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Aula S16:
Monitoração Ambiental e
Análise Química
Prof. Rafael Arromba de Sousa
Departamento de Química – UFJF
www.ufjf.br/baccan - [email protected]
QUÍMICA ANALÍTICA AMBIENTAL1º período de 2014
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Lembrando a Aula S01...
OS POLUENTES MAIS COMUNS
Podem ser espécies orgânicas, inorgânicas e organometálicos
Em alguns casos, o aumento da sua concentração é que indica
poluição pelas atividades antrópicas
Importância da monitoração ambiental
(Análises químicas em amostras “ambientais”)
QUÍMICOS: saber como determiná-los...
Várias possibilidades
Técnicas instrumentais devem ser preferidas
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Figura 1 – Sonda multiparâmetro para
leitura simultânea de parâmetros (pH,
oxigênio dissolvido, condutividade elétrica,
temperatura, turbidez) que medem a
qualidade de águas superficiais em rios,
lagoas, represas e de águas subterrâneas.
PODEMOS FALAR EM “QUÍMICA ANALÍTICA AMBIENTAL”
Portabilidade de equipamentos –
característica importante e desejável
Métodos eletroquímicos mostram-se adequados
Preparo de amostra (geralmente) requerido é uma desvantagem
no caso das demais análises
Figura 2 – Equipamento de fluorescência de raios-x (FRX)
portátil* para determinação simultânea de elementos químicos
(principalmente metais) em amostras sólidas.
A QUÍMICA ANALÍTICA AMBIENTAL ...
Portabilidade de equipamentos –
característica importante e desejável
Determinações inorgânicas (resíduos sólidos)
Detectabilidade da FRX: mg kg-1 – mg g-1
(dependo do elemento e condições instrumentais)
(*) FONTE: http://www.anacomci.com.br/produtos.php?pagina=produtos&produto=66, acessada 05-05-13.
(A) Efeito Fotoelétrico; (B) Emissão de Raios-X característicos provenientes de transições eletrônicas subseqüentes
A QUÍMICA ANALÍTICA AMBIENTAL ...
Portabilidade de equipamentos –
princípio da técnica de FRX
** Este slide foi retirado do material didático da disciplina QP812, preparado pela
Prfa. Dra. Maria Izabel M. Silveira (IQ- UNICAMP)
Figura 3 – Equipamento de LIBS* – laser
induced breakdown spectroscopy
(espectroscopia de emissão óptica
induzida por laser) portátil* para
determinação simultânea de elementos
químicos (principalmente metais) em
amostras sólidas.
A QUÍMICA ANALÍTICA AMBIENTAL ...
Portabilidade de equipamentos –
característica importante e desejável
Determinações inorgânicas em amostras sólidas
(materiais “líquidos” (úmidos))
Detectabilidade comparável à FRX
Facilidade para trabalhos de prospecção ambiental
(*) FONTE: http://www.anacomci.com.br/produtos.php?pagina=produtos&produto=10 , acessado em 05-05-13.
Protótipo do “Los Alamos National Laboratory”.
Figura 4 – Cromatógrafo portátil* sendo
utilizado para medidas de VOCs pela CETESB.
A QUÍMICA ANALÍTICA AMBIENTAL ...
Portabilidade de equipamentos –
característica importante e desejável
(*) FONTE:
http://www.cetesb.sp.gov.br/gerenciamento-de-riscos/emergencias-quimicas/84-cromatografo-a-gas-portatil, acessado 05-05-13.
“CROMATOGRAFIA GASOSA”
TÉCNICA MUITO IMPORTANTE EM QAA
Vários fabricantes de cromatógrafos portáteis:
Agilent Tecnologies, Eletronic Sensor Tecnology, O. I. Analytical, Torion Tecnologies,
Photovac Inc. ...
A QUÍMICA ANALÍTICA AMBIENTAL ...
Portabilidade de equipamentos –
característica importante e desejável
“CROMATOGRAFIA GASOSA”
TÉCNICA MUITO IMPORTANTE EM QAA
Alguns fabricante s de cromatógrafos portáteis:
Agilent Tecnologies, Bruker, Eletronic Sensor Tecnology, Inficon, O. I. Analytical,
Torion Tecnologies, Photovac Inc. ...
Cromatógrafos portáteis apresentam algumas desvantagens...
Precisão inferior
Limitações técnicas
(capacidade do reservatório de gases e o dispositivo de bateria)
A maioria das análises não pode ser feita em campo ...
Muitos analitos precisam sofrer transformações químicas e passar por métodos de
purificação para tornar possível a sua determinação
SE a técnica analítica não consegue medir o analito por estar ele em concentração
muito baixa na matriz
Pré-concentração do analito
Uso de técnicas mais sensíveis (geralmente não portáteis)
AMOSTRAGEM ADEQUADA
A condição fundamental de uma amostra é que ela deve retratar o mais
próximo possível o meio do qual ela foi retirada
A QUÍMICA ANALÍTICA AMBIENTAL ...
Portabilidade de equipamentos
Característica importante e desejável
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Muitos métodos já estabelecidos (podem ser aplicados)
Demandas por novos métodos- Caso dos “poluentes emergentes”- Otimização de métodos para preparo de amostra
Exemplo-
MÉTODOS ANALÍTICOS EM QUÍMICA AMBIENTAL
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Exemplo- Analytica Chimica Acta 659 (2010) 186-193
ALGUNS ASPECTOS EXPERIMENTAIS
Estudou-se o desempenho da extração sólido-líquido sobre pressão
- Empregou material de referência certificado (preocupação com a validação)
- A extração com Soxhlet foi usada como referência para avaliar os resultados
- Realizou as análises por GC-MS
RESULTADOS RELEVANTES
O aumento da T melhora a eficiência da extração para a maioria dos analitos
À 200 oC houve degradação parcial de alguns dibenzofuranos clorados
O desempenho do método pode variar se aplicado a amostras de solo
MÉTODOS ANALÍTICOS EM QUÍMICA AMBIENTAL
1. Extração líquido-líquido
Baseada na diferença de solubilidade entre duas substâncias em relaçãoA DOIS SOLVENTES, geralmente água e um solvente orgânico
OCORRE transferência de um soluto (A) de uma fase para a outra
- Técnica simples- Temperatura ambiente- A substância separada ainda pode ser tratada (purificada, pré-concentrada, etc)
funil de separação
Sistema DESCONTÍNUO(batelada)
MÉTODOS ANALÍTICOS EM QUÍMICA AMBIENTAL –Alguns métodos para preparo de amostra
Uso: separação e purificação de substâncias
Substâncias mais polares ou iônicas fase aquosaSubstâncias mais apolares fase orgânica
Escolha do solvente:
Coeficiente de partição (Coeficiente de distribuição, KD)
É a constante de equilíbrio para a solubilidade de um composto em um solvente “1” em relação a um solvente “2”:
KD= C 1 / C 2
C1 e C2 são as solubilidades, NO EQUILÍBRIO, do composto nos solventes “1” e “2”
Número alto de KD:grande parte do soluto irá ser transferida para o solvente “1”
Eficiência da extração (KD): Lei da distribuição de Nernst
Mesmo em casos onde KD é bastante alto, é mais eficiente se realizar sucessivas
extrações usando volumes pequenos, em vez de uma única extração
com um volume maior
Extração líquido-líquido de espécies inorgânicas (metais)
Formação de quelatos metálicos(atentar para o pH do meio durante à extração)
Extração de vários metais dependendo do quelante e das condições experimentais:
Acetilcetona (quelante) + CCl4 (solvente)
(Al, Be, Ce, Co(III), Ga, In, Fe...)
Outros exemplos de quelantes:Cupferron, difeniltiocarbazona, dietilditiocarbamato de sódio...
Aplicações
2. Extração sólido-líquido para substâncias orgânicas no sólidoExtração Sólido-líquido para substâncias inorgânicas no sólido (mais efetiva)
Soluto + solvente
Solvente destiladoem contato com a AMOSTRA
Extrator de Soxhlet:
Uma das fases é um sólido, onde se encontra o solutoUma ou mais substâncias vão passar para a fase líquida
Ex cotidiano: Preparação de bebidas como chá e café
Sistema CONTÍNUO
Ex. indústria: análise inorgânica de solos e fertilizantes (elementos minerais e ânions)
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 e a Análise Química
AAS
ICP OES
ICP-MS
HPLC
GC
CE
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Análise Química Ambiental:
Algumas técnicas instrumentais
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Separação:LC (LC-MS)
CI GC (GC-MS)CE (CE-MS)
Espectroscópicas:FRXLIBSAAS
ICP OES (ICP-MS)
Metais espectroscopia e eletroquímica
Espécies orgânicas separações e eletroquímica
Ânions inorgânicos separação (CI e CE) eeletroquímica
Técnicas eletroquímicas
(em menor extensão)
Potenciometria
Voltametria
Análise Química Ambiental:
Técnicas instrumentais e o Preparo das amostras
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Técnicas espectroscópicas e eletroquímicas
PREPARO DE AMOSTRA
Extração
semelhante ao dos métodos de separação
Decomposição (parcial ou total da amostra)
para disponibilizar o analito em solução
Vários métodos, que combinam diferentes recursos:- (Pré-tratamento) secagem, moagem, peneiração, filtração
- (Tratamento) aquecimento, agitação (mecânica ou por US), reagentesácidos e/ou alcalinos DIGESTÃO DE AMOSTRA
- Métodos específicos para as análises de especiação (preservar a formaquímica do analito)
Bibliografia Consultada
1- BAIRD, C. Química Ambiental, São Paulo, Bookman, 2ª ed., 2005.
2- BJÖRKLUND, E.; NILSSON, T. Pressurized liquid extraction of persistent organic pollutants inenvironmental analysis, Trends Anal. Chem 19 (2000) 434.
3- ZHANG, C. Fundamentals of Environmental Sampling and Analysis, New Jersey, Wiley & Sons, 2007.
4 - Santos, F. J., Galceran, M. T. The Application of Gas Chromatography to Environmental Analysis,Trend Anal. Chem. 21 (2002) 672.
5- HARRIS, C. M. GC to Go, Today´s Chemist at Work, march 2003, 33.
6- Ohweiler, O. A., Química Analítica Quantitativa, vol. 1, 2ª Ed, Livros Técnicose Científicos Editora: Rio de Janeiro,1980.
7- Jeffery, G. H. e col, Vogel – Análise Química Quantitativa, 5ª Ed, Livros Técnicos e Científicos Editora:Rio de Janeiro, 1992.
8- Atkins, P. W., Physical Chemistry, 6th Ed, Oxford University Press:Oxford, 1998.
9- Harries, D. C., Análise Química Quantitativa, 7ª Ed, Livros Técnicose Científicos Editora: Rio de Janeiro, 2008.
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