Resumo

No presente estudo, um rápido, simples e eficiente método analítico usando a calibração por

ajuste de matriz (solução aquosa com 40% v/v em etanol) foi proposto para determinação de

cobre e zinco em cachaça por espectrometria de absorção atômica com chama. O método foi

aplicado para determinar ambos metais em 52 amostras de cachaça provenientes de produtores

da região do Vale do Jequitinhonha, Estado de Minas Gerais, Brasil. Para ambos metais estudados,

as curvas de calibração por ajuste de matriz apresentaram coeficientes de correlação linear

maiores que 0,999. Estudos de recuperação das amostras contaminadas com 0,5, 2,0 e 4,0mg/

L de cobre e 0,1, 0,2 e 0,4mg/L de zinco, mostraram resultados na faixa de 86,2 a 126,3%

para Cu e de 87,0 a 96,5 para Zn, o que indicou uma apropriada exatidão do método de

calibração usado. Os limites de detecção para Cu e Zn foram 0,06 e 0,006mg/L, respectivamente.

Em todas as amostras analisadas, a concentração situou-se entre não-detectável para ambos

metais, e 21,83mg/L para Cu e 3,64mg/L para Zn, enquanto que os desvios padrão relativos

(RSDs) variaram de 0,32 a 9,82% e de 0,36 a 4,98% para Cu e Zn, respectivamente.

Palavras-chave: cachaça, espectrometria de absorção atômica com chama, ajuste de matriz,

cobre e zinco

Summary

In the present study the matrix matching calibration (aqueous solutions with 40% v/v in ethanol)

was proposed as a fast method to determine copper and zinc in Brazilian sugar cane spirit,

cachaça, by flame atomic absorption spectrometry. The method was applied for determinate of

both metals in 53 homemade samples of cachaças from Jequitinhonha’s High Valley producers,

Minas Gerais State, Brazil. For both metals, matrix matching calibration curves presented a r

higher than 0.999. Recovery studies of the samples spiked with 0.5, 2.0 and 4.0mg/L for

copper and 0.1, 0.2 and 0.4mg/L for zinc, showing results ranging from 86.2 to 126.3% for the

former and 87.0 and 96.5% for the latter metals, which indicates an appropriate accuracy of

the calibration methodology. The detection limits for Cu and Zn were 0.06 and 0.006mg/L,

respectively. In all analyzed samples, the concentration situated from non detectable, for both

metals, to 21.83mg/L for copper and to 3.64mg/L for zinc, while the standard deviations (RSDs)

varied from 0.32 to 9.82% and from 0.36 to 4.98% for Cu and Zn, respectively.

Keywords: Brazilian cane spirit, cachaça, flame atomic absorption spectrometry, matrix matching,

copper, zinc

Frederico Garcia Pinto1,

Sandra Simões Rocha1,

Marcus H. Canuto2,

Helmuth G. L. Siebald1 e

José Bento Borba da Silva1*

1Depto. de Química,

Universidade Federal de

Minas Gerais

Av. Antônio Carlos, 6627

CEP 31270-901. Belo

Horizonte. MG

2Depto. de Ciências Básicas,

Faculdades Federais

Integradas de Diamantina

(FAFEID)

R. da Glória, 152

CEP 39100-187. Diamantina.

MG

1*Autor para correspondência:

Caixa Postal 702

Fone: (31) 3499-5750

Fax: (31) 3499-5700

E-mail: bentojb@terra.com.br

DETERMINAÇÃO DE COBRE E ZINCO EM CACHAÇA

POR ESPECTROMETRIA DE ABSORÇÃO ATÔMICA

COM CHAMA USANDO CALIBRAÇÃO POR AJUSTE

DE MATRIZ

Introdução

Devido à complexidade da composição química da cachaça

assim como de outras bebidas destiladas, as análises químicas

dessas matrizes podem ser divididas, para um estudo sistemático,

em duas porções: os perfis inorgânico e orgânico. A fração inorgânica

é constituída principalmente por íons metálicos: Al, Cd, Pb, Co, Cu,

Cr, Sn, Fe, Li, Mg, Mn, Hg, Ni, K, Na e Zn e espécies catiônicas não

metálicas como As. Apesar da grande variedade de metais

encontrados na cachaça, os constituintes orgânicos são muito mais

conhecidos e estudados. Infelizmente, a completa composição

química ainda é desconhecida. Entretanto, é claro que a composição

da cachaça é extremamente dependente da metodologia empregada

assim como da área de origem da cana-de-açúcar (1).

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ARTIGO

Revista Analytica•Junho/Julho 2005•Nº17

A presença de cobre é importante durante o processo de

produção da cachaça, desde que ele catalise reações onde

componentes indesejáveis são removidos. Entretanto, a maioria

dos processos de destilação são muito primitivos, o que não

evita a presença de Cu no produto final. Dependendo da

concentração, este metal pode causar vômitos, irritação

gastrintestinal, diarréia, convulsões e sérias disfunções hepáticas.

O cobre é o único metal cuja concentração é controlada pela

legislação brasileira (2), que situa-se em um limite de 5mg/L.

Zinco em concentração maior que 5mg/L pode causar depressão

do sistema imunológico e sintomas gástricos (2).

Os principais métodos mencionados na literatura para

determinação de Cu e Zn em cachaça envolve o uso de Voltametria

de Redissolução Anódica (ASV) e métodos correlacionados,

espectrometria de absorção atômica (AAS), espectrofotometria

molecular no UV-VIS, entre outras. Barbeira et al (3) usaram a

técnica de ASV com eletrodo de mercúrio para determinação de

pequenas quantidades de Zn, Pb e As em cachaças de diferentes

fontes: comercial, maturadas em tonéis e artesanal. As medidas

foram feitas diretamente nas amostras sem tratamento prévio e

na ausência de eletrólito suportado. Após eletrodeposição, foi

usada voltametria de varredura linear com baixas razões de leitura

para medidas de corrente. Agnihotri et al (4), empregaram um

método fotométrico para análise de Cu com 1-(2-pyridilazo)-2-

naphtol (PAN) na presença de surfactante natural, Triton X-100.

O limite de detecção de Cu foi de 0,4mg/L e a lei de Beer é

obedecida entre 0,4 e 4,00mg/L do analito. De acordo com os

autores, os resultados obtidos foram concordantes com aqueles

obtidos usando AAS. Uma alternativa, altamente seletiva para

análise de Cu em bebidas alcoólicas foi proposta usando

espectroscopia EPR. De acordo com os autores, o método é

simples, não destrutivo, rápido e pode ser usado para

concentrações abaixo de 100µg/L e tem uma exatidão média de

98,7 % (5). Outro método usando ASV descreve a determinação

in natura de íons cobre em bebidas destiladas alcoólicas sem

tratamento prévio ou adição de eletrólito suportado, usando um

eletrodo de carbono. A confiabilidade do método foi testada

comparando os resultados com ASV, com um eletrodo de

mercúrio, e AAS dando diferenças de cerca de 7%. O método

permite a determinação do íon cobre na faixa de concentração

em µg/L (6). Ijeri e Srivastava (7) investigaram a viabilidade da

construção de um eletrodo quimicamente modificado (CMEs)

sensível a cobre para análises de traço em soluções aquosas

contendo 40% v/v de etanol. Com 3% de benzo-15-crown-5

CME, Cu pôde ser quantificado a níveis de sub-mg/L por

voltametria de pulso diferencial com limite de detecção de

0,05µg/L. O método foi satisfatoriamente aplicado a amostras

de bebidas alcoólicas comerciais. Em outro trabalho (8), foi

mostrada uma forma versátil e sensível para a quantificação de

cobre por análise pontenciométrica usando eletrodos de ouro

obtidos de discos compactos graváveis (CDs). O eletrodo de ouro

desenvolvido foi usado para a análise de cobre em amostras de

cachaça e água de torneira. O limite de detecção foi de 30ng/L

(com tempo de deposição de 600 segundos). Honorato et al.

(9), compararam o uso das calibrações aquosa e por adição do

analito para a determinação de cobre em cachaça por AAS com

atomização com chama. O uso da técnica de adição do analito

mostrou-se ser a mais apropriada metodologia.

Neste trabalho, o método de calibração por ajuste de matriz

(curva de calibração aquosa com 40% v/v de etanol) foi

investigado para a determinação de cobre e zinco por

espectrometria de absorção atômica com chama (FAAS).

Experimental

Instrumentação

As medidas de absorvância (altura de pico) foram obtidas

em um espectrômetro de absorção atômica Hitachi Z-8200

(Mitorika, Ibaraki, Japão) com correção de fundo por efeito

Zeeman polarizado. Lâmpadas de catodo oco para Cu e Zn ambas

da Hitachi (no 208-2011 e no 208-2034, respectivamente)

operando a 10mA foram usadas. Os principais parâmetros

operacionais do equipamento foram otimizados pela leitura de

uma solução de mg/L de cobre em 40% v/v de etanol em água

deioinzada. Sobre outros parâmetros do equipamento, condições

recomendadas pelo fabricante foram empregadas. Para cobre,

as condições otimizadas foram: comprimento de onda de

324,8nm, largura da fenda de 1,3nm, altura do queimador de

7,5mm, vazão do gás oxidante de 15L/min e do combustível de

2,2L/min (ar-acetileno). Para zinco, as condições foram:

comprimento de onda de 213,9nm, largura da fenda de 1,3nm,

Tabela 1. Recuperações de cachaças artificialmente

contaminadas com cobre

0,5

2,0

4,0

0,5

2,0

4,0

0,43

2,05

4,21

0,46

1,96

4,38

86,2

102,4

105,3

92,0

98,0

109,5

4,46

5,19

0,35

0,00

1,28

0,15

Amostra 2

Esperado (mg/L) Determinado (mg/L) Recuperação, % RSD (n=3)

Amostra 1

Tabela 2. Recuperações de cachaças contaminadas com Zinco

Esperado (mg/L-1) Determinado (mg/L-1) Recuperação, % RSD (n=3)

0,1

0,2

0,3

0,1

0,2

0,3

0,091

0,191

0,299

0,087

0,193

0,301

91,0

95,5

99,7

87,0

96,5

100,3

3,38

4,75

2,08

3,38

1,23

2,75

Sample 2

Sample 1

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altura do queimador de 7.5mm, vazões do oxidante de 15L/min

e do combustível de 2,0L/min (ar-acetileno).

Reagentes e materiais

Todos os reagentes foram de grau analítico e foram usados

sem a necessidade de purificação. Água deionizada (18,2MΩcm) de uma sistema Milli-Q (Millipore, Bedford, MA, USA) foi

usada em todos os experimentos. O etanol usado para o preparo

das curvas de calibração por ajuste de matriz foi da Synth (São

Paulo, Brasil no A1084.01-BJ). Soluções padrão de cobre foram

preparadas a partir de uma solução estoque de 1000mg/L da

Carlo Erba (Val de Revie, França, no 475151). Soluções padrão

de zinco (1000mg/L) foram da Carlo Erba (no 493151).

Amostras

Para obtenção de uma amostragem confiável, as amostras

foram coletadas de regiões selecionadas no Alto Vale do

Jequitinhonha (Estado de Minas Gerais, Brasil). Estas amostras

foram escolhidas levando-se em conta a aceitação dos

consumidores, produtor e tradição regional. Quatro amostras de

cada marca foram coletadas. No total, cinqüenta e duas cachaças

de diferentes produtores foram analisadas.

Metodologia Analítica

Múltiplas adições de volume constante (10,0mL) foram

empregadas em todas as determinações. Aspiração direta da amostra

foi empregada por apresentar vantagens bem conhecidas

(simplicidade, velocidade e exatidão). As soluções padrão de Zn e

Cu foram recém preparadas por adequada diluição das respectivas

soluções estoque e usadas para a preparação das curvas de

calibração. As concentrações dessas soluções foram dependentes

da ocorrência de cada cátion analisado nas amostras. As curvas de

calibração por ajuste de matriz foram preparadas para cobre e zinco

em soluções aquosas contento 40 % v/v de etanol (grau alcoólico

médio em cachaça é 40% v/v). A faixa da curva de calibração para

cobre foi de 0 a 5mg/L, enquanto para zinco, ela situou-se de 0 a

4mg/L. Os valores reportados de Cu e Zn em cada amostra foram os

valores médios das quatro independentes determinações cuja

concordância foi melhor que 97%.

Resultados e Discussão

Curvas de calibração por ajuste de matriz para ambos metais

apresentaram r maiores que 0,999. O estudo de recuperação

para cobre e zinco com duas amostras de cachaça contaminadas

com três diferentes concentrações é mostrado nas Tabelas 1 e

2, respectivamente. Como pode ser observado nas tabelas, as

recuperações foram próximas de 100% mostrando a boa exatidão

da metodologia proposta.

Os limites de detecção (k = 3, n = 10) foram de 0,06mg/L

para cobre e 0,006mg/L para zinco. 52 amostras de cachaças

artesanais de produtores do Alto Vale do Jequitinhonha, Estado

de Minas, Brasil, foram analisadas e os resultados obtidos para

cobre encontraram-se entre não-detectável e 21,3mg/L.

Das 52 amostras analisadas, 18 excederam o limite permitido

pela legislação brasileira. Os desvios padrão relativos (RSDs)

para todas as análises feitas em quadruplicatas encontraram-se

na faixa de 0,32 a 9,82%. Para zinco, os valores obtidos

situaram-se entre não-detectável a 3,64mg/L, que é menor do

que o limite recomendado (2). Os RSDs para todas as análises

variaram entre 0,36 a 4,89%. A determinação dos metais cobre

e zinco em bebidas alcoólicas é particularmente importante devido

a toxicidade, principalmente considerando o alto consumo de

cachaça no Brasil, praticamente em todos os Estados e

especialmente no Estado de Minas Gerais.

Conclusões

Para o exposto pode ser concluído que cobre e zinco podem

ser determinados com boa exatidão e precisão em amostras de

cachaça por F AAS usando calibração por ajuste de matriz sem

digestão ou individual calibração por adição do analito. Dezoito

das cinqüenta e duas amostras analisadas mostraram valores

maiores que permitido pela legislação brasileira para cobre, e a

falta de cuidado na limpeza após o processo de destilação é

provavelmente a principal causa para estas altas concentrações

de Cu encontradas em 19% das amostras analisadas. Para Zn

os níveis encontrados foram aceitáveis pela legislação brasileira.

Agradecimentos

Os autores são grandemente agradecidos pelo PRPq (UFMG),

CNPq e CAPES (programa MINTER) pelo suporte financeiro.

Referências

Siebald HGL, Canuto MH, Lima GM, Silva JBB. Informe

Agropecuário, 23, 217, 2002.

Brasil. Ministério da Agricultura. Portaria nº. 371, 1974.

Diário Oficial da República Federativa do Brasil, Brasília,

17, julho, 1974.

Barbeira PJ, Mazo LH, Stradiotto NR, Analyst, 120, 1647,

1995.

Agnihotri NK, Singh VK, Singh HB. Talanta, 45, 331,

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McGarvey BR, Schultz MS, Vasconcellos LCG, Bezerra

CWB, Franco D W. Anal. Letters, 32, 761, 1999.

Barbeira PJ, Stradiotto NR. Anal. Letters, 32, 2071, 1999.

Ijeri VS, Srivastava AK. Fresenius J Anal. Chem, 367, 373,

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