de desvio padro em amostras de 80 e 65mg CaCO3/L, respectivamente, em amostras cuja alcalinidade devida a carbonato de sdio;

40mg CaCO3/L de desvio padro em amostras de 1000mg CaCO3/L em amostras cuja alcalinidade devida a carbonatos e bicarbonatos, em vrias razes de concentraes.

1.10.2. Material

Agitador magntico e barra magntica de 6x20mm ou 7x25 mm

Aquecedor

Balana analtica (preciso ( 0,0001g)

Buretas digitais de 10,0mL ou buretas de vidro de 10,00 e 25,0mL

Centrfuga

Dessecador com slica anidra

Estufa a 120CMedidor de pH (preciso ( 0,01)

Pipetador automtico de 10,0mL ou pipeta volumtrica de 10,0mL

Balo volumtrico de 100,0mL

Copo de bquer de 10mL

cido Sulfrico H2SO4 concentrado 96%-97% P. A.Hidrxido de Sdio NaOH P. A. (em lentilhas)

Ftalato cido de Potssio (KPH) C6H4(COOH)COOK (M.M. 202,22 g/Mol) P. A.Tetraborato de sdio - Na2 B4 O7. 10H2O (brax)Etanol P. A.Fenolftalena [C6H4COO.C(C6H4OH)2] P. A.1.10.3. Preparo e Padronizao das solues

1.10.3.1. Soluo de NaOH 0,005 M

Soluo de NaOH 0,005M = 0,005N (Normalidade = K Molaridade)

Massa molecular = 40,0 g/mol

K = 1 (nmero de hidroxilas)

Portanto,

C = 0,005 mol/L 40 g/mol = 0,200 g/L

Para preparar 1 litro de soluo NaOH 0,005M, dissolver cerca de 0,2 g de NaOH (P. A.) em gua destilada e completar o volume para 1000mL. Mais corretamente, prepara-se uma soluo mais concentrada e dilui-se para a concentrao desejada. A soluo de NaOH instvel: a reao com CO2 atmosfrico exige padronizao semanal.

A padronizao da soluo de NaOH deve ser feita utilizando o padro primrio Ftalato cido de Potssio KPH (P. A.), atravs da reao:

Massas moleculares: 204,22 g 40,0g

O KPH deve ser previamente seco em estufa, a 120oC, por 24 horas e resfriado em dessecador. A padronizao deve ser feita em triplicata. Massas de KPH prximas de 0,01022g devem ser determinadas em balana analtica, anotando-se o valor exato de cada uma e dissolvidas em cerca de 25mL de gua destilada, em frascos de Erlenmeyer. Adicionar 2 gotas de soluo de fenolftalena.Trabalhar sobre um fundo branco. Ento, com uma bureta, adicionar a soluo de NaOH at uma leve colorao rosada persistente; anotar cada volume.

A molaridade da soluo de NaOH calculada pela Equao (7.6):

Equao 10.

A soluo do indicador Fenolftalena preparada dissolvendo-se 80mg de fenolftalena P. A. [C6H4COO.C(C6H4OH)2] em 60mL de Etanol P. A., diluindo-se com gua destilada at 100mL em balo volumtrico.

1.10.3.2. Soluo de H2SO4 0,05 M

Soluo de H2SO4 = 0,05 M

Massa molecular H2SO4 = 98 g/mol

K = 2 hidrognios ionizveis

( (densidade) = 1,84 kg/L ( (=m soluo(g)/v da soluo (mL)

Porcentagem de H2SO4 na soluo concentrada = 97,5% (m de H2SO4/100g de soluo)

Portanto,

C = 0,05 mol/L 98 g/mol = 4,9 g/L, equivalentes a 2,73mL de soluo concentrada.

Logo, para preparar 1 litro de soluo H2SO4 0,05M deve-se adicionar, com cuidado, em capela e sob resfriamento, 2,75mL de soluo concentrada de H2SO4 P. A. em gua destilada e, aps resfriamento, completar o volume para 1000mL com gua destilada.

A padronizao da soluo de H2SO4 deve ser feita utilizando-se o padro primrio tetraborato de sdio decahidratado (brax), Na2B4O7.10H2O, atravs da reao:

Massas moleculares: 381,42g 98,08g

A padronizao deve ser feita em triplicata, com massas conhecidas do padro em torno de 0,1900g, dissolvidas em cerca de 50mL de gua destilada. Duas gotas de soluo de azul de bromotimol devem ser usadas como indicador de ponto final.

Equao 11.

Observao: Quando o indicador utilizado for soluo de fenolftalena tem-se uma soluo transparente para regio cida e rosa na regio alcalina.Observao: As dissolues de NaOH e H2SO4 em gua so muito exotrmicas; por isso necessrio ter muito cuidado com o aquecimento do recipiente. Deve-se adicionar o cido gua e no o oposto, sempre trabalhando em capela, sob resfriamento (banho de gua e gelo).

1.10.4. Determinao de alcalinidade Mtodo Potenciomtrico

(Ripley et al., 1986)

(a) Calibrar o pHmetro com solues de padres de pH 7,00 e pH 4,00, temperatura ambiente;

(b) centrifugar a amostra por 3 minutos a 1500 rpm. Esta centrifugao pode ser eliminada quando a amostra no apresentar teor considervel de slidos em suspenso;

(c) transferir 50,0mL da amostra bruta ou centrifugada para copo de bquer de 100mL e medir o pH;

(d) titular a amostra, sob agitao magntica, atravs da adio de soluo padronizada de H2SO4 ~0,01N, at pH 5,75. Anotar o volume V1; essa alcalinidade denominada parcial, podendo ser aproximada alcalinidade a bicarbonato, uma vez que compreende 80% de bicarbonato e 20% de sais de cidos orgnicos volteis;

(e) continuar a adio de soluo de H2SO4 at pH 4,3. Essa alcalinidade denominada intermediria, podendo ser aproximada quela devida a sais de cidos volteis. Anotar o volume V2; reservar esta amostra para determinao da concentrao de cidos orgnicos;

(f) ento, a alcalinidade total, V3 = V1 + V2;(g) calcular as alcalinidades parcial, intermediria, total e a alcalinidade a bicarbonato pelas respectivas equaes (12), (13), (14) e (15):

Alcalinidade parcial (mg/L, como CaCO3):

Equao 12.

Alcalinidade intermediria (mg/L, como CaCO3):

Equao 13.

Alcalinidade total (mg/L, como CaCO3):

Equao 14.

Alcalinidade a bicarbonato (mg/L, como CaCO3) (Chernicharo, 1997):

Equao 15.

Observao: O valor 50.000 o equivalente-grama do CaCO3 em mg/L, cujo mol de 100,0g.

1.10.5. Determinao de cidos volteis totais

(Dilallo & Albertson, 1961)

A alcalinidade utilizvel devida, principalmente, alcalinidade a bicarbonato, geralmente na forma de bicarbonato de amnio. nions de cidos inorgnicos fracos como fosfatos, sulfetos, tambm contribuem com alcalinidade.

Entretanto, os sais de sdio de cidos orgnicos gerados na degradao da matria orgnica, sero tambm titulados como alcalinidade.

Utiliza-se a amostra titulada para determinao da alcalinidade total.

(a) reduzir o pH da amostra de 4,30 para 3,30 com H2SO4 0,005M e ferver a amostra, por 3 minutos, para remover o dixido de carbono da soluo;

(b) esfriar a amostra em banho de gua at a temperatura ambiente;

(c) adicionar amostra, soluo padronizada de NaOH ~0,005 M at pH 4,00 e desprezar esse volume;

(d) titular a amostra (pH=4,00) com soluo padronizada de NaOH~0,005 M at pH 7,00 e anotar esse volume (V). Essa adio permitir, principalmente, a neutralizao de cidos orgnicos. Esse procedimento permite calcular a concentrao aproximada de cidos;

(e) calcular a concentrao de cidos, pela Equao (16):

... Equao 16.

Observao: O valor 60000 o equivalente-grama do HAc (cido actico), em mg.

1.10.6. Clculo dos cidos volteis:

Caso 1: alcalinidade a cidos volteis (como HAc) > 216 mg/L

Caso 2: alcalinidade a cidos volteis (como HAc) < 216 mg/L

O fator de converso para determinar os cidos volteis presentes a partir da alcalinidade depende da quantidade de cidos que titulada entre pH 4,0 e 7,0. O pH de equilbrio de cidos orgnicos menor que 4,0, mas varivel com a concentrao de cidos. Alm disso, o pH final de titulao de cidos fracos com base forte sempre maior que 7,00. Logo, experimentalmente, Dilallo & Albertson (1961) observaram a relao 1,5 para a alcalinidade superior a 216 mg/L e relao 1,0 para valores inferiores. A existncia de dois fatores se deve influncia mais significativa da alcalinidade denominada bsica para valores menores de alcalinidade total.

Observao: As concentraes do cido e da base envolvidos nesta metodologia devem ser modificados para se adequarem ao tipo de efluente, de modo a se consumir volumes adequados de cido e de base, evitando-se titulaes muito prolongadas com solues muito diludas ou volumes muito pequenos de reagentes mais concentrados, que comprometero os resultados.

1.11. Alcalinidade e cidos Volteis Totais Mtodo Condutimtrico


As determinaes de alcalinidades total e parcial realizadas atravs de mtodos potenciomtricos ou adaptaes propostas por Dilallo & Orris (1961), Kapp (1984), Ripley & Converse (1986), Jenkins et al. (1991), Anderson & Yang (1992) e Frayne & Campos (1995), quantificam tambm parte dos cidos volteis, uma vez que a substncia utilizada na titulao (cido forte) reage tanto com ons bicarbonato, quanto com nions dos cidos orgnicos gerados durante a degradao anaerbia. Resultados determinados atravs de mtodos titulomtricos com cido forte e cromatogrfico so relativamente diferentes.

O fato do cido carbnico ser diprotonado e o bicarbonato de sdio, um sal formado pela neutralizao de apenas um de seus prtons, confere a natureza anftera ao on bicarbonato, explorada pela metodologia condutimtrica. importante ressaltar ainda que todos os cidos orgnicos usados para monitorar os processos anaerbios so cidos monoprticos, no geradores de sais anfteros, cujos nions no reagem com ons OH-. Sendo assim, a quantificao da concentrao de ons bicarbonato em soluo poder ocorrer pela adio controlada de soluo de concentrao conhecida de base forte.

A condutividade k uma medida da habilidade de uma soluo aquosa em conduzir corrente eltrica, relacionada com a presena de ons, suas concentraes, valncias e mobilidades, bem como com a temperatura da soluo. Os valores de Condutncia Equivalente ((0), em MHO.cm2/equivalente, em gua a 25C, de alguns ons envolvidos na determinao da alcalinidade real de amostras de reatores anaerbios, so os seguintes: HCO3- (44,5); CO32- (72); H2PO4- (33); HPO42- (57); OH- (198,6).

A adio de soluo de NaOH em amostras, transformando ons HCO3- em CO32- e H2PO4- e HPO42- em PO43-, entre outros, e, posteriormente, em excesso, responsvel pela variao da condutividade da soluo, tornando possvel a quantificao.

A quantificao de alcalinidade total, por meio da titulao com soluo padronizada de H2SO4, sinalizada por medidas de condutividade eltrica da soluo, permite determinaes mais exatas de pontos finais, independentes de pH pr-estabelecidos, que no devem ser coincidentes, para diferentes amostras, e que dificilmente so realmente atingidos no final da titulao.

O mtodo baseia-se, ento, no acompanhamento da condutividade eltrica de duas amostras durante a adio de soluo padronizada de hidrxido de sdio (alcalinidade parcial ou a bicarbonato) ou de cido sulfrico ( alcalinidade total).

O mtodo proposto pode fornecer valores muito mais prximos de alcalinidade real de reatores anaerbios do que os mtodos que utilizam titulaes com cidos fortes. Atravs desta metodologia, tambm titula-se outras espcies geradores de alcalinidade, como ons HPO42-, H2PO4-, silicatos, HS-,S2-, presentes em guas residurias. Alm destes, o on amnio, quando presente, tambm ser titulado, antes mesmo do on bicarbonato, gerando uma reta com inclinao especfica, que pode ser usada para quantifica-lo.Uma reao que poderia interferir, quando uma base forte usada como titulante, seria a reao com CO2 (g) presente na amostra. Porm, CO2 (g) pode ser eliminado, no por aquecimento, pois a concentrao do on HCO3- tambm seria afetada, mas em banho ultra-snico que, aplicado amostra, expulsa os gases nela dissolvidos.

ons NH4+, se presentes, interferem positivamente no resultado, gerando uma reta especfica para a reao:

que precede formao de carbonato, permitindo, em uma mesma titulao, as determinaes de N-amoniacal e de alcalinidade devida a bicarbonato.

A Figura 2 ilustra o comportamento da condutividade corrigida de amostra durante a adio da soluo de hidrxido de sdio, observado durante a titulao de amostra em ausncia de ons amnio. Observa-se claramente que a curva da condutividade eltrica apresenta duas inclinaes distintas, representadas, ento, separadamente atravs de duas retas independentes.

Figura 2. Variao da condutividade corrigida da amostra contendo bicarbonato, durante adio de soluo de NaOH.

A Reta 1 representa a variao da condutividade eltrica da amostra, obtida, principalmente, pela reao entre os ons HCO3- e OH-, representada pela seguinte reao:

Equao 17.

A Reta 2 representa a variao da condutividade eltrica da soluo da amostra, em presena de excesso crescente dos ons Na+ e OH-.

Igualando-se as duas equaes das retas, determina-se o ponto onde ocorre a mudana de inclinao, ou seja, onde as duas retas se encontram, representando o volume da soluo de hidrxido de sdio necessrio para reagir com todo o bicarbonato presente no meio.

Assim, a partir do volume e da concentrao molar da soluo de hidrxido de sdio e volume de amostra, determina-se a alcalinidade real a partir da seguinte equao:

Equao 18.Na qual:

VNaOH = Volume gasto para atingir o ponto final de titulao.

MNaOH = Concentrao molar da soluo.

Vamostra = Volume inicial da amostra (mL).

Para a determinao da alcalinidade total, realiza-se procedimentos idnticos aos anteriores, utilizando-se, entretanto, soluo padronizada de cido sulfrico. Durante a adio da soluo de cido sulfrico, a condutividade corrigida da amostra pode apresentar o comportamento mostrado na Figura 1.5.

Figura 3. Variao da condutividade corrigida da amostra durante adio de soluo de H2SO4.

Os dois trechos iniciais na reta de calibrao esto relacionados s reaes do cido sulfrico com: bicarbonato de sdio (Reta 1) e acetato de sdio (Reta 2), de acordo com as seguintes reaes:

Equao 19.

Equao 20.

Assim, o volume de soluo de cido sulfrico que reagiu com todo bicarbonato e acetato presentes representado pelo encontro das Retas 2 e 3, esta ltima, gerada pelo excesso de H2SO4 adicionado na amostra. Deve-se salientar que, em ausncia de bicarbonato ou de acetato , a curva de condutividade pode apresentar comportamento semelhante ao da Figura 3. Nessa condio, o volume de cido sulfrico determinado pelo encontro das Retas 1 e 2, como citado anteriormente.

A concentrao da alcalinidade total, expressa em mg/L de HCO3-1, calculada a partir da seguinte equao:

Equao 21.Na qual:

VH2SO4 = Volume gasto para atingir o ponto final de titulao.

MH2SO4 = Concentrao molar da soluo.


A diferena entre a alcalinidade a bicarbonato e a alcalinidade total fornece a alcalinidade devida aos nions de cidos volteis.

Para convert-la em mg/L de acetato, o valor em mg/L de bicarbonato deve ser multiplicado pela razo 59/61.

1.11.2. Material

Aparelho de ultra-som

Agitador magntico


Buretas digitais de 50,0 mL ou buretas de 10,0 e 50,0 mL

Centrfuga

Condutivmetro

Dessecador com slica anidra

Estufa a 120CMedidor de pH (preciso ( 0,01)

Pipeta volumtrica de 25,0 mL

Balo volumtrico de 100,0 mL

Barra magntica de 6x20 ou 7x25 mm

Copo de Bquer de 150 mLcido Sulfrico H2SO4 concentrado 96-97% P. A.Hidrxido de Sdio NaOH P. A. (em lentilhas)

Ftalato cido de Potssio (KPH) C6H4(COOH)COOK (M.M. 202,22 g/Mol) P. A.Etanol P. A.Fenolftalena [C6H4COO.C(C6H4OH)2] P. A.1.11.3. Determinao da alcalinidade real

(Moraes et al., 2001)

A amostra (25,0 mL), contida em copo de bquer, deve ser submetida ao ultra-som durante 10 minutos. Aps este perodo, titula-se com soluo padronizada de NaOH (0,02 M), acompanhando-se a variao da condutividade eltrica. A titulao deve ser processada at garantirem-se vrias adies em excesso de soluo de hidrxido de sdio. As diluies da amostra, provocadas pela adio da soluo titulante, exigem que sejam feitas correes dos valores de condutividadade, a partir da seguinte equao:

Equao 22Na qual:


Vtitulante = Volume adicionado de titulante (mL).

A partir dos valores determinados experimentalmente (por exemplo, Tabela 3), elabora-se um grfico (Figura 4), lanando-se os volumes adicionados de soluo de no, contra os valores corrigidos da condutividade eltrica da amostra.

Tabela 3. Volumes adicionados de NaOH e valores de condutividades medida e corrigida durante titulao de 25,0 mL de amostra de efluente de reator anaerbio com soluo de 0,020 M de NaOH.

Volume de NaOH

(mL)Condutividade medida

(mS/cm)Condutividade corrigida

(mS/cm)

0,000,4000,400

0,500,4360,445

1,000,4800,499

1,500,5200,551

2,000,5580,603

2,500,5980,658

3,000,6360,712

3,500,6760,771

4,000,7150,829

4,500,7560,892

5,000,7970,956

5,250,8190,991

5,500,8421,027

5,750,8651,064

6,000,8881,101

6,250,9131,141

6,500,9361,179

6,750,9621,222

7,751,0591,387

8,501,1331,518

9,501,2271,693

10,001,2741,784

Figura 4. Variao da condutividade corrigida da amostra durante adio de soluo de NaOH.

Verifica-se, a partir da Figura 4, que duas retas compem o grfico. Sendo assim, elaboram-se dois grficos, considerando-se as duas direes obtidas (Figura 5 (a) e (b)).

(a) (b)

Figura 5. Retas obtidas de acordo com as diferentes inclinaes observadas na variao da condutividade corrigida da amostra durante a adio de soluo de NaOH.

Igualando-se as duas equaes (y1 = 0,114x + 0,3826 e y2 = 0,1697x + 0,0802), encontramos o ponto de interseco, valor que indica o volume da soluo padronizada de NaOH usado para atingir o ponto final de titulao. Assim, para o exemplo, o volume de NaOH foi de 5,43 mL.

A alcalinidade da soluo pode ser determinada a partir da seguinte equao:

Equao 23Na qual:

VNaOH = Volume gasto para atingir o ponto final de titulao.

MNaOH = Concentrao molar da soluo.


Assim,

Para transformar-se a alcalinidade a bicarbonato em alcalinidade a CaCO3, deve-se dividir o valor obtido por 1,22.

1.11.4. Determinao da alcalinidade total

(Moraes et al., 2001)

A determinao da alcalinidade total realizada com os mesmos procedimentos realizados no Item 13.2, utilizando-se soluo de cido sulfrico. A partir da determinao do volume de cido sulfrico gasto para atingir o ponto final de titulao, calcula-se a alcalinidade total a partir da seguinte equao:

Equao 24Na qual:

VH2SO4 = Volume gasto para atingir o ponto final de titulao (mL).

MH2SO4 = Concentrao molar da soluo (M).


1.11.5. Determinao da concentrao de cidos volteis (Moraes et al., 2001)

A partir da alcalinidade real e alcalinidade total, a concentrao de cidos volteis, expressa como cido actico, determinada a partir da seguinte equao:

Equao 25

mg/L cido actico = 60000 ???????/(8.4)

1.11.6. Preparo e padronizao das solues de hidrxido de sdio e de cido sulfrico

As solues utilizadas devem ser preparadas como descrito anteriormente nos itens 3.1.3.

Alcalinidade a bicarbonato de reserva

1.12. Conceitos Funamentais

Alcalinidade de reserva definida por Speece (1996) como sendo a concentrao de bicarbonato disponvel para suportar a degradao anaerbia da matria orgnica restante no processo. O operador deve estar interessado na alcalinidade de reserva antes que o pH do sistema alcance valores menores que 6,5. Assim, o conceito de alcalinidade de reserva representa o aumento na concentrao de cidos volteis que pode ser tolerado pelo sistema antes que a queda do valor do pH ocasione a interrupo do processo, pela acidificao do meio. A alcalinidade de reserva indica somente a alcalinidade a bicarbonato, j que a alcalinidade produzida por sais de cidos orgnicos no promove a neutralizao dos cidos volteis gerados.O mtodo proposto por Speece (1996) para determinar a concentrao de bicarbonato de reserva consiste na titulao de 50,0 mL da amostra com soluo padronizada de cido actico (5,0g/L) at o valor mnimo de pH de 6,5. Cada adio de 1,0 mL de cido actico corresponde ao aumento de 100 mg/L de cidos volteis que pode ser tolerado pelo sistema antes, que o pH atinja valor indesejado.

1.13. Material

Agitador magntico

Buretas digitais de 50 mL ou Buretas de 10 e 25 mL

Medidor de pH (preciso ( 0,01)

Barra magntica de 6x20 ou 7x25 mm

Bquer de 100 mLcido actico C2H3OOH P. A.1.14. Preparo de soluo padro de cido actico (5 g/L)

(a) Transferir 4,96 mL de cido actico (99,5%; d=106g/mL; C=1,007g de cido actico/mL) para balo volumtrico contendo certa quantidade de gua destilada;

(b) completar o volume para 1000 mL com gua destilada.

1.15. Determinao da concentrao da alcalinidade a bicarbonato de reserva

(a) Transferir 50 mL de amostra para Becker de 100 mL;

(b) titular com soluo padro de cido actico (5 g/L) at atingir pH de 6,5 a 6,2;

(c) determinar a concentrao de bicarbonato na amotra a partir da seguinte reao:

considerando que 61,0g de bicarbonato reagem com 60,0g de cido actico.

Determinao de cidos Volteis Mtodo Cromatogrfico

Referncia?

1.16. Conceitos Fundamentais

A cromatografia pode ser conceituada como um mtodo fsico-qumico de separao, atravs do qual os constituintes da amostra a serem separados so distribudos entre duas fases: uma estacionria, de grande rea superficial e outra mvel, um fluido inerte que percola atravs da primeira (Lanas, 1993). A cromatografia baseia-se na partio dos constituintes da amostra entre a fase mvel (FM), lquida ou gasosa, e a fase estacionria (FE), lquida ou slida.

Em termos gerais, a cromatografia pode ser planar (em camada delgada, geralmente em uma placa de vidro ou de alumnio), ou em coluna. De acordo com a fase mvel usada, a cromatografia pode ser classificada como lquida: quando a fase mvel um lquido, gasosa: quando a fase mvel um gs ou cromatografia com fluido supercrtico quando se usa um fluido em estado supercrtico como fase mvel (Lanas, 1993). Utiliza-se tambm a denominao cromatografia preparativa, quando o objetivo a purificao de uma quantidade de amostra a ser analisada ( possvel coletar as fraes da amostra separadas em seus componentes individuais), ou cromatografia analtica, quando o objetivo determinar e quantificar as substncias presentes.

De modo geral, o processo cromatogrfico realizado introduzindo-se a amostra no topo da coluna cromatogrfica atravs do injetor, onde a fase mvel flui continuamente, com vazo ou presso constante. Com o passar da fase mvel, as substncias migram dentro da coluna, de acordo com interaes fsico-qumicas com a fase mvel e a fase estacionria, o que promove a separao dos componentes da amostra. Na sada da coluna, ocorre a deteco de cada substncia isolada. A escolha do detector depende da substncia em questo e das caractersticas de sua molcula. O detector transmite para um registrador um sinal grfico, no qual cada pico corresponde a uma substncia e a sua rea correspondente proporcional sua concentrao ou sua massa. Esse sinal emitido por um integrador ou uma estao de trabalho. O grfico obtido chamado cromatograma. A Figura 6 mostra um diagrama de blocos de um cromatgrafo genrico (Ciola, 1985).

Figura 4. Diagrama de blocos de um cromatgrafo genrico.

A introduo da amostra deve ser da forma mais rpida possvel, evitando qualquer perda, no excedendo a capacidade da coluna nem a faixa de linearidade do detector. No caso de cromatografia gasosa, a temperatura do injetor deve ser definida de tal forma a evitar qualquer condensao de amostras gasosas e garantir a completa volatilizao de amostras lquidas.

As colunas para cromatografia lquida tm comprimentos que variam de 8 a 30cm de comprimento, por 4mm, em mdia, de dimetro interno com 3 ou 5(m de tamanho de partcula e existem tambm as colunas capilares, com dimetros muito pequenos, mas so pouco usadas.

As colunas de cromatografia gasosa podem ser empacotadas ou capilares. As colunas empacotadas so, geralmente, de ao inox ou vidro e possuem dimetro interno de 1/8 , com 2 e 4 m, em mdia, de comprimento. As colunas capilares so de slica fundida e podem ter dimetros internos de 0,25; 0,30 e 0,53 mm (estas ltimas so chamadas de colunas megabore), com comprimentos que podem variar de 25, 30, 50, 60 e 100 m, sendo mais comuns os de 25 e 30 m.

Os modos de injeo em colunas capilares so: com diviso da amostra (split), sem diviso da amostra (splitless), on-column (amostra injetada diretamente na coluna), direta e com temperatura programada.

As fases estacionrias empregadas na cromatografia podem ser classificadas de acordo com os seguintes tipos:

(a) materiais adsorventes sintticos de grande rea superficial, com granulometria apropriada;

(b) substncias orgnicas ligadas quimicamente superfcie de slica-gel de grande rea superficial;

(c) polmeros porosos obtidos de monmeros bi e polifuncionais;

(d) lquidos de baixssima presso de vapor temperatura de trabalho.

Quando a fase estacionria for slida, a cromatografia envolver fenmenos de adsoro no mecanismo de separao, enquanto o fenmeno ser sempre de partio ao ser empregada uma fase estacionria lquida.

A composio da fase mvel lquida tem enorme influncia na separao dos compostos, porm, a da fase gasosa, pouco interfere, pois usa-se gases inertes como nitrognio, hidrognio, argnio ou hlio como gs de arraste.

Pode-se dizer que a separao cromatogrfica ocorre devido a uma seqncia de estgios de adsorso ou partio dos constituintes da amostra entre duas fases imiscveis (mvel e estacionria); em alguns casos a separao ocorre devido aos diferentes pontos de ebulio dos componentes presentes na amostra.

A coluna cromatogrfica deve ser eficiente e seletiva, ou seja, deve existir diferenas entre os coeficientes de partio ou adsorso das substncias de interesse. As colunas so classificadas em:

(a) empacotadas: um filme da fase estacionria lquida depositado sobre um material inerte de granulometria, porosidade, rea superficial e natureza de superfcie convenientes. Este material empacotado, atravs de tcnicas especiais, em tubos de comprimento e dimetro otimizados para a anlise da amostra de interesse (material: ao inoxidvel, vidro , slica ou teflon; dimetro interno: 2 a 4 mm; comprimento: 1 a 4 m; vazo da fase mvel: 25 a 60 mL/min; temperaturas de operao: 25-350oC, dependendo da fase estacionria);

(b) capilares: so fabricadas depositando-se um filme finssimo de espessura 0,1 a 5 (m da fase estacionria nas paredes de um tubo capilar (material: vidro ou slica fundida; dimetro interno: 0,1 a 0,50 mm; comprimento: 10, 17, 25, 30, 50, 60 e 100 m; vazo da fase mvel: 0,5 a 4 mL/min; temperatura de operao: 25-350oC). As eficincias das colunas capilares so de diversas ordens superiores s das colunas empacotadas.

JANJA Geralmente as colunas cromatogrficas so operadas isotermicamente ou por programao linear de temperatura. A ordem de eluio na coluna cromatogrfica ser da ordem do ponto de ebulio das substncias analisadas, o qual influenciado por trs foras de interao ou de coeso que determinam os valores da volatilidade relativa dos solutos, dos coeficientes de partio e, portanto, as separaes na coluna cromatogrfica, quais sejam, de orientao (interaes dipolo-dipolo), de induo e de disperso, alm do efeito das pontes de hidrognio. Esta ordem de eluio tambm pode depender das diferenas de polaridade das substncias presentes na amostra, devido interao dos componentes da amostra com a fase estacionria e/ou fase mvel (quando se trabalha com cromatografia lquida) do sistema cromatogrfico usado. O condicionamento da coluna, em cromatografia gasosa, realizado operando-a por um determinado tempo a uma temperatura em torno de 50oC abaixo da temperatura mxima admitida pela sua fase estacionria (quando ela usada pela primeira vez) ou em torno de 20oC acima da temperatura mxima de trabalho), quando ela j est em uso.

O detector de um cromatgrafo a gs um dispositivo que transforma em sinal eltrico conveniente a variao da composio do gs de arraste com um componente da amostra, ao sair da coluna cromatogrfica. O sinal eltrico transformado no sinal grfico que tem o formato de um pico, por um registrador ou um computador, e a rea correspondente a cada um dos picos integrada, pois est diretamente relacionada com a quantidade da substncia, sendo usada para fins de quantificao. Como caracterstica de resposta, o detector deve apresentar sensibilidade amostra a ser analisada, seletividade aos componentes de interesse e uma satisfatria faixa dinmica, ou seja, a faixa de concentrao na qual o detector pode fornecer valores lineares acurados. Outra caracterstica importante refere-se linearidade da resposta do detector em funo da quantidade injetada, conhecendo-se as quantidades mnima e mxima que podem ser injetadas. Os principais tipos de detectores so:

(a) detector de condutividade trmica (TCD): baseia-se na propriedade de os corpos quentes perderem calor com velocidades que dependem da condutividade trmica e da composio dos gases envolventes. Nos detectores atuais empregam-se como corpos quentes (sensores) dois conjuntos de filamentos de Pt, W, Ni e W-Pt, aquecidos por corrente eltrica estabilizada, formando um circuito eltrico denominado ponte de Wheatstone, atravs dos quais fluem duas correntes de gs de arraste. Quando a amostra injetada, o gs de arraste, conduzindo os compostos separados, passa sobre um dos conjuntos de filamentos, e no outro, o gs de arraste puro, proveniente da coluna de referncia. Logo, com o gs de arraste puro fluindo atravs de um dos conjuntos do detector, a perda trmica constante, como tambm a temperatura do filamento; quando a composio do gs de arraste contendo os componentes da amostra alterada, causa uma correspondente mudana na resistncia e altera o equilbrio da ponte de Wheatstone dos termistores;

(b) detector de ionizao de chama (FID): baseia-se na propriedade de ser a condutividade eltrica de um gs diretamente proporcional sua concentrao de partculas carregadas. No caso da ionizao de chama, o gs de arraste proveniente da coluna queimado numa chama, em presena de ar e H2; a chama produzida submetida a um campo eltrico. Durante a combusto de compostos orgnicos contendo hidrognio formam-se radicais livres que sero ionizados pelo campo eltrico, aumentando a corrente que passa entre os eletrodos;

(c) detector de captura de eltrons (ECD): do tipo ionizao, cuja fonte um emissor de eltrons, havendo alterao da corrente quando da mudana do gs de arraste puro em relao a uma substncia que funcione como aceptor de eltrons;

(d) detector de fotomtrico de chama;

(e) detector termoinico;

(f) detector de fotoionizao;

(g) detector por absoro no infravermelho.

Os detectores podem ser classificados em:

(a) integrais: fornecem uma resposta proporcional massa total dos componentes na zona eluda;

(b) diferenciais: fornecem uma resposta proporcional concentrao (detector de condutividade trmica) ou velocidade de fluxo da massa do componente eludo (detector de ionizao de chama).

Os detectores so classificados quanto sua capacidade de deteco em:

(a) universais: respondem a quase todo tipo de substncia (detector de condutividade trmica);

(b) seletivos: respondem a certas classes de substncias (detector de ionizao de chama apenas detecta substncias orgnicas que formam ons estveis na presena da chama);

(c) especficos: por exemplo, detector de captura de eltrons, que usado para substncias que contenham tomos bastante eletronegativos em suas molculas (pesticidas clorados, por exemplo).

As fases mveis so, por definio, fluidos e, de acordo com a sua natureza fsica, classificam o tipo de cromatografia: (a) em fase gasosa quando este for um gs e (b) em fase lquida quando este for um lquido. Na cromatografia gasosa capilar, alm da fase mvel padro utiliza-se o gs auxiliar (make-up), geralmente o mesmo da fase mvel (tambm inerte), o qual injetado diretamente na sada da coluna e cujos objetivos so carrear o material eludo da coluna para o detector (em colunas capilares o fluxo dentro da coluna bastante baixo), otimizando a sua sensibilidade e, tambm, proporcionar a limpeza no detector. Com relao ao TCD, as condutividades trmicas dos gases de arraste, relativas ao He, so: N2 = 0,17, He = 1,00 e H2 = 1,28. Logo, quando se usa TCD, o melhor gs de arraste H2. O gs de arraste deve ser de pureza acentuada (99,999%) e inerte e, mesmo assim, recomenda-se que seja filtrado por peneira molecular ou filtro de hidrocarboneto (carvo ativo) para aumentar as vidas teis da coluna e detector, principalmente com relao umidade (H2O) e ao oxignio, dependendo da coluna. A regenerao desses filtros deve ser realizada periodicamente.

Os vrios itens de um cromatgrafo a gs podem ser comentados da seguinte forma:

(a) fluxo do gs de arraste: hidrognio, nitrognio, argnio e hlio so os gases mais empregados como fase mvel em cromatografia gasosa. So fornecidos pressurizados em torpedos de ao (120-200 atm ou 2000 psi), sendo necessria a reduo da presso a valores convenientes (1-5 atm ou 20-40 psi). Na operao cromatogrfica, dispositivos de controle de fluxo adaptam-no ao intervalo entre 0,5-80 mL/min, dependendo da coluna a ser utilizada;

(b) sistema de introduo da amostra: as amostras lquidas e gasosas podem ser introduzidas atravs do uso de microseringas ou seringas e vlvulas de amostragem.O injetor possui um divisor de amostra (utilizvel ou no - split ou splitless), a partir do qual parte da amostra encaminhada para a coluna e parte para a atmosfera . A diviso adequada quando colunas capilares so usadas e/ou quando as solues a serem analisadas possuem alta concentrao dos analitos em questo;

(c) sistema de deteco e aquisio de dados: os detectores usados em cromatografia so projetados para detectar as substncias carregadas pelo gs de arraste. O sinal proveniente do material detectado , com o auxlio de amplificadores, transformado em um sinal grfico chamado cromatograma. As reas dos picos so determinadas com o auxlio de integrador ou computador.

Os principais parmetros cromatogrficos so: coeficiente de adsorso ou partio, tempo de reteno, resoluo da coluna, seletividade e eficincia.

A anlise quantitativa por cromatografia , tomados os necessrios cuidados, uma das tcnicas mais precisas e exatas da qumica analtica, que permite quantificar as substncias das seguintes maneiras:

(a) Anlise por padronizao interna: As calibraes com padro interno so construdas preparando-se solues com diferentes concentraes das substncias a serem quantificadas, s quais se adiciona volume idntico de soluo de padro interno, sempre com a mesma concentrao. O padro interno uma substncia com estrutura qumica parecida com a da substncia a ser analisada; no deve se decompor durante a anlise; no deve interferir na anlise e deve ter um tempo de reteno prximo ao das substncias a serem analisadas (pode-se usar mais de um padro interno). Para quantificar, ao invs de se comparar reas dos padres com reas das substncas a serem analisadas, comparam-se Fatores de Resposta (FR), calculados pela razo entre a rea do pico da substncia a ser quantificada e a rea do pico do padro interno, em uma mesma injeo. Para cada substncia, a reta de calibrao feita plotando-s FR no eixo y e as concentraes no eixo x (sem passar pela origem, pois quando no se detecta a substncia no significa que ela no est presente e sim, que o mtodo utilizado no a detecta). Quando no se detecta uma substncia, entende-se que sua concentrao menor que a do ponto mais diludo da reta de calibrao construda ou pode-se calcular o limite de deteco a partir da seguinte equao: LOD pasta pblica(b) Anlise por padronizao externa: A tcnica envolve os seguintes passos:

preparo de solues para calibrao contendo concentraes crescentes da substncia a ser quantificada (o padro deve ser de alta pureza ou de composio conhecida). injetar no cromatgrafo volumes exatamente iguais aos dos padres de concentraes diferentes, podendo-se utilizar vlvulas de amostragem;

determinar as reas dos picos de interesse;

fazer um grfico relacionando as reas dos picos (eixo y) com as concentraes (ou massa) das solues de padres injetadas (eixo x). Recomendam-se operaes na faixa linear;

injetar exatamente o mesmo volume da amostra de interesse;

determinar a rea dos picos de interesse;

para o trecho linear, pode-se determinar o fator que fornece a rea por unidade de concentrao ou massa. Recomenda-se a utilizao de, no mnimo, cinco concentraes diferentes.

1.17. Material


Balo volumtrico de 10,0 mL

Cromatgrafo gasoso com a seguinte configurao:

Coluna capilar INNOWAX (HP, Part Number 19091N-133) ou DB-WAX (Agilent Technologies, J&W, Part Number 122-7032) ou similar, com 30 m de comprimento, 0,25 mm de dimetro interno e 0,25 (m de espessura de filme.

Injetor capilar.

Detector de ionizao de chama (FID).

Estao de trabalho (computador + software + impressora) ou integrador.

Sistema de gases especiais (torpedos, tubulao de cobre, vlvulas reguladoras) para uso em cromatografia (N2, H2 e Ar Sinttico todos os gases ultra puros).

Pipetadores automticos de 1000(L, 5,00 mL e 10,0 mL.

Seringa para anlise de lquido por cromatografia em fase gasosa de 10,0 (L.

As condies operacionais do cromatgrafo so as seguintes:

(a) Injetor:

Temperatura do injetor: 250oC

Modo: split

Gs de arraste: H2 Razo split: 20:1

(b) Coluna:

Gs de arraste: H2 ou N2 Vazo do gs de arraste na coluna de 30m x 0,25mm (CNTP): 2,0 mL/min

Condio de fluxo: constante

(c) Forno:

Temperatura: 100oC (3 min), subindo a 5C/min, at 180C (5 min)

Post-run: 210oC, 5 minutos.

(d) Detector:

Gases de queima: H2 e Ar Sinttico

Vazo de H2: 30,0 mL/min

Vazo de Ar Sinttico: 300,0 mL/min

Temperatura: 300oC

Gs de make-up: N2 Vazo do gs de make-up : 33 mL/min

(e) Amostra:

Volume de amostra injetado: 1,0 (L

1.18. Preparo da soluo estoque de calibrao

Preparar uma soluo estoque (100 mL, por exemplo, em balo volumtrico) na concentrao em torno de 3,00g/L para todos os compostos. Para isso, mede-se as quantidades dos cidos volteis com pipeta graduada ou pesando-se, em um balo volumtrico previamente tarado, anota-se o valor exato e calcula-se a concentrao exata de cada cido adicionado (Tabela 4).

Tabela 4. Caractersticas e quantidades dos cidos volteis para anlise cromatogrfica.

CompostoFrmulaMassa Molecular

(g/mol)Concentrao nominal (g/L)Quantidade nominal (p/ 100 mL)

cido ActicoC2H3OOH60,053,00,3000

cido PropinicoC3H5OOH74,083,00,3000

cido Iso-ButricoC4H7OOH88,113,00,3000

cido ButricoC4H7OOH88,113,00,3000

cido Iso-Valrico (ou Iso-Pentanico)C5H9OOH102,133,00,3000

cido Valrico (ou Pentanico)C5H9OOH102,133,00,3000

cido Caprico (ou Hexanico)C6H11OOH116,163,00,3000

cido CrotnicoC4H5OOH86,093,00,3000

Quanto ao cido Butrico (HBut, massa molecular de 88,11 g/mol), quando se dispe do Butirato de Sdio (NaBut, massa molecular de 110,09 g/mol), deve-se considerar a seguinte reao de equilbrio para o clculo da quantidade nominal a ser adicionada em 100 mL, a qual de 0,3748.

Equao 26110,09 g88,11 g

0,3748 g0,3000 gA soluo de calibrao deve ser composta pelos seguintes compostos (se houver disponibilidade de outros padres, cujos tempos de reteno no sejam iguais aos destes cidos o que se determina ao injet-los puros nas mesmas condies cromatogrficas usadas - e que se deseja analisar, deve-se coloc-los na mesma soluo de calibrao), sendo o valor entre parnteses o tempo de reteno de cada um, havendo uma tolerncia de 5% definida no software para a variao deste tempo:

CompostoTempo de Reteno (min)

cido actico4,2

cido propinico5,6

cido iso-butrico6,1

cido butrico7,2

cido iso-valrico8,0

cido valrico9,4

cido crotnico (padro interno)10,1

cido caprico11,5

Para se preparar a soluo, deve-se colocar 2 ou 3 prolas de NaOH no balo volumtrico em que se encontram os cidos, completar o volume do mesmo e aferir o seu menisco com gua ultrapurificada, aps completa dissoluo das prolas de NaOH, uma vez que a maioria destes cidos no solvel em gua e, tambm, para o deslocamento do equilbrio do cido orgnico fraco (esquematizado a seguir) para a forma de sal, a qual no voltil, ou seja, no ocorre a perda do composto por volatilizao. Esta a soluo estoque, a partir da qual se faz as diluies com as diferentes concentraes necessrias para a curva de calibrao. A soluo estoque dever ser guardada em vrios frascos diferentes, os quais devem ser lacrados e congelados. As solues com diferentes concentraes devem ser preparadas, usando o prprio afluente do reator, sem a adio dos cidos ou o meio de cultivo usado para alimentar o reator a partir do qual as amostras para analisar os cidos so originadas, a fim de que a soluo de padres seja o mais parecida possvel com a amostra.

Equao 27Obs.: (1) A adio de cido (H+) desloca o equilbrio para a forma de cido (ou voltil ou no ionizada);

(2) A adio de base (OH) desloca o equilbrio para a forma de sal (ou no voltil ou ionizada).

O uso do padro interno permite que se faa a correo de algum desvio que ocorra na anlise, pois este adicionado amostra, ou seja, a amostra analisada no contm (e no deve conter) este cido. Alm disso, o procedimento de calibrao com padro interno elimina a desvantagem do procedimento com padro externo pela adio de uma quantidade conhecida de um componente que serve como fator de normalizao. O composto usado como padro interno deve ser similar aos compostos analisados em ambos os aspectos, propriedades qumicas e tempo de reteno, mas deve ser cromatograficamente distingvel. Algumas vantagens dessa tcnica so: variao do tamanho da amostra no crucial, as flutuaes do equipamento so compensadas pelo padro interno, e os efeitos da preparao da amostra so minimizados se o comportamento qumico do padro interno e dos compostos analisados so similares. Como desvantagem, tem-se que o padro interno deve ser adicionado de forma precisa em todas as amostras.

O intervalo de valores da curva de calibrao deve ser determinado a partir dos valores esperados da amostra a ser analisada, podendo-se sugerir o seguinte intervalo mostrado na Tabela 5 Vale ressaltar que as amostras devem ser analisadas em duplicata.

Tabela 5. Relao das concentraes e alquotas da soluo-me para a curva de calibrao.

Concentrao

(mg/L)Alquota da soluo me ((L) para balo volumtrico de 100 mL

3,0100

6,0200

9,0300

12,0400

15,0500

18,0600

21,0700

24,0800

36,01200

60,02000

90,03000

180,06000

Ainda com relao curva de calibrao, o valor mnimo da curva deve ser determinado pelo valor mnimo no qual o detector sensvel ao composto, ou seja, introduz-se uma quantidade mnima a partir do qual o detector no consegue medir com exatido. Outra forma de determinar o Limite de Deteco atravs de uma planilha de clculos, que envolve as concentraes tericas dos padres utilizados nas curvas de calibrao, os respectivos fatores de resposta, as concentraes obtidas, a partir dos fatores de resposta, pela equao da reta de calibrao (concentraes tericas) e os coeficientes angular e linear da equao da reta de calibrao (MILLER & MILLER, 1984), de acordo com a equao 28, abaixo. LD = (3.SEb + b) ,

Equao 28

mOnde: SEb = erro padro do intercepto, b = coeficiente angular da equao da reta de calibrao,

c = coeficiente linear da equao da reta de calibrao.1.19. Preparo da soluo do padro interno (cido crotnico)

Para preparar 100 mL de soluo 700 mg/L de cido Crotnico em balo volumtrico, pesa-se 70 mg de cido crotnico e se utiliza uma soluo aquosa alcalina (com o intuito de deslocar o equilbrio da forma de cido para a forma de sal) pela adio de 2 a 3 prolas de NaOH e completando-se o volume com gua ultrapurificada, aps completa dissoluo das prolas de NaOH.

A concentrao do padro interno (cido Crotnico) na amostra calculada da seguinte forma:

Equao 29na qual:

V1 = volume da soluo de cido Crotnico a ser adicionada na amostra (= 0,100 mL);

V2 = volume final da amostra (2,000 mL) aps a adio da soluo de cido Sulfrico (0,100 mL) e do da soluo de cido Crotnico (0,100 mL) (= 2,200 mL);

C1 = concentrao da soluo de cido Crotnico a ser adicionada na amostra (= 700 mg/L). Essa concentrao nominal deve ser calculada de forma exata pela massa de cido Crotnico efetivamente medida na balana analtica, se esta for diferente de 70 mg;

C2 = concentrao final da soluo de cido Crotnico na amostra (valor nominal = 31,8 mg/L);

1.20. Como ligar o cromatgrafo

(a) Liga-se a alimentao dos gases (H2, N2 e Ar Sinttico) externa e interna ao laboratrio;

(b) liga-se o cromatgrafo, aguardando os testes internos. Em seguida, ativa-se a estao de trabalho, fixando-se todos os parmetros de operao previamente definidos na calibrao;

(c) fazer o condicionamento da coluna, ajustando-se a temperatura do forno para 210C entre 15 a 30 min, ou at o sinal do detector estabilizar, re-ajustando- em seguida para 100C;1.21. Preparo da amostra para injeo no cromatgrafo

Caso a amostra tenha de ser congelada para que a anlise ocorra posteriormente (o que geralmente ocorre na p

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