Aspectos gerais sobre

preparo de amostras

Joaquim A. Nóbrega

djan@terra.com.br

Técnicas Espectroanalíticas

- FAAS

- GFAAS

- ICP OES

- ICP-MS

- Aspecto comum: amostras são usualmente

introduzidas como soluções

A sequência analítica: as

principais etapas de uma análise

1. Definição do problema

2. Seleção do método

3. Amostragem: coleta de uma amostra representativa; preparo da amostra laboratorial; replicatas

4. Preparo da amostra: obtenção de soluções a partir da amostra

5. Separação: eliminação de interferências

6. Execução de medidas (sinal analítico x concentração: calibração)

7. Cálculo dos resultados e estimativa de confiabilidade (validação)

8. Ação

Preparo de Amostra

- A etapa de preparo da amostra é geralmente a mais cara e que envolve mais consumo de tempo e esforço

- O tempo total envolvido na análise pode ser determinado pelo tempo gasto na etapa de preparo da amostra (“Amostragem e preparo de amostra ainda determinam o tempo total de análise e são etapas limitantes do processo”.)

Preparo de Amostra

- O melhor preparo de amostra é não ter que

prepará-la (Determinação direta de Cd em

urina por ETV-ICP OES)

- Procedimentos “Dilua-e-determine”

- Determinação da composição inorgânica de

leite por ICP’s

- Diluição com água: resultados inexatos!

- Diluição com aminas: OK!

Escolha do Método

- Determinação de Ca em água

- Determinação de Ca em carbonato de cálcio

- Determinação de Ca em vidro

Escolha do Método

- Formas de Hg em urina

- Formas de As em frutos do mar

- Cr(VI) em ligas, cimentos, carros etc.

Cr(VI) – Especiação Redox

US EPA Método 3060A: “…é um procedimento de digestão alcalina desenvolvido para extrair compostos solúveis e insolúveis de solos, lodos e sedimentos. O método foi desenvolvido para extrair todas formas solúveis, adsorvidas e precipitadas de cromo hexavalente e ao mesmo tempo assegurar que nenhum cromo trivalente é oxidado e que nenhum cromo hexavalente é reduzido”.

Cr(VI) – Especiação Redox

- 2,5 g amostra

- 0,28 mol/L Na2CO3 + 0,5 mol/L NaOH

- 90 – 95 oC

- 1 h

- Determinação?

Escolha do Método: Parâmetros

- Quais espécies serão determinadas? Quais as faixas de concentrações dessas espécies?

- Qual informação se busca? qualitativa semiquantitativa quantitativa

- Qual o grau de exatidão necessário?

- Quais são os constituintes da matriz da amostra?

- Quais são as propriedades químicas e físicas da amostra bruta? (homogeneidade)

- Quantas amostras serão analisadas? Qual a quantidade de cada amostra disponível para análise?

Escolha do Método: Requisitos Gerais

- Precisão

- Exatidão

- Seletividade

- Sensibilidade

- Limite de detecção

- Frequência analítica

Esciolha do Método: Requisitos Especiais

- Microanálise

- Controle de produção

- Química Forense

- Variação temporal

- Especiação química (As, Hg, Cr…)

Escolha do Método: Restrições

- Custo

- Espaço laboratorial

- Infra-estrutura laboratorial

- Tempo disponível

- Habilidade do analista

Escolha do Método: Questões

- Trata-se da aplicação de um método padrão ou será necessário desenvolver ou modificar um método e demonstrar sua eficiência?

- Tratando-se da aplicação de um método padrão, o mesmo se aplica para o tipo de matriz presente na amostra?

- Quais os teores de analitos esperados nas amostras?

- Qual a exatidão e a precisão requeridas para efetivo uso dos resultados gerados?

- Trata-se de uma amostra que implica em toxicidade para o analista?

- A amostra requer algum procedimento especial de manipulação (e.g. radioativa, sensível ao ar, higroscópica)?

Escolha do Método: Questões

- Quantas replicatas são necessárias?

- Qual a quantidade de amostra necessária?

- Qual a quantidade de amostra disponível?

- Qual tipo de frasco deveria ser usado?

- As amostras devem ser preservadas?

- Qual o custo aceitável para a análise?

- Qual a urgência (real) para emissão de

resultados?

Pré-tratamento de Amostra

- Pré-tratamento da amostra inclui todos

procedimentos para o preparo da amostra no

laboratório

- Pré-tratamento depende do estado original

da amostra

- A maioria das técnicas instrumentais de

medida requer uma etapa prévia de digestão

da amostra

Pré-tratamento de Amostra

- As principais razões para o pré-tratamento de amostra são:

- Homogeneização

- Dissolução de materiais sólidos

- Separação de substâncias interferentes

- Pré-concentração de analitos

- Ph. Quevauviller, Sci. Tot. Environ.,176:141,1995.

Pré-tratamento de Amostra

- Operações preliminares de tratamento

geralmente são físicas

- Moagem

- Secagem

- Filtração

- Centrifugação

- Destilação

Preservação de Amostras

- Liofilização (meio aquoso, alimentos, resíduos)

- Irradiação (amostras biológicas) – estabilidade do analito precisa ser estabelecida

- Antioxidantes (amostras líquidas) – avalie efeitos de interferência específicos

- Anticoagulantes (sangue e amostras clínicas) – contaminação

- Autoclave (fluidos biológicos e solos) – avalie efeitos de interferência específicos

- Ácidos (água) – evite hidrólise

Preparo de Amostra: Homogeneização

- Homogeneização – visando obter uma

amostra representativa

- Etapa importante na análise da maioria dos

materiais

- Grau de homogeneidade requerido depende

predominante/e do tamanho da subamostra

- Identificação de heterogeneidades por

análises paralelas de várias subamostras do

mesmo material

Preparo de Amostra: Homogeneização

- Aspecto crítico: contaminação (amostra pode ser

mais dura que o material do dispositivo usado para

moagem)

- Reações químicas: oxidação Fe(II); perda de água

- Materiais moles:

- Moinhos de alta velocidade

- Liofilização pulverização

- Materiais duros:

- Moinhos de bolas

Engelsen & Wibetoe, Fresenius J. Anal. Chem.,366:494,2000.

Temperatura ambiente Moagem criogênica

Sequência Analítica

- Amostragem

- Moagem / homogeneização (10 min – 2 h)

- Amostra representativa

- Pesagem (3 - 5 min)

- Digestão (30 min to 48 h)

- Diluição (3 – 5 min)

- Medida (2 – 10 min)

Digestão de Amostra

Dissolução é definida como o simples processo de

dissolver uma substância em um líquido sob

temperatura relativamente baixa

O termo digestão (decomposição) se refere a um

processo mais complexo que geralmente é

conduzido sob maior temperatura e/ou sob maior

pressão com a ajuda de reagentes e dispositivos

especiais.

Digestão de Amostra

Biológica

C2H4 + 12 HNO3 Δ 12 NO2↑ + 8 H2O + 2 CO2↑

Geológica

SiO2 + 4 HF Δ 2 H2O + SiF4↑

Metais

Cu + 2 HCl Δ H2↑ + Cu2+ + 2 Cl-

Digestão de Amostra

“A digestão de amostra desempenha uma

papel central na maioria dos processos

analíticos, mas não é frequentemente

reconhecida como uma etapa importante

em química analítica, com atenção especial

sendo direcionada para a etapa de

determinação.”

H. Matusiewicz, Wet digestion Methods, In: Z. Mester and R.E.

Sturgeon, Eds., Sample Preparation for Trace Element

Analysis. Elsevier, 2003.

Digestão de Amostra

1. Digestão por via úmida

2. Combustão

3. Fusão

Digestão de Amostra

1. Digestão por via úmida

1.1. Sistemas abertos

1.2. Sistemas fechados

2. Combustão

2.1. Sistemas abertos

2.2. Sistemas fechados

2.3. Sistemas dinâmicos

3. Fusão

Digestão de Amostra

1. Digestão por via úmida

1.1. Sistemas abertos

1.2. Sistemas fechados

com aquecimento convencional

com aquecimento assistido por radiação micro-ondas

2. Combustão

2.1. Sistemas abertos

Via seca

Combustão sob baixa temperatura

2.2. Sistemas fechados

Combustão em frasco fechado

com aquecimento convencional

com aquecimento assistido por radiação micro-ondas

2.3. Sistemas dinâmicos

3. Fusão

com aquecimento convencional

com aquecimento assistido por radiação micro-ondas

Preparo de Amostra – Ideal

Segurança

Multi-elementar

Frequência analítica (tempo)

Volume do digerido? Reagentes? Custo?

Resíduos? (Química Verde)

Experiência do analista

Baixa acidez residual

Baixo conteúdo de sólidos dissolvidos

Baixo teor de carbono residual (RCC)

Efeito do Teor de Carbono Residual

sobre Determinações Analíticas

1. ICP-MS Interferência poliatômica: e.g. 52Cr+ (12C40Ar+) e 53Cr+ (13C40Ar+)

2. HGAAS: As e Se (elevado sinal de fundo e supressão de sinal)

3. Polarografia: Supressão de sinal de Cd e Pb

4. Digestão incompleta pode diminuir a liberação do analito da matriz

A etapa de pré-tratamento pode

afetar…

- A exatidão e confiabilidade do resultado.

- A quantidade total de tempo e esforço

envolvidos na execução da análise. Muitos

métodos instrumentais de análise requerem

pré-tratamento de amostra mais simples que

os métodos clássicos.

Avaliação de um procedimento de digestão

- Perda de analitos (As, Hg, S, Se, I)

- Contaminação (adsorção, dessorção)

- Eficiência de digestão (teor de carbono residual –

RCC)

- Tempo

- Energia necessária

- Trabalho requerido

- Frequência analítica

- Automação

Preparo de Amostra – Desafios Críticos

- Frequência analítica

- Procedimentos gerais

- Reagentes: propriedades, compatibilidade com

técnica instrumental, pureza, segurança e custo

- Análise de Traços

- 1 ppb = 1 µg / L 1 s em 31,7 anos

- Análise de especiação

- Castanha do Pará

- Elevados teores de Se

- Elevados teores de Ba

- Formas químicas?