implementação de novas metodologias de...
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Dissertação de Mestrado
Mestrado Integrado em Engenharia Biológica
Ramo Tecnologia Química e Alimentar
Trabalho Efetuado sob a orientação do
Professor Doutor José Maria Marques Oliveira e Mestre Sofia Oliveira
Sandra Cristina Martins Fernandes
IMPLEMENTAÇÃO DE NOVASMETODOLOGIAS DE ENSAIO
Outubro de 2015
Universidade do MinhoEscola de Engenharia
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DECLARAÇÃO
Nome: Sandra Cristina Martins Fernandes
Título da dissertação: Implementação de Novas Metodologias de Ensaio
Orientador:
Professor Doutor José Maria Marques Oliveira
Mestre Sofia Oliveira
Ano de conclusão: 2015
Mestrado Integrado em Engenharia Biológica
Ramo Tecnologia Química e Alimentar
DE ACORDO COM A LEGISLAÇÃO EM VIGOR, NÃO É PERMITIDA A REPRODUÇÃO DE QUALQUER
PARTE DESTA TESE/TRABALHO.
Universidade do Minho, _____/_____/_________
Assinatura:
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Agradecimentos
A realização deste projeto foi possível devido a um conjunto de pessoas que, direta e indiretamente,
me ajudaram ao longo destes meses, tanto a nível pessoal, como a nível profissional, e de maneira alguma
podia passar sem lhes mostrar todo o meu respeito, admiração e agradecimento.
Em primeiro lugar, agradeço ao meu Orientador na Universidade, Professor Doutor José Maria
Oliveira, pela disponibilidade, pela grande ajuda e enorme paciência prestada durante a realização e
desenvolvimento do projeto, bem como nos meses seguintes, ajudando no desenvolvimento da
dissertação. Agradeço também aos técnicos auxiliares dos laboratórios da Universidade do Minho por toda
paciência e ajuda.
Agradeço à minha Orientadora na empresa, Mestre Sofia Oliveira, por toda a disponibilidade, auxílio
e ensinamentos, bem como a todos os trabalhadores da RNM, principalmente à Teresa Pinto.
Agradeço imenso aos meus amigos, os manos e as manas, pelo companheirismo e cumplicidade,
em especial à Diane, por me ter aturado e ouvido durante todos os meses e como não poderia deixar de
ser, ao meu Ricardo, agradeço por tudo.
Por último, mas sempre em primeiro, agradeço à minha FAMÍLIA! Aos meus Pais, José e Ema, por
tudo o que proporcionaram ao longo da vida, porque sem eles, não estaria aqui nem tinha chegado onde
cheguei. E, como não poderia deixar de ser, ao meu irmão, Eduardo. UM MUITO OBRIGADA!!!
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Resumo:
O crescimento e desenvolvimento da empresa RNM nos últimos anos exigiu o aumento do
número de procedimentos de análise dos produtos, que acompanhasse o aumento de produtos
comercializados. Posto isto, este projeto teve como principal objetivo a implementação de um novo
procedimento de análise, a determinação da pureza do ácido fosfórico comercial, bem como o
controlo da qualidade da produção e das matérias-primas. Para além dos produtos e das matérias-
-primas diariamente analisados, os produtos que exigiram uma análise mais detalhada foram o
ácido fosfórico comercial e a glicerina vegetal USP.
De forma a analisar uma solução de ácido fosfórico que chegou à empresa e que se
apresentava em dois estados, estado sólido e estado líquido, procedeu-se à análise das massas
volúmicas de uma amostra de cada fase, que permitiu determinar as respetivas concentrações. A
glicerina USP, após sofrer uma contaminação nas instalações da empresa, foi analisada por HPLC,
através da análise do índice de refração e da massa volúmica. O método tritrimétrico para a análise
da concentração das soluções de ácido fosfórico implementado na rotina laboratorial utiliza como
titulante uma solução de hidróxido de sódio de 0.1 mol/L e como indicador, uma solução
indicadora de timolftaleína. A sua implementação exigiu uma validação, tendo sido analisados os
parâmetros dos limiares analíticos, da seletividade/especificidade, da sensibilidade, da precisão e
da exatidão do método.
Após a análise da massa volúmica das amostras de ácido fosfórico confirmou-se que a
amostra em estado líquido apresentava um teor de ácido fosfórico de 81.21 %, enquanto a amostra
sólida, apresentava uma concentração de 88.98 % em ácido fosfórico. Uma vez que a temperatura
de congelamento aumenta com o teor de ácido fosfórico na amostra, as duas fases presentes no
produto devem-se ao fato da temperatura de transporte não ter sido mantida acima do ponto de
congelamento do produto. A análise às amostras de glicerina contaminada e decantada, obtida
após a remoção do contaminante, permitiu afirmar que a primeira, por conter um teor de glicerol
de 96.12 % não poderia ser classificada como USP. No entanto, a análise da amostra decantada
mostrou que esta podia ser classificada como produto USP, uma vez que apresentava uma pureza
de 99.78 %. O produto encontrava-se em conformidade com as especificações do cliente.
O método para determinar a pureza de uma solução de ácido fosfórico foi implementado com
sucesso, uma vez que foi validado para todos os parâmetros estudados.
Palavras-chave: ácido fosfórico, glicerina USP, controlo da qualidade, implementação, validação
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Abstract:
The growth and development of the company RNM over the last years demand an increase in
the number of procedures of analysis of the products which matched the increase of marketed
products. Therefore, this project had as main objective the implementation of a new procedure for
analysis and the determination of the purity of the commercial phosphoric acid, as well the control
of the quality of production and of the raw materials. In addition to products and raw materials
daily analyzed, the products that demand a more detailed analysis were the commercial phosphoric
acid and the glycerin USP.
In order to analyse a solution of phosphoric acid that arrived to the company and presented
itself in two states, solid state and liquid state, it was done an analysis of the densities of a sample
of each fase that allowed the determination of their concentrations. The glycerin USP, after suffering
a contamination, was analyzed by HPLC, through analysis of the index of refraction and density.
The tritrimetric method of analysis of the concentration of the phosphoric acid solutions
implemented in laboratory routine use as titrant a 0.1 mol/L sodium hydroxide solution and as an
indicator a thymolphtalein indicator solution. Its implementation demanded a validation, having
been analyzed the parameters of the analytical thresholds, selectivity/specificity, sensitivity, the
accuracy and precision of the method.
After the density analyzes of samples of phosphoric acid has confirmed that the sample in
liquid state presented as phosphoric acid content of 81.21 %, while the solid sample, after the
thawed and analyzed, showed a concentration of 88.21 % in phosphoric acid. Since the freezing
point increases with the phosphoric acid content of the sample, the two phases present in the
product are due to the fact that the temperature of transport wasn’t above of the freezing point of
the product. The analysis of samples of glycerin contaminated and decanted, obtained after the
removal of the contaminant, allowed to say that the first, because it contain a content of glycerol
of 96.12 % could not be classified as USP. However, the analysis of the sample decanted showed
that this could be classified as product USP, once it presented a purity of 99.78 %. The product
was in accordance with customer specifications.
The method for determining the purity of a phosphoric acid solution has been successfully
implemented, once was validated for all the studied parameters.
Keywords: phosphoric acid, glycerin USP, quality control, implementation, validation
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Índice
Agradecimentos ........................................................................................................................ iii
Resumo ................................................................................................................................... vii
Abstract: ................................................................................................................................... ix
Lista de Figuras ....................................................................................................................... xiii
Lista de Tabelas ...................................................................................................................... xv
Lista de Abreviaturas, Siglas e Acrónimos................................................................................ xvii
Capítulo I - Introdução............................................................................................................... 1
Motivação e Objetivos .................................................................................................... 1
Apresentação da Empresa ............................................................................................. 2
Capítulo II - Revisão Bibliográfica ............................................................................................... 3
Indústria Química .......................................................................................................... 3
3.1. Química Analítica ................................................................................................... 3
3.2. Análise Química como um Processo Integral .......................................................... 9
Controlo da Qualidade ................................................................................................. 11
4.1. Controlo da Qualidade em Análises Químicas ....................................................... 11
4.2. Controlo da Qualidade na Implementação e Validação de Métodos de Ensaio ....... 13
4.3. Estimativas da incerteza das medições ................................................................ 31
Capítulo III - Matérias-Primas e Produtos ................................................................................. 35
Descrição das Matérias-Primas e Produtos Comercializados na Empresa ..................... 35
5.1. Ácido Fosfórico .................................................................................................... 35
5.2. Glicerina USP Vegetal .......................................................................................... 36
5.3. Coagulante/Floculante ........................................................................................ 37
5.4. Diluentes ............................................................................................................. 37
5.5. Hidróxido de sódio ............................................................................................... 38
xii
5.6. Hipoclorito de sódio ............................................................................................. 38
5.7. Peróxido de Hidrogénio ........................................................................................ 38
5.8. Produtos de Detergência ...................................................................................... 38
Capítulo IV - Metodologia ........................................................................................................ 41
Controlo da Qualidade das Matérias-Primas e da Produção .......................................... 41
6.1. Ácido Fosfórico Comercial .................................................................................... 41
6.2. Glicerina USP Vegetal .......................................................................................... 41
Controlo da Qualidade na Implementação de Métodos de Ensaio ................................. 42
Capítulo V - Apresentação e Discussão De Resultados ............................................................. 47
Controlo da Qualidade dos Produtos e Matérias-Primas................................................ 47
Ácido Fosfórico .................................................................................................... 47
Glicerina USP Vegetal .......................................................................................... 48
Controlo da Qualidade na Implementação e Validação de Métodos de Ensaio ............... 52
9.1. Determinação da Concentração do Ácido Fosfórico Comercial .............................. 52
Capítulo VI - Conclusões ......................................................................................................... 63
Bibliografia ............................................................................................................................. 65
Anexos ................................................................................................................................... 67
Anexo I: Ácido Fosfórico Comercial ................................................................................ 69
Anexo II: Glicerina USP ................................................................................................. 72
Anexo III: Implementação do Novo Método de Análise do Ácido Fosfórico....................... 76
Anexo IV: Procedimentos Experimentais Realizados na Empresa .................................... 82
Anexo V: Observações Experimentais Realizadas Durante o Projeto ................................ 88
Anexo VI: Procedimento Experimental Adotado na Empresa ......................................... 100
xiii
Lista de Figuras
Figura 1: Logótipo da empresa RNM- Produtos Químicos........................................................... 2
Figura 2: Curva de titulação de uma titulação ácido-base, mostrando o volume de titulante, NaOH
(VNaOH), sendo HCl o titulado. ..................................................................................................... 6
Figura 3: Processo Cíclico de Análise Química........................................................................... 9
Figura 4: Exemplo de Curva de Calibração obtida por HPLC, representando a área do pico
cromatográfica (A) em função da concentração mássica do analito (C) (CatLab, 2009). ........... 24
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Lista de Tabelas
Tabela 1: Massa volúmica, ρH3PO4, e concentração, CH3PO4, das amostras em estudo, Líquido e
Descongelado, e respetivas incertezas determinadas com 95 % de confiança .......................... 47
Tabela 2: Massa volúmica, ρglicerina, associadas às amostras analisadas e respetiva incerteza
determinada com um nível de confiança de 95 % .................................................................... 48
Tabela 3: Índice de refração, n, a 19.5 ºC, da amostra original, contaminada e decantada ...... 49
Tabela 4: Concentração, Camostra, da amostra original, contaminada e decantada e respetivas
incertezas determinadas com um nível de confiança de 95 % .................................................. 50
Tabela 5: Conteúdo de glicerol, Cglicerol, de cada amostra analisada, e pureza associada, P... 51
Tabela 6: Registo do teor de glicerol determinado em cada amostra por HPLC, Cglicerol, e pureza
associada, P ........................................................................................................................... 52
Tabela 7: Concentração média da solução de NaOH, CNaOH obtida através da padronização com
biftalato de sódio, C8H5KO4 ..................................................................................................... 52
Tabela 8: Volume de NaOH, VNaOH, obtido durante a determinação da concentração de uma
amostra de ácido fosfórico, CH3PO4, e respetivas incertezas determinadas com um nível de confiança
de 95 %, utilizando como indicadores alaranjado de metilo e timolftaleína, e utilizando como ponto
final da titulação a viragem do indicador e a viragem do indicador e medição do pH da solução53
Tabela 9: Volume de NaOH, VNaOH, obtido na determinação da concentração de uma amostra de
ácido fosfórico, CH3PO4, e respetivas incertezas determinadas com 95 % de confiança utilizando
como indicadores alaranjado de metilo e fenolftaleína e controlando o pH da solução final ...... 54
Tabela 10: Volume de NaOH, VNaOH, obtido aquando da determinação da concentração de ácido
fosfórico, CH3PO4, e respetivas incertezas determinadas com 95 % de confiança, utilizando o
indicador timolftaleína ............................................................................................................. 55
Tabela 11: Registo dos limites de deteção, LD, e quantificação do método, LQ, bem como do
parâmetro calculado necessários à sua análise, como o coeficiente de variação, CV ................ 56
xvi
Tabela 12: Concentração de ácido fosfórico calculada a partir do volume de titulante utilizado,
CH3PO4, concentração real das soluções de ácido fosfórico preparadas, CH3PO4 real e do valor da taxa
de recuperação, TR, para cada uma das amostra preparadas para o estudo ............................ 57
Tabela 13: Registo dos valores calculados, para cada concentração em estudo, em condições de
repetibilidade .......................................................................................................................... 59
Tabela 14: Registo da diferença absoluta entre os valores obtidos em cada ensaio para cada uma
das concentrações em estudo, Csolução...................................................................................... 60
Tabela 15: Estudo da precisão intermédia do método, variando o dia de análise ...................... 60
Tabela 16: Registo dos valores obtidos para cada análise das amostras em estudo ................. 61
xvii
Lista de Abreviaturas, Siglas e Acrónimos
: Unidade de Reação
α: Risco α
: Unidade de Reação
β: Risco β
CA: Concentração do Analito
CQ: Controlo da Qualidade
CQI: Controlo de Qualidade Interno
CV : Coeficiente de Variação
CA: Concentração Material do Titulado
CT: Concentração Material do Titulante
DPR : Desvio-padrão Relativo
DPRr : Desvio-padrão Relativo da equação de Horwitz
En : Erro Normalizado
ER : Erro Relativo
F : Teste F de Snedecor/Fisher
HO : Valor de HORRAT
HPLC: High Performance Liquid Chromatography (Cromatografia Líquida de Alta Eficiência)
IPAC: Instituto Português de Acreditação
IPQ: Intituto Português da Qualidade
IRNM: Instituto de Medições e Materiais de Referência
IUPAC: International Union of Pure and Applied Chemistry (União Internacional de Química Pura e
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Aplicada)
K : Sensibilifdade; Fator de Expansão
Ki : Constante de Dissociação
LD : Limite de Deteção
LQ : Limite de Quantificação
MM : Massa Molar
MRC: Materiais de Referência Certificados
MRI: Materiais de Referência Internos
NIST: National Institute for Standards and Technology (Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia)
n : Número de ensaios; Quantidade de matéria
nA: Quantidade de Matéria do Titulado
nT: Quantidade de Matéria do Titulante
P : Pureza de uma Amostra
PG : Teste PG de análise da variância
r : Limite de Repetibilidade; Coeficiente de Correlação
r2: Coeficiente de Determinação
TR : Taxa de Recuperação
USP: United States Pharmacopeia
VA: Volume do Analito
VT: Volume do Titulante
Z : Fator de Desempenho
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Capítulo I - Introdução
Motivação e Objetivos
A realização deste projeto desenvolvido em ambiente empresarial fez parte da conclusão do
Mestrado Integrado em Engenharia Biológica e resultou da parceria entre a empresa RNM-
Produtos Químicos com a Universidade do Minho.
Devido ao elevado crescimento da empresa RNM nos últimos anos, e ao aumento da
produção, tornou-se necessário desenvolver e implementar novas metodologias de análise na
rotina laboratorial que permitissem avaliar a qualidade dos produtos.
O projeto desenvolvido teve como principal objetivo a implementação de novos métodos de
análise de produtos. Além disso, passou também pela familiarização com a rotina laboratorial da
empresa, que envolvia o controlo da qualidade da produção e das matérias-primas.
O desenvolvimento do novo método exige a realização da pesquisa bibliográfica e a sua
validação, isto é, a realização de um estudo que permita assegurar a eficiência do método em
questão. Assim sendo, é essencial assegurar a obtenção de resultados fidedignos, exigindo ao
laboratório o cumprimento de requisitos de competências técnicas na realização de ensaios e/ou
calibrações de métodos normalizados, métodos não normalizados e métodos desenvolvidos pelo
próprio laboratório.
O controlo da qualidade da matéria-prima e da produção permite confirmar que as
características destes correspondem efetivamente à sua descrição e que os requisitos dos clientes
são cumpridos. Além dos produtos diariamente analisados, um dos objetivos deste projeto era
resolver alguns problemas pontuais relacionados com um lote de ácido fosfórico e um lote de
glicerina USP.
2
Apresentação da Empresa
A RNM- Produtos Químicos é uma empresa dedicada à produção e comercialização de
produtos químicos e integra atualmente um grupo de empresas vocacionadas para a distribuição
desses produtos. Esta encontra-se sediada em Vila Nova de Famalicão e foi fundada no ano de
1986. O logótipo da empresa encontra-se apresentado na Figura 1.
Figura 1: Logótipo da empresa RNM- Produtos Químicos.
A empresa possui um Sistema de Gestão Integrado da Qualidade, Ambiente e Segurança,
certificado pelas normas ISO 9001, ISO 14001 e OSHAS 18001, no âmbito da importação,
produção e comercialização de produtos químicos industriais.
Os produtos químicos produzidos na empresa são dirigidos a várias áreas, como a indústria
têxtil, a indústria do papel e cartão, a área da alimentação humana e animal, da farmacêutica e
cosmética, da construção civil e madeiras, a área do meio ambiente e do tratamento de águas,
entre muitas outras.
A estratégia empresarial da RNM baseia-se em alianças estratégicas com fornecedores e
clientes, no respeito pelo Meio Ambiente e Segurança dos trabalhadores e na qualidade total dos
produtos.
Esta dispõe de vários serviços, como por exemplo, a armazenagem e o transporte de
mercadorias, a formulação de misturas, a utilização de embalagens à medida e a realização de
análises químicas que comprovem a conformidade dos produtos, visando sempre o
desenvolvimento de novos produtos adaptados à necessidade dos clientes (RNM, 2009).
3
Capítulo II - Revisão Bibliográfica
Indústria Química
A evolução da indústria química conhecida como moderna teve início durante a Revolução
Industrial, através do desenvolvimento de produtos químicos requisitados por diversas indústrias,
como a manufatura de vidro, que utiliza sílica e carbonato de sódio, e a indústria têxtil, que utiliza
pó branqueador no algodão.
O crescimento e o desenvolvimento dos produtos petroquímicos, na década de 1950,
desencadearam um crescimento notável desta indústria, levando ao aumento exponencial da
procura dos polímeros sintéticos, como o polietileno, o polipropileno e o poliéster.
Atualmente, a indústria química enquadra diversos sectores de produção industrial, onde os
produtos originados apresentam as propriedades específicas para determinados processos, sendo
produzidos a partir de matérias-primas em estado bruto. Esta indústria beneficia da utilização dos
últimos avanços na tecnologia, nomeadamente, na área eletrónica e de engenharia.
Os produtos químicos gerados podem ser utilizados em diferentes setores, como no
tratamento de efluentes e na análise de matérias-primas ou dos produtos finalizados, sendo as
áreas de maior crescimento a petroquímica e a farmacêutica (Heaton, 1994).
3.1. Química Analítica
O desenvolvimento da indústria química em diversas áreas como, por exemplo, a manufatura
de produtos químicos, farmacêuticos, alimentares e tintas exige a confirmação da conformidade
destes com um conjunto de parâmetros, sendo essencial a utilização da química analítica.
A química analítica corresponde à área da química responsável pela caracterização da
composição qualitativa e quantitativa dos componentes de uma amostra. O seu propósito reside
na melhoria de métodos estabelecidos, na extensão de métodos a novos tipos de amostras e no
desenvolvimento de novos métodos para a medição dos fenómenos químicos (Harvey, 2000).
A química analítica engloba a análise química qualitativa que consiste na identificação das
espécies que constituem uma amostra e a análise quantitativa, que permite quantificar as espécies
presentes na amostra (Harvey, 2000). Normalmente, a análise qualitativa é realizada
4
anteriormente à análise quantitativa, uma vez que só se pode escolher um método para a análise
quantitativa do elemento de interesse depois de se conhecer a composição qualitativa da
substância (Alexéev, 1983; Khopkar, 2004).
Os métodos de análise quantitativa englobam os métodos químicos, que envolvem reações
químicas e compreendem os métodos gravimétricos e volumétricos, e os métodos físicos, onde a
maioria são métodos instrumentais (Khopkar, 2004).
São várias as etapas a seguir para se proceder à análise quantitativa de um produto, sendo
os mais importantes os seguintes (Khopkar, 2004):
1. Amostragem, que deve ser representativa;
2. Seleção dos constituintes de interesse na amostra, através de processos separação
selecionados tendo em conta a precisão e exatidão desejada;
3. Identificação dos constituintes de interesse, onde as propriedades físicas ou químicas
podem ser utilizadas na análise quantitativa ou qualitativa, ou ambas;
4. Cálculo e interpretação dos dados.
3.1.1. Métodos Químicos
As equações estequiométricas são, normalmente, a base dos métodos químicos, que
englobam os métodos gravimétricos e os métodos volumétricos (Khopkar, 2004).
1) Métodos Gravimétricos
Os métodos gravimétricos compreendem todos os métodos que permitem quantificar um
analito que resulta de uma reação entre o componente presente na amostra e excesso de reagente.
A sua quantificação pode ser realizada através da medição do seu peso, calculado a partir da sua
fórmula química e da massa atómica dos elementos que o constituem (Khopkar, 2004).
A separação do produto pode ser realizada através de gravimetria por precipitação,
gravimetria por volatilização e gravimetria particulada, sendo os mais importantes os dois primeiros
(Harvey, 2000; Khopkar, 2004).
A gravimetria por precipitação corresponde ao método de medição do peso de um analito
presente numa solução, onde após a adição de um agente precipitante à solução, este é convertido
num precipitado pouco solúvel e, de seguida, filtrado (Harvey, 2000; Khopkar, 2004).
5
A gravimetria por volatilização engloba os métodos que permitem determinar o peso de um
analito, que se encontra sob uma forma que o permita separar imediatamente da amostra,
utilizando energia química ou térmica. Os produtos voláteis, bem como os resíduos, resultantes
da reação de decomposição podem ser pesados. Esta técnica só deve ser utilizada se o analito for
a única substância volátil presente na amostra.
A gravimetria particulada é utilizada quando se pretende separar o analito da amostra e este
se apresenta numa forma que permite uma rápida separação. A sua massa pode ser determinada
diretamente numa balança. Caso o analito se encontre em estado sólido pode fazer-se uma
filtração com vista à sua remoção da amostra. Outro método que pode ser utilizado é a extração
líquida ou sólida (Harvey, 2000).
2) Métodos Volumétricos
Os métodos volumétricos envolvem a realização de titulações, permitindo determinar a
concentração de uma amostra. Este processo ocorre através da adição controlada de uma solução
de concentração conhecida, o titulante, à solução que está a ser analisada, o titulado.
A reação está completa quando a quantidade de titulante adicionada ao titulado é suficiente
para neutralizar completamente o analito. Este ponto é denominado de ponto de equivalência
(Harvey, 2000). O volume de titulante utilizado permite calcular a concentração da amostra.
Na prática, o ponto final da titulação é identificado por uma mudança no sistema,
normalmente por uma mudança na cor do indicador sendo denominado de ponto final da titulação.
A diferença entre o ponto de equivalência e o ponto final da titulação é designado erro da titulação,
uma vez que o ponto final só é atingido após o ponto de equivalência (Harvey, 2000; Khopkar,
2004).
A reação de uma titulação deve ser rápida, o que permitirá detetar facilmente o ponto de
equivalência e deverá ser completa, sem que ocorram reações secundárias. Para que uma
titulação seja precisa é necessário proceder-se ao cálculo do volume exato de titulado necessário
para se atingir o ponto de equivalência.
As curvas de titulação consistem em gráficos que mostram o progresso de uma titulação à
medida que se adiciona um titulante à solução de concentração desconhecida. Esta pode ser
determinada através da medição do pH, por exemplo, suspendendo um elétrodo na solução que
contém o titulado e monitorizando a variação do pH à medida que se adiciona o titulante (Harvey,
6
2000). A curva de titulação deve apresentar uma forma sigmoide, sendo que o eixo das abcissas
corresponda ao volume do titulante utilizado e o eixo das ordenadas corresponda ao pH da solução,
ou outra alteração observável, como a temperatura (Pinto, 2005).
A Figura 2 mostra um exemplo de uma curva de titulação, onde se verifica a variação do pH
do titulado à medida que se adiciona o titulante, sendo o titulado ácido clorídrico (HCl) e o titulante
hidróxido de sódio (NaOH).
Figura 2: Curva de titulação de uma titulação ácido-base, mostrando o volume de titulante, NaOH (VNaOH), sendo HCl o titulado.
Existem diversas formas de titulação, entre as quais a titulação direta, a titulação indireta e a
titulação de deslocamento.
Na titulação direta, a espécie a ser determinada reage diretamente com a solução-padrão. Na
titulação indireta, também conhecida como back titration, a adição de um reagente ao titulado
após a reação dá origem ao excesso de reagente, sendo este determinado por uma titulação
(Harvey, 2000). É uma técnica cuja utilização é vantajosa quando o ponto final da titulação é difícil
de ser observado.
A titulação de deslocamento ocorre quando o titulado desloca uma espécie, normalmente
presente num complexo, e a quantidade de espécie deslocada é determinada por titulação (Pinto,
2005).
Os métodos volumétricos podem ser organizados com base em vários aspetos, como o tipo
de equilíbrio, a natureza dos reagentes, as reações que desencadeiam, a classe de padrões
primários e de indicadores e a definição do peso equivalente.
pH
VNaOH/mL
Ponto de Equivalência
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Assim sendo, é possível obter quatro classes de métodos volumétricos tendo em conta as
reações químicas que desencadeiam: a volumetria ácido-base, a volumetria de precipitação,
volumetria complexométrica e a volumetria de oxidação-redução (Harvey, 2000).
A volumetria ácido-base é utilizada para determinar a concentração de um ácido ou de uma
base presente numa solução, titulando-a com uma base ou um ácido, respetivamente, de
concentração conhecida (Khopkar, 2004).
A volumetria de precipitação tem como base uma reação entre o titulante e o titulado, que
origina um precipitado insolúvel. O ponto final da titulação é assinalado quando se observa que a
adição de titulante não origina mais precipitado. Outra forma de determinar o ponto final da
titulação é através da formação de um complexo colorido.
A volumetria complexométrica consiste numa titulação onde se forma um complexo
suficientemente estável, devido a uma reação entre um ião metálico e um agente ligante.
A volumetria de oxidação-redução envolve a reações de oxidação-redução, onde ocorre a
transferência de eletrões entre as espécies químicas presentes, ou seja, entre o titulante e o
titulado (Harvey, 2000).
3) Cálculo da Concentração do Titulado
Após a realização das técnicas de titulação é necessário proceder-se ao tratamento dos
resultados obtidos.
Em química, uma solução corresponde a uma mistura homogénea composta por duas ou
mais substâncias. De forma a determinar a quantidade dos compostos presentes na solução
procede-se ao cálculo da concentração destes compostos através do volume de titulante utilizado
durante a titulação.
Para o cálculo da concentração do titulado é necessário conhecer o tipo de reação, uma vez
que a cada tipo de reação se encontram associadas unidades de reação específicas ( e ), a
equação da reação e, caso seja necessário, acertar a equação, para que o número de moles do
titulante (nT) utilizado seja igual ao número de moles do titulado (nA) (Harvey, 2009).
Sabendo que: T = T T
Sendo a unidade de reação associada à espécie e tendo em conta o tipo de reação, CT a
Equação 1
8
concentração material do titulante e VT o volume de titulante.
Uma vez que no ponto de equivalência T = A , a concentração do titulado é obtida
da seguinte forma: T = A ⟺ T T = A A ⟺ A = �T�T �A
3.1.2. Métodos Instrumentais
O desenvolvimento de métodos instrumentais de análise apresenta relevantes avanços, tanto
na montagem de sistemas analíticos de maior robustez e menor dimensão, como no
desenvolvimento de software de operação e de tratamento de dados (Vaz Jr., 2010).
Os métodos instrumentais correspondem aos métodos onde é necessário proceder-se a uma
operação de calibração, utilizando-se para tal uma amostra de composição conhecida como
referência, denominada como solução-padrão. Desta resulta uma curva de calibração que permite
analisar quantitativamente as amostras (IPAC, 2011).
Estes métodos são métodos rápidos, seguros e sensíveis, sendo largamente utilizados na
indústria.
Os principais métodos instrumentais de análise quantitativa são: eletroanalíticos, óticos e de
separação (Denadai, 2011; Vaz Jr., 2010).
Os métodos instrumentais eletroanalíticos baseiam-se nas reações de oxidação-redução onde,
através da aplicação de um potencial elétrico às espécies eletroativas de uma amostra, é possível
medir a corrente elétrica, da resistência ou da tensão, em função da concentração de uma
determinada espécie presente. É possível obter-se da mesma forma o valor do potencial do analito,
comparando-o com o potencial de um eletrodo de referência. Para tal podem utilizar-se métodos
potenciométricos, de coulometria, de condutimetria e voltametria (Denadai, 2011; Vaz Jr., 2010).
Os métodos instrumentais óticos compreendem os métodos óticos de absorção da luz e
emissão de luz. Os métodos de absorção compreendem a espectrofotometria, os métodos de
espectroscopia de absorção atómica e turbidimetria. Já os métodos óticos de emissão de luz
englobam a espectroscopia de emissão, a fotometria de chama e a fluorimetria. Estes métodos
têm como base a quantidade de energia radiante ou de um determinado comprimento de onda
absorvida ou emitida pela amostra em análise, respetivamente, permitindo a sua quantificação
Equação 2
9
(Denadai, 2011; Vaz Jr., 2010).
Os métodos de separação são utilizados na separação dos componentes de uma amostra,
tendo em conta as suas propriedades, como por exemplo, a solubilidade, o tamanho, a carga e a
afinidade das espécies, permitindo a sua quantificação e identificação. Estas técnicas
compreendem a separação por adição ou criação de fases, como por exemplo, a destilação, a
evaporação e a secagem; a separação por membranas, como por exemplo a filtração e a osmose
inversa; a separação por agente sólido; e a separação por campo externo ou gradiente, como a
centrifugação e a eletroforese. (Denadai, 2011; Tavares, 2012; Vaz Jr., 2010).
Os equipamentos utilizados na análise química possuem ou encontram-se normalmente
conectados a dispositivos que detetam e armazenam os dados obtidos, permitindo a sua posterior
análise.
3.2. Análise Química como um Processo Integral
A análise química de um material pode ser descrita através de uma cadeia de decisões, ações
e procedimentos, que se encontram representados na Figura 3 (Van Zoonen et al., 1998).
Numa primeira etapa deve definir-se o problema e selecionar-se o método adequado tendo
em conta os objetivos definidos. Esta é uma etapa complexa da análise dos produtos químicos,
Definição do Problema de
Análise
Amostragem,
Estratégia e Técnicas
Tratamento das Amostras
Análise (Separação e Deteção)
Processamento dos Dados e
Armazenamento
Interpretação e Avaliação dos
Dados
Figura 3: Processo Cíclico de Análise Química.
10
que deve ser efetuada apenas por uma pessoa experiente (Khopkar, 2004). A sua escolha deve
ter como base o problema apresentado pelo cliente, a natureza da amostra, o tipo de análise
(quantitativa/qualitativa), a exatidão e precisão do método e no tempo de análise/custos (Marques,
2010).
A etapa mais difícil do ciclo é normalmente a amostragem, o design do plano de amostragem
e a seleção e utilização das técnicas e das instalações para a obtenção, transporte e
armazenamento das amostras (Van Zoonen et al., 1998). A amostragem consiste na recolha de
uma pequena porção de um material que represente toda a amostra que se pretende analisar
(Costa, 2014; Marques, 2010). Geralmente, esta etapa representa a fonte de maiores erros
associados análise química de uma amostra.
Um erro consiste na incerteza estimada correspondente a uma medida ou experiência. Esta
nunca pode ser completamente eliminada, optando-se pela sua minimização. As análises químicas
são afetadas por dois tipos de erros: os erros sistemáticos e os erros aleatórios. Os primeiros
encontram-se associados à exatidão dos resultados e correspondem aos erros instrumentais, aos
erros do método e aos erros pessoais. A sua origem pode ser identificada e corrigida. Os erros
aleatórios afetam a precisão dos resultados, não sendo possível identificar a sua origem. Estes
podem ser minimizados através da realização de réplicas (Costa, 2014).
Na etapa do tratamento das amostras, elas deverão ser tratadas para que se obtenha no final
dos processos uma amostra homogénea. Estas deverão ser tratadas de forma diferente, tendo
como base a presença de resíduos e o estado físico da amostra (Pereira, 2001). Nesta etapa deve
constar a definição de réplicas, para aumentar o grau de confiança, e a eliminação de
interferências, que podem exigir técnicas sofisticadas de separação (Marques, 2010). Caso a
preparação das amostras não ocorra de forma cuidadosa, nem os instrumentos de controlo
analítico mais avançados e qualificados e as técnicas computacionais mais sofisticadas podem
evitar que os resultados sejam questionáveis (Van Zoonen et al., 1998).
Na etapa de análise das amostras devem efetuar-se as medições, incluindo a calibração do
equipamento, caso se utilize.
O último passo, nomeadamente a interpretação e avaliação dos resultados da análise, deve
fornecer a resposta ao problema inicial, que é normalmente definido por um cliente do laboratório.
A não ser que a interpretação e avaliação dos dados obtidos apresentem uma base estatística
sólida, não é possível afirmar com clareza o quão significantes são os resultados. Assim sendo,
11
após o cálculo dos resultados, deve estimar-se a sua confiança, através da determinação dos erros,
seguida da validação dos métodos, dos instrumentos e dos procedimentos laboratoriais que se
utilizaram (Marques, 2010; Van Zoonen, et al. 1998).
Caso a resposta não vá de encontro ao desejado, deve proceder-se às alterações necessárias
e o ciclo repetido novamente. Por vezes, pode originar o desenvolvimento de novos métodos ou a
alteração de parte do procedimento, de modo a atingir melhores resultados (Van Zoonen et al.,
1998).
Controlo da Qualidade
O controlo da qualidade num laboratório analítico tem como objetivo fornecer resultados que
se encontrem em conformidade com as especificações do cliente e garantam a confiança entre o
cliente, e quem usa os resultados, e o fornecedor (Crosby et al., 1995).
Segundo o IPQ- Instituto Português da Qualidade, a qualidade consiste no conjunto de
atributos e características de uma entidade ou produto que determinam a sua aptidão para
satisfazer necessidades e expectativas da sociedade (Decreto-Lei N.º 140/2004). Os produtos que
apresentem características que vão de encontro aos parâmetros definidos para a “qualidade” são
designados de produtos conforme. Por sua vez, os produtos cujas especificações não respeitem
os parâmetros de qualidade, são definidos como produtos não-conforme.
Para que um fornecedor possa garantir que os produtos comercializados são produtos
conforme é necessário recorrer a técnicas operacionais e atividades que permitam obter
informação sobre os requisitos dos produtos, ou seja, é necessário proceder-se ao controlo da
qualidade.
4.1. Controlo da Qualidade em Análises Químicas
O controlo da qualidade (CQ) permite minimizar os erros que ocorrem durante as várias
etapas de confeção e controlar a sua ocorrência. Assim sendo, torna-se necessário avaliar
periodicamente a exatidão dos resultados obtidos, através de ações de controlo externo ou interno
(IPAC, 2011).
12
4.1.1. Controlo da Qualidade Externo
O controlo de qualidade externo é realizado pelo laboratório em questão e os resultados
obtidos confrontados com valores de referência. Este pode ser efetuado de duas formas: através
da utilização de Materiais de Referência Certificados ou através de ensaios interlaboratoriais.
A utilização dos MRC nos ensaios permitem controlar a exatidão do ensaio e verificar a
rastreabilidade das medições efetuadas. Estes materiais devem ser adquiridos apenas quando são
produzidos por entidades de reconhecida credibilidade, como o Instituto de Medições e Materiais
de Referência (IRMM) e o National Institute for Standards and Technology (NIST).
A participação do laboratório em ensaios interlaboratoriais permite que este evolua
tecnicamente, uma vez que irá utilizar diferentes amostras sem conhecimento do valor correto,
testando a sua capacidade de superação. Os ensaios mais indicados são os ensaios de aptidão,
sendo o seu objetivo a avaliação comportamental do laboratório.
Os resultados do seu desempenho, apesar da utilização dos materiais certificados e da
participação nos ensaios, devem ser analisados avaliando os desvios segundo um critério
adequado, procedendo à realização de um diagnóstico e identificação das causas dos desvios
inaceitáveis e definindo e implementando ações corretivas, com posterior confirmação da sua
eficácia.
Caso não seja possível utilizar MRC ou participar em ensaios, o laboratório deve utilizar
padrões internacionais ou nacionais e comparar os seus métodos com métodos de referência
(IPAC, 2011).
4.1.2. Controlo da Qualidade Interno
O controlo da qualidade interno (CQI) deve ser efetuado através da utilização de Materiais de
Referência Internos, de técnicas complementares de CQ dos resultados e de tratamento estatístico
dos dados.
Os MRI que podem ser utilizados pelo laboratório são:
amostras de controlo;
padrões de matriz, ajustada com a matriz das amostras;
padrões semelhantes;
excedentes de amostras de ensaios interlaboratoriais.
13
A utilização dos MRI permite controlar a exatidão e precisão ao longo do tempo.
As técnicas complementares de CQI devem ser selecionadas com base na complexidade e
dificuldade dos métodos utilizados e nas fontes de erro que se pretendem controlar.
As técnicas compreendem:
a análise de brancos em paralelo com as amostras;
a realização de análises em replicado;
a repetição de análises em replicado, caso os resultados obtidos não tenham sido
satisfatórios;
a participação em ensaios de recuperação e a fortificação das amostras;
a execução de métodos de adição de padrão;
a comparação de resultados obtidos por diferentes métodos;
a correlação de resultados de características diferentes da mesma amostra.
A realização de brancos é indispensável quando se realizam ensaios onde a gama de
concentrações das amostras é baixa. Esta técnica encontra-se associada a uma verificação
periódica do Limite de Quantificação.
A realização de réplicas, ou seja, de ensaios sobre as tomas da amostra realizados em
separado, é de elevada importância na química clássica e instrumental, uma vez que permitem
obter resultados mais exatos.
Os dados obtidos devem ser analisados e comparados com as especificações predefinidas.
Caso os parâmetros avaliados não apresentem concordância com os pré-definidos, devem ser
executadas ações para corrigir o problema e evitar a apresentação de dados incorretos.
Os resultados obtidos através das ações de controlo de qualidade devem ser apresentados
de forma clara, eficiente e de fácil perceção, através de cartas de controlo. O tipo de carta de
controlo deve ser selecionado com base nas características que se pretendem verificar (IPAC,
2011).
4.2. Controlo da Qualidade na Implementação e Validação de Métodos de Ensaio
De forma a validar um método interno de ensaio é necessário realizar estudos de validação
antes de o colocar em rotina, durante a sua implementação e sempre que ocorra alguma alteração
significativa do mesmo.
14
Assim sendo, torna-se necessário avaliar alguns dos parâmetros do método, sendo os
requisitos mínimos a considerar os seguintes:
Exatidão;
Precisão;
Gama de trabalho/linearidade;
Limiares analíticos: limite de deteção e limite de quantificação;
Sensibilidade;
Seletividade/Especificidade;
Robustez.
No caso das análises quantitativas torna-se necessário avaliar todos os requisitos acima
apresentados.
Para efetuar o processo de validação de um método é necessário estudar os parâmetros
selecionados, através da avaliação direta e da avaliação indireta (RELACRE, 2000).
4.2.1. Avaliação Direta
A avaliação direta dos parâmetros característicos de um método corresponde à análise da
sua exatidão.
1) Exatidão
A exatidão de um método é definida como a concordância entre o valor real ou de
referência do analito na amostra e o valor obtido pelo processo analítico, podendo ser
calculada através do erro absoluto e relativo ou através de testes de significância, como o
teste “t” de Student (Brito et al., 2003; Brito et al., 2002; Huber, 2007; Junior et al., 2001).
O estudo deste parâmetro pode ser realizado três formas: através do uso de material de
referência certificado (MRC), da realização de ensaios interlaboratoriais e da realização de
testes comparativos (Brito et al., 2003; RELACRE, 2000).
a. Materiais de Referência Certificados
Os MRC revelam-se os materiais de controlo mais adequados, uma vez que se
15
encontram sujeitos a padrões internacionais (Brito et al., 2003). Um MRC apresenta um valor
de concentração, ou outra grandeza, para cada parâmetro e uma incerteza associada. O uso
correto do MRC permite avaliar o desempenho do laboratório, uma vez que, caso os valores
obtidos não se encontrem dentro do intervalo da incerteza indicado para o valor certificado,
o laboratório deve procurar as causas e tentar eliminá-las (INMNQ, 2003).
De forma a avaliar os resultados obtidos utilizando o MRC deve proceder-se à
comparação dos valores obtidos através da execução do método que se pretende validar,
com os valores obtidos, para as mesmas amostras, por um método de referência. As
conclusões retiradas da comparação permitem avaliar a exatidão dos resultados, bem como
o erro a estes associado (Brito et al., 2003; INMNQ, 2003).
A avaliação dos resultados obtidos pode ser realizada a partir de vários processos, entre
os quais se destacam (RELACRE, 2000):
Determinação do erro relativo;
Realização do teste de hipótese, teste t;
Determinação do fator de desempenho, Z-score;
Determinação do erro normalizado.
Determinação do Erro Relativo
O erro relativo, ER, de um método permite avaliar a sua exatidão e pode ser determinada
através da Equação 3, sendo reportada em percentagem.
% = � x − �� ×
Onde, Xexp corresponde ao valor obtido experimentalmente (ou a média aritmética de
valores obtidos) e Xv corresponde ao valor certificado do MRC.
O erro relativo está relacionado com a existência de erros sistemáticos.
É da responsabilidade do Laboratório definir a exatidão do método, tendo como base
dados bibliográficos e valores certificados. Caso não existam, este parâmetro deve ser
definido sob um critério de bom senso.
Caso o valor ER tenha sido revelado como igual ou inferior a 5 %, os dados obtidos pelo
Equação 3
16
método são meramente indicativos (RELACRE, 2000).
Realização do teste de hipótese, teste t de Student
O teste de hipótese permite ao laboratório averiguar a ocorrência de erros sistemáticos
durante a execução do procedimento.
Este pode ser calculado através da Equação 4:
= (� x − � ). √� x
Onde,
: número de amostras analisadas;
X x : desvio-padrão associado ao valor � x .
O valor t, em módulo, é calculado é posteriormente comparado com o valor tabelado,
ttab, interpretando-se a relação da seguinte forma:
Caso 1: |t| ≤ ttab, a ocorrência de erros sistemáticos não é comprovada
estatisticamente, logo o ensaio é considerado satisfatório;
Caso 2: |t| > ttab a ocorrência de erros sistemáticos durante o procedimento ficou
estatisticamente comprovada, logo o ensaio não é considerado satisfatório (RELACRE, 2000).
Determinação do fator de desempenho, Z-score
A determinação do fator de desempenho consiste noutro método de avaliação da
exatidão de um ensaio.
O seu cálculo procede-se a partir da Equação 5:
= �exp − �
Onde, corresponde à unidade de desvio, que pode ser a incerteza associada ao MRC
ou desvio-padrão. (RELACRE, 2000)
Equação 4
Equação 5
17
Os resultados são interpretados utilizando a seguinte escala de pontuação:
Caso 1: |Z| ≤ 2, satisfatório
Caso 2: 2 ˂ |Z| ≤ 3, questionável
Caso 3: |Z| > 3, incorreto
Determinação do Erro Normalizado
Para avaliar o desempenho do método procede-se ao cálculo da incerteza do resultado
obtido pelo ensaio e o valor verdadeiro deve encontrar-se dentro do intervalo de incerteza do
valor experimental. Caso contrário, utiliza-se o erro normalizado, En, para avaliar o
desempenho. O seu cálculo é realizado através da Equação 6.
= � x − �√ x +
Onde, x corresponde à incerteza associada ao valor obtido experimentalmente e corresponde à incerteza associada ao valor � .
Se o erro normalizado, em módulo, for igual ou inferior a 1, a incerteza associada ao
valor experimental encontra-se bem determinada.
Caso os valores obtidos durante a avaliação de desempenho não sejam satisfatórios,
deverá ser implementado um plano de ações corretivas, de forma a procurar as causas dos
erros, determinar a sua correção e reavaliar o método.
b. Ensaios interlaboratoriais (RELACRE, 2000)
Os ensaios interlaboratoriais consistem em ensaios realizados no mesmo material ou
item, por dois ou mais laboratórios, sendo as condições da sua realização pré-definidas e os
dados avaliados por uma entidade. O tipo de ensaio realizado tem como base os objetivos
desejados.
Caso o laboratório pretende avaliar a repetibilidade e a reprodutibilidade de um método
(parâmetros associados à precisão) e apresentar em simultâneo que este possui uma
precisão compatível com outros laboratórios, este deve efetuar em ensaio de normalização.
Equação 6
18
Caso queira evidenciar a exatidão dos seus resultados, o laboratório deverá efetuar um
ensaio de aptidão.
O desempenho dos laboratórios é avaliado através da determinação do fator de
desempenho, pelas entidades organizadoras, ou através do erro normalizado (procedimentos
descritos no ponto anterior).
Ensaio de Normalização
Um ensaio de normalização apresenta como objetivo o estudo das características de um
método de análise, especificamente a reprodutibilidade e a repetibilidade. Neste tipo de
ensaio não é necessário proceder-se à comparação com as características de um método
certificado e todos os laboratórios participantes devem utilizar o método em causa.
Ensaio de Aptidão
Um ensaio de aptidão é executado quando se pretende avaliar o desempenho de um
grupo de laboratórios, com base na exatidão e precisão dos resultados dos seus ensaios.
É da responsabilidade de cada laboratório definir qual o método a utilizar, tendo no
entanto de utilizar MRC.
c. Testes comparativos
A comparação dos valores obtidos através da execução de um método interno com os
valores obtidos, para as mesmas amostras, por um método de referência permite avaliar a
exatidão dos resultados, bem como a precisão a estes associada (Brito et al., 2003; INMNQ,
2003).
A exatidão do método interno relativamente ao método de referência pode ser avaliada
através de vários critérios, mais precisamente, através do:
Teste de hipótese: teste t das médias;
Tese de hipótese: teste t das diferenças (amostras emparelhadas);
Teste de regressão linear entre dois métodos de ensaio.
19
4.2.2. Avaliação Indireta
A avaliação indireta de um método corresponde à determinação dos parâmetros
característicos deste e engloba a determinação da precisão, a quantificação, a
seletividade/especificidade e a robustez (RELACRE, 2000).
1) Precisão
A precisão de um método permite avaliar a dispersão dos resultados obtidos entre vários
ensaios independente sob uma amostra, sendo normalmente expressa como o desvio-padrão,
variância ou o coeficiente de variação (Brito, et al., 2003).
A precisão é um parâmetro que pode ser considerado a diferentes níveis, tais como, ao
nível da (Brito et al., 2003; INMNQ, 2003):
Repetibilidade, que expressa o grau de concordância entre os valores obtidos nas
mesmas condições de medição, num curto espaço de tempo;
Precisão intermediária, que expressa a variabilidade das medições efetuadas, no
mesmo laboratório ou em laboratórios diferentes, utilizando o mesmo método e
definindo exatamente as condições a variar;
Reprodutibilidade, que expressa a precisão entre os resultados obtidos através da
variação das condições de medição.
Normalmente, estes parâmetros são expressos através do desvio-padrão e do coeficiente
de variação.
O coeficiente de variação, também conhecido como desvio padrão relativo (DPR) é
expresso em percentagem e é calculado através da Equação 7.
% = i̅ ×
Onde, i corresponde ao desvio-padrão de repetibilidade e ̅ corresponde à média dos
valores considerados.
Equação 7
20
a. Repetibilidade
A repetibilidade pode ser determinada através da análise de padrões, material de
referência ou adição a branco, com variação das concentrações na gama de trabalho. São
exigidos testes pelo menos a 7 réplicas para proceder-se ao cálculo do desvio-padrão de cada
concentração. Este parâmetro deve ser determinado sob as mesmas condições de medição,
como por exemplo, o mesmo procedimento, o mesmo analista, o mesmo instrumento usado
sob as mesmas condições e o mesmo local (INMNQ, 2003).
A repetibilidade pode ser determinada através de um ensaio interlaboratorial ou a partir
de ensaio efetuados no próprio laboratório.
O limite de repetibilidade, r, corresponde ao limite superior do intervalo de valores onde
se deve situar a diferença absoluta entre dois resultados de ensaio, obtidos sob condições de
repetibilidade, com um nível de confiança de 95 %. Assim sendo, a diferença entre os valores
obtidos para cada ensaio deve ser inferior ao limite de repetibilidade.
Este é calculado a partir da Equação 8, com um nível de confiança de 95 % (RELACRE,
2000).
= √ i = . √ i = . √ i
Onde,
i : desvio padrão de repetibilidade; √ i : variância de repetibilidade.
b. Precisão Intermédia
A precisão intermédia é determinada através da análise a uma amostra, podendo ocorrer
no mesmo laboratório ou em diferentes laboratórios. Esta é determinada através da
comparação dos resultados obtidos utilizando o mesmo método e variando as condições de
análise, como o analista, os equipamentos e o tempo (Huber, 2007; INMNQ, 2003).
Este parâmetro é reconhecido como o mais representativo da variabilidade de
resultados, sendo por isso, o mais aconselhado a utilizar.
A determinação da precisão intermédia exige a realização de um número de ensaios, n,
Equação 8
21
sobre a amostra nas condições anteriormente definidas. De seguida, os dados devem ser
tratados, tendo em conta o ensaio e o tipo de aplicação do estudo.
Assim sendo, este parâmetro pode ser determinado:
Através de cartas de controlo de amplitudes;
Através da Equação 9.
i = √ − ∑ ∑ − �̅== Onde, i : desvio padrão de precisão intermédia;
: número de amostras analisadas durante o ensaio (não confundir com t de
Student);
: número de ensaios efetuados por amostra;
: número da amostra, que vai de 1 a ;
: número do resultado obtido para a amostra j, que vai de 1 a ;
: resultado individual, , para a mostra de 1 a ;
�̅ : média aritmética dos resultados da amostra , de 1 a .
É recomendado que o valor − seja igual ou superior a 15.
Através da realização de n medições (n ≥ 15), sobre a mesma amostra,
amostras supostamente idênticas ou padrões (RELACRE, 2000).
c. Reprodutibilidade
Ao nível da reprodutibilidade, o objetivo da sua determinação prende-se com a verificação
do desempenho dos métodos realizados em diferentes laboratórios e com condições variadas
de medição, através da comparação dos resultados obtidos com os dados determinados em
diferentes laboratórios (Huber, 2007; INMNQ, 2003).
O limite de reprodutibilidade, R, corresponde ao valor abaixo do qual se deve encontrar
a diferença absoluta entre dois resultados de ensaio, obtidos segundo condições de
reprodutibilidade, com um nível de confiança de 95 %. O limite de reprodutibilidade é
Equação 9
22
calculado através da Equação 8 e o coeficiente de variação, CV, através da Equação 7
(RELACRE, 2000).
d. Aceitabilidade das características de precisão do método
Quando a precisão de um método não pode ser comparada com um método de
referência podem calcular-se valores teóricos de reprodutibilidade e de repetibilidade, através
da equação de Horwitz (Equação 10).
� = − . [ ]
Onde, � : desvio-padrão relativo da equação de Horwitz;
: concentração mássica de interesse; [ ] : unidades em C se encontra expresso.
A partir do valor do desvio padrão relativo de Horwitz é possível calcular o valor de
HORRAT. Assim, o valor de HORRAT, HO, é revelado a partir da razão entre o coeficiente de
variação do método, para uma determinada concentração, e o valor do desvio padrão de
Horwitz.
Caso os valores de HORRAT sejam menores ou iguais a 2, os valores da precisão podem
ser considerados satisfatórios (CGA, 2010).
e. Comparação da precisão entre métodos (RELACRE, 2000)
A comparação da precisão entre métodos pode ser realizada através do teste F.
O teste F baseia-se no cálculo do valor do teste PG, que permite verificar se existem
diferenças significativas entre as variâncias dos dois métodos. O valor PG expressa a razão
entre a variância dos dois métodos, devendo estas ser colocadas de forma a PG ser maior ou
igual a 1. Posteriormente, este valor deve ser comparado com o valor de F de
Snedecor/Fisher, tendo em conta os graus de liberdade.
Caso o valor de PG seja igual ou inferior a valor de F, os dois métodos não apresentam
diferenças significativas entre si.
Equação 10
23
2) Quantificação
A quantificação corresponde ao cálculo de vários parâmetros, entre os quais (RELACRE,
2000):
Curvas de calibração
Limiares analíticos;
Sensibilidade.
a. Curvas de Calibração
A calibração consiste num processo onde a resposta de um sistema de medida está
relacionada com uma concentração ou uma quantidade de substância conhecida. Para a sua
determinação é necessário proceder-se à preparação de soluções-padrão de acordo com o
definido no método de ensaio e efetuar a sua leitura (Santos, 2001).
Relativamente aos métodos instrumentais, os dados obtidos permitem construir um
gráfico analítico que deve apresentar dados estatísticos de intersecção, da equação da
regressão linear, o coeficiente de correlação ou de determinação e a concentração estimada
das soluções-padrão.
O gráfico deve ser construído utilizando-se, no mínimo, cinco valores de concentração e
um branco, distribuídos equitativamente na gama de concentrações, de maneira a apresentar
adequadamente a relação entre a concentração e a resposta (Brito et al., 2003).
A forma algébrica da equação de uma reta é a que se apresenta na Equação 11 (Nunes,
2010).
= +
Onde,
: resposta medida;
: concentração do analito;
: declive da curva de calibração;
: ordenada na origem.
Para avaliar a calibração analítica deve proceder-se ao cálculo do coeficiente de
correlação, r, que deve variar entre -1 (declive negativo da reta) e 1 (declive positivo da reta).
Equação 11
24
Para a obtenção de bons resultados por interpolação, o coeficiente de correlação deve ser
superior a 0,995 (RELACRE, 2000).
A Figura 4 apresenta um exemplo de uma curva de calibração obtida por HPLC (High
Performance Liquid Chromatography).
Figura 4: Exemplo de Curva de Calibração obtida por HPLC, representando a área do pico cromatográfica (A) em função da concentração mássica do analito (C) (CatLab, 2009).
A calibração deve ser efetuada, preferencialmente, aquando a realização da análise à
amostra, uma vez que as condições serão as mesmas e os resultados obtidos mais exatos.
Por norma e como se verifica na Figura 4 a curva calibração apresenta no eixo vertical
(eixo yy) a resposta do equipamento e no eixo horizontal (eixo xx) a variação da concentração
das soluções-padrão utilizadas. O ponto (x1, y1) corresponde normalmente ao branco, ou seja,
à solução que contém todos os reagentes, exceto o analito de interesse (RELACRE, 2000).
Gama de trabalho
Este parâmetro é definido como o intervalo entre a concentração inferior e a
concentração superior determinadas, para as quais foi demonstrado que o procedimento
apresenta um nível aceitável de precisão, exatidão e linearidade. Normalmente, este
parâmetro é expresso nas mesmas unidades dos valores obtidos (Huber, 2007).
A gama de trabalho pode ser avaliada pelo teste de homogeneidade das variâncias, no
caso da utilização de metodologia que envolvem o traçado de curvas de calibração (RELACRE,
2000).
A
C /(g/L)
A = a � / + b
25
O teste de homogeneidade de variâncias compreende a realização de dez pontos de
calibração distribuindo-se equitativamente na gama de concentrações. Dez réplicas
independentes deverão ser analisadas relativamente à primeira e à última solução-padrão.
Posteriormente são determinadas as variâncias associadas à primeira e última solução-
- padrão, que permitirão examinar a possibilidade de existirem diferenças significativas entre
elas. Para tal, procede-se ao cálculo do valor teste PG.
Os valores PG obtidos são comparados com valores tabelados da distribuição F de
Snedecor/Fisher, para n-1 graus de liberdade onde, caso o valor de PG seja inferior ao valor
tabelado, a gama de trabalho está bem ajustada e a diferença de variâncias não são
significativas; caso o valor PG seja superior ao valor de F, existem diferenças significativas de
variâncias e a gama de trabalho deve ser reduzida até que se obtenha PG ≤ F.
Para métodos que não envolvem a determinação de curva de calibração, a gama de
trabalho deverá ser anteriormente definida e poderá ser função de fatores como a quantidade
de amostra disponível, boa visualização de pontos de viragem e volumes gastos, no caso de
volumetrias (RELACRE, 2000).
No caso da gama de trabalho já se encontrar definida com base na bibliografia, torna-se
desnecessário analisá-la.
Linearidade (RELACRE, 2000)
Os coeficientes de correlação são bons indicadores de correlação, o que não significa
que a curva seja linear. Para estudar esse parâmetro deve proceder-se ao cálculo da função
de calibração linear e da função de calibração não linear, bem como os desvios-padrão
residuais. Posteriormente procede-se ao cálculo das variâncias e do valor teste PG.
Comparando o valor PG com o valor tabelado da distribuição F de Snedecor/Fisher e
caso o valor PG seja inferior ao valor F, a função de calibração é linear; caso contrário, a
função de calibração é não linear.
Na prática, a análise da linearidade da reta de calibração deverá ser sempre realizada
através da sua representação gráfica complementando com a análise do coeficiente de
correlação.
26
b. Limiares Analíticos
Limite de Deteção
O limite de deteção (LD) consiste no teor mínimo medido, ou seja, na menor
concentração do analito medida, mas não necessariamente quantificada, sob condições
experimentais estabelecidas, a partir do qual é possível detetar a presença do analito com
uma certeza estatística razoável.
Este parâmetro é normalmente definido pelos analistas aquando o desenvolvimento de
novos métodos ou modificação dos métodos já existentes, em termos do desvio-padrão das
medições dos brancos, uma vez que este não reflete as mesmas condições a que o analito
estará sujeito durante a análise. Tal deve-se ao facto de este ser constituído por todos os
reagentes, exceto a o analito. O limite analisado desta forma permite avaliar as mudanças
que ocorrem durante o desenvolvimento do método, podendo também ser utilizado na
comparação entre instrumentos (Brito et al., 2003).
Na prática, este parâmetro pode ser determinado através do declive da curva de
calibração do método (sinal/ruído), do desvio-padrão da resposta e do coeficiente angular
(sensibilidade do aparelho; declive da curva de calibração) associados aos procedimentos, ou
por métodos estatísticos (Brito et al., 2003; Huber, 2007). No caso de métodos não
instrumentais, como os métodos titrimétricos, é possível determinar o limite de deteção
visualmente, através da viragem do indicador utilizado, onde o limite de deteção corresponde
ao menor valor detetado que produz esse efeito (ANVISA, 2003).
A utilização dos métodos estatísticos requer o conhecimento de dois conceitos: erros do
tipo I e erros do tipo II.
Os erros do tipo I consistem na probabilidade de, não existindo um componente na
amostra, este ser reportado como presente durante a análise. A este tipo de erro encontra-se
associado um risco, denominado risco .
Os erros do tipo II consistem na probabilidade de ser reportado pela análise a ausência
de um componente, quando na verdade este se encontra presente na amostra. A este erro
encontra-se associado um risco do tipo .
Estes dois tipos de erro devem ser minimizados, optando-se pelas recomendações da
IUPAC, onde os riscos α e β devem ser inferiores 5 %. Estas diretivas permitem uma correta
análise dos limiares analíticos (RELACRE, 2000).
27
Para o desenvolvimento de métodos quantitativos, o limiar de deteção é calculado da
seguinte forma:
i. Geral (Equação 12)
LD = X0 + K �0
Onde,
X0 : média aritmética do valor medido durante a análise de uma série de
brancos ou padrões vestígio, entre 10 e 20 ensaios, preparados de forma
independente e lidos ao longo de vários dias, em condições semelhantes; �0 : desvio-padrão associado a X0;
K : valor calculado através do gráfico da distribuição normal, definindo o nível
de confiança.
Caso a lei da probabilidade de X0 seja suficientemente conhecida e definindo um
nível de confiança de cerca de 99.5 %, o valor de K será ≅ 3.3.
ii. Método que envolve a utilização de uma calibração linear (Equação 13)
LD = [ . � ⁄ ]
Onde,
⁄ : desvio-padrão residual da curva de calibração;
: declive da curva de calibração.
Limite de Quantificação
O limite de quantificação (LQ) consiste na menor concentração do analito medida na
amostra, com um nível de veracidade e precisão aceitáveis, sob as condições experimentais
definidas no procedimento (Brito et al., 2003; RELACRE, 2000).
Este parâmetro é particularmente utilizado na determinação das impurezas ou da
degradação dos produtos e é utilizado com frequência e preferencialmente nos relatórios de
ensaio (Huber, 2007; RELACRE, 2000).
Na análise quantitativa, o limite de quantificação calcula-se da seguinte forma (RELACRE,
Equação 12
Equação 13
28
2000):
i. Geral (Equação 14)
LQ = X0 +10 �0
Onde,
X0 : média aritmética do valor medido durante a análise de uma série de
brancos ou padrões vestígio, entre 10 e 20 ensaios, preparados de forma
independente e lidos ao longo de vários dias, em condições semelhantes; �0 : desvio-padrão associado a X0;
10 : coeficiente de variação recomendado pelo IUPAC.
ii. Solução- padrão vestígio ou branco fortificado (RELACRE, 2000)
Para determinar o LQ pode utilizar-se um conjunto de soluções-padrão vestígio
ou brancos fortificados, elaborados de forma independente e testados em condições
de precisão intermédia. Sobre estes serão realizados estudos de exatidão e de
precisão.
A estimativa do LQ adotada é a concentração do analito presente na amostra,
onde a precisão e exatidão se encontrem em níveis aceitáveis (inferiores ou iguais a
10 %).
iii. Método que envolve a utilização de uma calibração linear (Equação 15)
(RELACRE, 2000)
LQ = [ � ⁄ ]
Onde,
⁄ : desvio-padrão residual da curva de calibração;
: declive da curva de calibração.
c. Sensibilidade
A determinação da sensibilidade de um método permite verificar a capacidade deste
Equação 14
Equação 15
29
distinguir pequenas diferenças de concentração de um analito (RELACRE, 2000).
Nos métodos sensíveis, uma pequena variação da concentração do analito emite uma
grande variação no valor medido (Brito et al., 2003).
Para o caso de métodos de análise instrumentais, a sensibilidade pode ser definida como
a razão entre a adição do valor lido, ∆L, e a variação da concentração, ∆C correspondente.
Caso o método envolva uma curva de calibração, este parâmetro pode ser determinado
através da primeira derivada da curva de calibração no ponto que corresponde a essa zona
de concentração. Se a curva se verificar linear, a sensibilidade corresponde ao declive da reta
de calibração, constante ao longo da gama de trabalho (RELACRE, 2000).
Para um método volumétrico, a sensibilidade, , é determinada pela relação entre a
estequiometria do titulante e do titulado, no ponto de equivalência- Equação 16 (Harvey,
2009).
T = × A ,
Onde é obtido da seguinte forma:
T = A ⇔ A = T × T ⇔ T = �� × A,
Ou seja, = �� .
A sensibilidade do método volumétrico pode ser aperfeiçoada reduzindo a concentração
do titulante, que se verifica ser inversamente proporcional ao .
Para titulações dipróticas, este parâmetro pode ser melhorado através da realização da
titulação no segundo ponto de equivalência, que resultará num valor de correspondente a = �� (Harvey, 2009).
3) Seletividade/Especificidade
Pode classificar-se um método como sendo seletivo quando este apresenta a capacidade
de identificar e distinguir um determinado analito numa amostra complexa, sem interferência
Equação 16
30
dos restantes elementos.
Um método específico caracteriza-se como sendo um método que apresenta garantias
de que a grandeza medida provém unicamente do analito que se pretende analisar.
De forma a testar as interferências deve proceder-se à realização de testes de
recuperação utilizando uma série de amostras variando a concentração conhecida de
analitos, ao longo da gama de trabalho, com a mesma matriz.
A seletividade/especificidade pode ser analisada através da determinação da taxa de
recuperação, TR, (Equação 17) associada a cada concentração em estudo.
% = i ×
Onde,
i : concentração determinada a partir do método a ser validado;
� : concentração real da solução analisada.
Devem ser realizados duplicados das amostras e em condições de repetibilidade. Se a
taxa de recuperação for próxima de 100 %, entre 85 % e 115 %, o método em questão pode
ser considerado aplicável, isto é, específico e seletivo (RELACRE, 2000).
Na prática, é raro encontrar-se métodos totalmente específicos, trabalhando-se com
métodos seletivos.
4) Robustez
A robustez de um método corresponde à medição da capacidade de um método
permanecer inalterado, quando sujeito a modificações estudadas, nos parâmetros do mesmo.
A avaliação deste parâmetro pode ser levada a cabo através de métodos estatísticos que
analisam, simultaneamente, os efeitos das modificações em diferentes variáveis do método.
Estes testes indicam os fatores que podem influenciar de forma significativa a resposta
do método em estudo, revelando as consequências que resultam quando este é repetido em
diferentes condições ou é transferido para outro laboratório (Brito et al., 2003). Os dados
obtidos auxiliam na perceção de onde o método necessita de ser revalidado, sendo que todos
Equação 17
31
os dados críticos para o método devem ser documentados (Huber, 2007).
Um método é classificado como robusto quando se revela praticamente insensível a
pequenas variações que possa ocorrer durante a sua execução (RELACRE, 2000).
4.3. Estimativas da incerteza das medições
A incerteza associada aos resultados finais das medições caracteriza a gama de valores entre
os quais o valor real se encontra, com um nível específico de confiança. Estes valores encontram-
-se associados a incertezas que provêm de diferentes origens, como as condições ambientais, as
incertezas associadas aos próprios equipamentos, os valores de referência, as aproximações e as
hipóteses associadas aos métodos e procedimentos de medição (Silva, 2013).
Na norma ISO 17025 consta que os laboratórios devem ter e aplicar um procedimento para
estimar a incerteza de medição de todas as calibrações e tipos de calibrações, para o cálculo das
incertezas de medição. Quando for estimada a incerteza de medição, todos os componentes de
incerteza que se revelarem importantes para um determinado procedimento devem ser
considerados, utilizando-se métodos adequados de análise (Guide, 2002; Santos, 2001).
A incerteza pode ser expressa como um desvio padrão ou um múltiplo calculado a partir do
desvio padrão. Na obtenção ou para estimar a incerteza relativa a um método ou a um analito
particular é extremamente necessário assegurar que a estimativa considera explicitamente todas
as possíveis fontes de incerteza e avalia significativamente os componentes. A repetibilidade e a
reprodutividade não são, normalmente, estimativas totalmente fiéis da incerteza de um método,
visto nenhum dos parâmetros ter em conta as incertezas associadas aos erros sistemáticos
inerentes aos métodos (Guide, 2002; Santos, 2001).
As normas e os guias existentes relativamente ao cálculo da incerteza das medições
apresentam várias abordagens utilizadas na sua determinação, sendo as mais utlizadas (IPAC,
2007):
1. Abordagem “passo a passo”: De forma a atribuir um valor à incerteza de uma medição
é necessário proceder-se à identificação de todas as possíveis fontes de incerteza e quantificar
cada contribuição significante (variáveis de entrada). Estes valores podem ser calculados
através da medição da dispersão dos resultados, obtidos a partir de um número adequado de
medições, sujeitas a uma gama representativa de condições, onde o número de medições não
deve ser inferior a dez. Posteriormente, deve proceder--se ao cálculo da incerteza-padrão
32
associada a todas as fontes de incerteza identificadas, assinalando todas as correlações entre
variáveis. O resultado do mensurando deve ser calculado em função das variáveis de entrada,
seguido do cálculo da incerteza combinada e da incerteza expandida. O resultado deve ser
expresso com a incerteza expandida associada.
A quantificação das incertezas de análises químicas deve incluir todas as operações unitárias
mais frequentemente realizadas em ensaios químicos, como a pesagem, a medição de um
volume, a medição física e a utilização de métodos instrumentais (IPAC, 2007).
2. Abordagem baseada em dados de ensaios interlaboratoriais: A incerteza
associada aos resultados de um método pode ser determinada através dos resultados de
ensaios interlaboratoriais. Esta abordagem pode ser dividida nas etapas descritas na
abordagem “passo a passo”. Existem três formas para determinar a incerteza, sendo essas: a
abordagem baseada no desvio padrão de reprodutibilidade do método analítico, definido em
normas de ensaio ou obtido através de ensaios intrelaboratoriais; a abordagem baseada no
desvio padrão de resultados de participantes num ensaio interlaboratorial multi-métodos; a
abordagem baseada na dispersão das diferenças entre valores de referência e resultados do
laboratório nos ensaios interlaboratoriais (IPAC, 2007).
3. Abordagem baseada em dados de validação e do controlo interno da
qualidade: Esta abordagem consiste na utilização de parâmetros do desempenho global do
método, estimados em ensaios intralaboratoriais. A determinação da incerteza baseia-se na
combinação das incertezas associadas à exatidão e precisão do método, mantendo constante
as fontes de incerteza relevantes. Os componentes são combinados de forma independente
através de uma expressão multiplicativa ou, particularmente, através de uma expressão aditiva.
A escolha recai no fato de se considerar uma gama variada de concentrações, utilizando-se a
expressão multiplicativa, ou uma gama estreita de concentrações, utilizando-se a expressão
aditiva. Esta abordagem pode ser dividida nas etapas consideradas na abordagem “passo a
passo” (IPAC, 2007).
Nem sempre é necessário avaliar a incerteza de todos os testes e tipos de amostras, sendo
normalmente suficiente investigar a incerteza para um método particular, apenas uma vez, e
33
utilizar essa informação para estimar a incerteza das medições para todos os testes levados a
cabo no âmbito desse método (Guide, 2002).
Os resultados expressos com a incerteza associada devem apresentar a seguinte forma:
(Resultado ± Incertezaexpandida) Unidades
A incerteza expandida é habitualmente igual à incerteza-padrão combinada, convertida
através de um fator de expansão k, normalmente igual a 2, permitindo associar ao resultado um
nível de confiança aproximadamente igual a 95 % (IPAC, 2007).
34
35
Capítulo III - Matérias-Primas e Produtos
Descrição das Matérias-Primas e Produtos Comercializados na
Empresa
A RNM comercializa uma gama variada de produtos químicos utilizados em diversas áreas,
como a área alimentar, ambiental, têxtil, entre muitas outras. De forma a respeitar os requisitos
dos clientes a empresa possui um laboratório onde são levados a cabo diversos métodos de análise
à conformidade dos produtos, garantindo a sua qualidade.
Ao longo do projeto foram realizados diversos procedimentos que permitiram avaliar a
conformidade das matérias-primas e dos produtos comercializados na empresa.
Determinados produtos, como o ácido fosfórico e a glicerina USP, exigiram a realização de
uma pesquisa sobre os parâmetros mais relevantes, uma vez que apresentaram características
diferentes das habituais, tendo sido necessário analisar os produtos por métodos diferentes dos
habituais.
5.1. Ácido Fosfórico
O ácido fosfórico é um ácido triprótico, ou seja, é um ácido que cede três iões de hidrogénio
por ionização (Chang, 2006). Assim sendo, este possui três etapas de dissociação, que resultam
em três pontos de equivalência para o sistema. A cada etapa encontra-se associada uma constante
de dissociação, Ki.
1.ª etapa: H PO ⇄ H+ + H PO−
2.ª etapa: H PO− ⇄ H+ + HPO −
3.ª etapa: HPO − ⇄ H+ + PO −
O primeiro ponto de equivalência é atingido quando o pH é 4.67, o segundo quando o pH é
9.45 e o terceiro quando o pH é 11.85.
= . × − mol/L
= . × −8 mol/L
= . × − mol/L
36
Para identificar o primeiro ponto de equivalência pode utilizar-se como indicador o alaranjado
de metilo ou verde de bromocresol, podendo em paralelo preparar-se uma solução de
dihidrogenofosfato de potássio anidro para comparar a viragem do indicador.
O segundo ponto de equivalência pode ser identificado através da utilização do indicador
fenolftaleína ou timolftaleína. No entanto, caso se utilize como indicador a fenolftaleína, deve
adicionar-se ao meio uma solução saturada de NaCl uma vez que o ponto de viragem do indicador
é 8.3. Assim, adicionando a solução de cloreto de sódio, a força iónica do meio irá aumentar,
diminuindo a extensão da hidrólise dos iões. O indicador apropriado seria o azul de timol ou
timolftaleína, uma vez que a sua gama de viragem é entre 9.3 e 10.5.
O terceiro ponto de equivalência não apresenta interesse analítico, visto a terceira constante
de dissociação ser muito pequena (Baccan et al., 1979).
A concentração de uma amostra de ácido fosfórico comercial pode ser determinada a partir
da realização de uma titulação com uma solução de hidróxido de sódio, com concentração de
0.1 mol/L. As equações da reação entre o ácido fosfórico e o hidróxido de sódio na primeira e
segunda titulação são as seguintes:
1.ª titulação: H PO + NaOH → NaH PO + H O
2.ª titulação: H PO + NaOH → Na HPO + H O
A partir do volume de titulante gasto durante a 2.ª titulação, e uma vez que a realização de
uma terceira titulação não apresenta interesse analítico, é possível determinar a concentração da
amostra de ácido fosfórico de interesse, através da alteração da Equação 2.
× H = H
Uma vez que se trata de uma reação ácido-base, onde as unidades de reação são os protões,
a Equação 2 representa a 2.ª titulação o ácido fosfórico, onde este consegue doar 2 protões e o
NaOH apenas consegue receber 1 protão (Harvey, 2000).
5.2. Glicerina USP Vegetal
A glicerina consiste num produto cujo principal constituinte é o glicerol e a sua obtenção
37
deriva de gorduras e óleos sujeitos a processos de saponificação, hidrolisação ou transesterificação
(SDA, 1990).
Este produto é considerado como bastante versátil uma vez que apresenta uma combinação
única de propriedades químicas e físicas, uma elevada compatibilidade com uma série de
substâncias e revela-se de fácil manuseamento.
Quimicamente, a glicerina consiste num álcool, estável sob várias condições. Fisicamente,
este produto é solúvel em água, límpido, quase incolor, sem odor, viscoso, higroscópico (em
contacto com a atmosfera, absorve a água) e apresenta um elevado ponto de ebulição (SDA,
1990).
A glicerina pode ser classificada como USP caso respeite uma série de especificações
estabelecidas na monografia da United States Pharmacopeia, USP, como apresentar um teor de
glicerol não inferior a 95 % e massa volúmica não inferior a 1.249 mg/L, a 25 °C. Comercialmente
pode encontrar-se este produto contendo 96 %, 99 % e 99.5 % de glicerol. Esta apresenta diversas
aplicações, tais como, na área alimentar, na indústria tabaqueira, na área farmacêutica, na área
cosmética, entre muitas outras (SDA, 1990).
O produto deve também respeitar os parâmetros requisitados pelo fornecedor, que são:
O teor de glicerol, que deve ser igual ou superior a 99.5 %;
A massa volúmica, a 20 °C, que deve encontrar-se 1.249 g/mL e 1.265 g/mL;
O índice de refração, que deve apresentar valores entre 1.470 e 1.475.
5.3. Coagulante/Floculante
O coagulante/floculante produzido na empresa é utilizado no tratamento de águas residuais.
Este produto consiste num polímero orgânico catiónico, de baixo peso molecular, obtido a partir
de taninos presentes nas cascas de árvores. A sua ação baseia-se na neutralização e destabilização
das cargas dos resíduos, originando flocos compactos, o que facilita a sua remoção (GAC, 2015).
Na empresa são avaliados os seguintes parâmetros do produto: a massa volúmica, o pH e o
resíduo seco.
5.4. Diluentes
Os diluentes são líquidos voláteis, inflamáveis e tóxicos utlizados como produtos auxiliares no
emprego das tintas, conferindo-lhes a viscosidade característica. Podem ser também utilizados
38
como agentes de limpeza e lavagem de equipamentos utilizados na aplicação e preparação de
produtos sintéticos e celulósicos (Dyrup, 2015). Na empresa são produzidos diversos tipos de
diluentes, tais como diluentes TVC Celuloso, RE001, RE002, RE007, avaliando-se a massa
volúmica de cada produto, por forma a poder considera-lo conforme/não-conforme.
5.5. Hidróxido de sódio
O hidróxido de sódio apresenta como fórmula química NaOH e é normalmente designado
soda cáustica. Este produto é geralmente comercializado pela empresa em solução, apresentando
a concentração de 20 %, 30 % e 50 %. Caracteriza-se por ser altamente tóxico e corrosivo, reagindo
quimicamente com uma grande variedade de produtos químicos, sendo bastante utilizado como
agente de limpeza e como matéria-prima na produção de um grande conjunto de produtos de valor
(DOW, 2015).
O controlo da qualidade da sua produção é realizado através da análise à sua concentração.
5.6. Hipoclorito de sódio
O hipoclorito de sódio é comummente utilizado como desinfetante e resulta da reação entre
hidróxido de sódio e cloro. Este produto é normalmente encontrado com a concentração de 13 %
e 15 % em cloro ativo e apresenta uma coloração amarelada e um odor bastante intenso. Por
norma, as características do produto avaliadas para poder ser qualificado como conforme são a
concentração em cloro ativo.
5.7. Peróxido de Hidrogénio
O peróxido de hidrogénio, conhecido também como água oxigenada, é um dos produtos mais
requisitados na empresa, sendo vendido em concentrações de 35 %, 50 % e 70 %. A qualidade do
produto é avaliada através da determinação da concentração de peróxido de hidrogénio, da
medição do pH do produto, da sua estabilidade e acidez. No entanto, apenas alguns clientes
exigem dados sobre a estabilidade da água oxigenada e a sua acidez. Posto isto, os parâmetros
avaliados são a concentração das soluções e o seu pH.
5.8. Produtos de Detergência
De forma a controlar a qualidade dos produtos de detergência produzidos analisam-se as
39
suas características que, comparando com as especificações definidas pelo cliente, permitem
confirmar se o produto se encontra conforme. Assim sendo, determina-se a massa volúmica do
produto, a sua concentração e mede-se o pH da solução.
40
41
Capítulo IV - Metodologia
O projeto desenvolvido na RNM teve como objetivos a implementação de um novo método de
análise, a determinação da pureza do ácido fosfórico comercial, a análise da qualidade da glicerina
USP e do ácido fosfórico comercial.
Controlo da Qualidade das Matérias-Primas e da Produção
6.1. Ácido Fosfórico Comercial
Um dos lotes de ácido fosfórico de concentração 80 % chegou às instalações da RNM
apresentando um precipitado branco no fundo do contentor de armazenamento com aparência de
se encontrar congelado. Posto isto, tornou-se necessário encontrar a razão para a diferença de
fases do produto, procedendo-se assim à análise do produto.
A análise do ácido fosfórico passou pela determinação da concentração através da avaliação
da massa volúmica das duas fases. A fase líquida será denominada de “Líquido” de agora em
diante, e a fase sólida, que foi descongelado numa estufa antes da análise, será de agora em
diante conhecido como “Descongelado”.
A massa volúmica do Líquido e do Descongelado foi determinada através da pesagem das
soluções e registando-se os valores observados.
Segundo Green & Perry, 2008, é possível determinar a concentração de uma amostra de
ácido fosfórico a partir da sua massa volúmica, a 20 º C.
Todos os procedimentos e cálculos relacionados com os parâmetros analisados encontram-
se descritos no Anexo I.
6.2. Glicerina USP Vegetal
Durante o armazenamento da glicerina USP nas instalações da empresa o produto sofreu
uma contaminação com hipoclorito de sódio. De forma a perceber qual a influência deste
acontecimento na qualidade do produto procedeu-se à análise de alguns parâmetros,
especificados pelo fornecedor no relatório de análise do produto (Anexo II).
Após a contaminação do produto tentou-se retirar o hipoclorito de sódio por decantação, tendo
42
sido recolhida uma amostra da glicerina contaminada e após decantação.
Para tal, foram analisadas 3 amostras: a amostra original de glicerina, denominada de
“original”; a amostra contaminada com hipoclorito de sódio, denominada de “contaminada” e
uma amostra da glicerina obtida após decantação, denominada de “decantada”.
Um dos parâmetros avaliados foi a massa volúmica de cada amostra, sendo que para tal se
pesou um determinado volume de cada amostra, calculando-se o valor correspondente.
Outro parâmetro analisado foi o índice de refração das amostras, medido a 19.5 °C, através
de um refratómetro Abbe, onde uma fina camada da amostra é colocada na superfície de um
prisma refratométrico. Os ensaios foram realizados em triplicado para a cada amostra.
Para determinar o teor de glicerol na amostra original, contaminada e decantada foi preparada
uma amostra de cada uma das condições em estudo, original, contaminada e decantada, com
uma concentração de aproximadamente 10 g/L.
As amostras foram injetadas numa coluna cromatográfica de elevada eficiência, High
Performance Liquid Chromatography (HPLC). A coluna cromatográfica possui uma bomba Jasco
880-Pu, que permite a injeção das amostras com um caudal de 0.7 mL/min. O eluente da coluna
organic compounds Chrompack é uma solução de ácido sulfúrico de concentração 5 mmol/L, que
se encontrava à temperatura 60 °C. À coluna encontrava-se acoplado um detetor de índice de
refração RI Jasco 830-RI. Os dados obtidos foram transmitidos para o computador, que continha
o software STAR. Os picos correspondentes ao glicerol foram integrados através do software e
determinaram-se as suas áreas. A partir da média dos valores das áreas obtidas através das três
injeções foi possível determinar o teor de glicerol em cada amostra.
O processo de quantificação necessitou da construção de uma curva de calibração, tendo por
isso sido preparada uma solução-mãe que apresentava uma concentração de 16 g/L e, através
da sua diluição, obtiveram-se as restantes soluções-padrão necessárias. Cada amostra foi injetada
na coluna cromatográfica e determinaram-se as áreas do pico do glicerol correspondentes.
Todos os procedimentos executados, bem como a descrição dos cálculos efetuados, durante
a análise da glicerina encontram-se descritos no Anexo II.
Controlo da Qualidade na Implementação de Métodos de Ensaio
O método a implementar surgiu da necessidade de determinar a pureza das soluções de
ácido fosfórico comercializadas na empresa. Este produto é comercializado em soluções com
43
concentração de 70 %, 75 %, 80 % e 85 %.
O processo desenvolvido com vista à implementação de um novo método de análise exigiu a
realização de uma pesquisa bibliográfica pormenorizada sobre o produto em questão, o ácido
fosfórico comercial, e sobre as características dos métodos que tornavam possível a sua integração
na rotina laboratorial.
Posto isto, foi encontrado na literatura científica, Baccan et al., 1979, um método tritrimétrico
que utilizava como titulante uma solução padronizada de hidróxido de sódio, com uma
concentração de 0.1 mol/L, e sugeria a utilização de diferentes indicadores. Assim sendo,
testaram-se inicialmente os indicadores disponíveis e verificou-se qual destes permitia a obtenção
de resultados mais exatos.
Uma vez que o titulante utilizado era um padrão secundário foi necessário realizar a sua
padronização para se determinar a exata concentração da solução, utilizando para o efeito uma
solução de biftalato de potássio, C8H5KO4, como padrão primário.
Após a pesagem e secagem do biftalato numa estufa, a 110 °C, num período de tempo entre
1 h a 2h, prepararam-se três soluções com concentrações entre 24 g/L e 28 g/L, utilizando água
destilada, e realizando uma titulação com a solução de hidróxido de sódio, utilizando fenolftaleína
como indicador. O volume de titulante gasto permitiu calcular a sua concentração.
Para selecionar o indicador a utilizar na titulação procedeu-se à realização de uma série de
10 ensaios, utilizando como amostra uma solução de ácido fosfórico de 85.34 %, para cada uma
das opções, seguido dos cálculos para a determinação da concentração da amostra de interesse
e análise dos resultados.
Uma vez que o ácido fosfórico é um ácido triprótico, onde apenas as duas primeiras
dissociações apresentam interesse analítico, foram estudadas três diferentes alternativas de
utilização de indicadores:
Alternativa 1: utilização do indicador alaranjado de metilo para determinar o primeiro ponto de
equivalência, seguindo-se a utilização do indicador timolftaleína para determinar o segundo ponto
de equivalência;
Alternativa 2: utilização do indicador alaranjado de metilo para determinar o primeiro ponto de
equivalência, seguindo-se a utilização do indicador fenolftaleína para determinar o segundo ponto
de equivalência;
Alternativa 3: utilização do indicador timolftaleína para determinar o segundo ponto de
44
equivalência.
O volume gasto na determinação do segundo ponto de equivalência fornece a informação
necessária para determinar a concentração das amostras de ácido fosfórico.
As soluções utilizadas no estudo desenvolvido com vista à seleção da proposta mais adequada
foram preparadas através de uma solução de ácido fosfórico com uma concentração de 85.34 %,
como se verifica do relatório de análise que consta no Anexo III. Inicialmente procedeu-se à
preparação da solução-mãe, de concentração 8 g/L, transferindo-se 25 mL da solução para um
erlenmeyer. De seguida adiciona-se o indicador selecionado e procede-se à titulação, utilizando
uma solução de hidróxido de sódio a 0.1 mol/L.
Posto isto, a primeira alternativa consiste na realização de duas titulações, sendo que na
primeira utilizam-se 4 gotas do indicador alaranjado de metilo e, após viragem do indicador,
adicionam-se ao meio 4 gotas do indicador timolftaleína. Visto a viragem dos indicadores ser de
difícil perceção, é possível medir o pH para auxiliar na identificação do ponto final da titulação. A
gama de pH que corresponde à viragem do indicador alaranjado de metilo é 2.9 a 4.6 e a gama
de pH que corresponde à viragem do indicador timolftaleína é a 9.3 a 10.5.
A segunda alternativa consiste na realização de duas titulações, utilizando na primeira o
indicador alaranjado de metilo e, de seguida, o indicador fenolftaleína, que apresenta uma gama
de pH de viragem do indicador de 8.3 a 10.0.
Já a terceira alternativa baseia-se na utilização de apenas um indicador, a timolftaleína, uma
vez que não se revela de elevado interesse para o laboratório a realização de duas titulações e a
informação obtida é a necessária.
Anteriormente à realização dos ensaios procedeu-se à realização de um branco, utilizando
água destilada e realizando a titulação, cujo valor obtido foi subtraído no valor gasto de titulante
em cada titulação.
Paralelamente, determinou-se a massa volúmica da amostra de ácido fosfórico de interesse,
uma vez que este parâmetro é necessário na determinação da pureza da amostra.
Os procedimentos realizados, bem como os cálculos efetuados para determinar a pureza das
amostras de ácido fosfórico analisado, encontram-se detalhadamente descritos no Anexo III.
De forma a confirmar que o método apresentado é apropriado para o objetivo proposto,
determinar a concentração de uma amostra de ácido fosfórico comercial, procedeu-se à sua
45
validação, determinando-se os seguintes parâmetros:
1) Limites analíticos: realizaram-se 15 ensaios, esses ensaios são realizados em brancos, ou
seja, utilizando água desmineralizada como titulado e adicionando o indicador ao meio;
2) Seletividade: realizaram-se 10 ensaios, para cada concentração em estudo (10 %, 20 %,
50 %, 75 % e 85 %);
3) Sensibilidade: através de concentração da solução de hidróxido de sódio e com recurso à
Equação 16;
4) Repetibilidade: realizaram-se 10 ensaios, variando as concentrações entre os valores mais
comummente analisados pelo laboratório, 70 %, 75 %, 80 % e 85 %;
5) Precisão Intermédia: realizaram-se 10 ensaios a uma amostra de concentração conhecida,
variando as condições de análise, mais precisamente, o dia de análise;
6) Exatidão: realizaram-se 10 ensaios e variando a concentração (20 %, 50 % e 85 %).
Outro objetivo deste projeto passava também pela integração na rotina laboratorial da RNM,
tendo sido realizados no decorrer do tempo vários procedimentos com vista ao controlo da
qualidade dos produtos e matérias-primas. Todos os procedimentos realizados encontram-se
descritos no Anexo IV.
46
47
Capítulo V - Apresentação e Discussão De Resultados
Controlo da Qualidade dos Produtos e Matérias-Primas
Ácido Fosfórico
O estudo das suas características do ácido fosfórico passou pela determinação da
concentração, bem como da massa volúmica dos produtos em análise, Líquido e Descongelado.
O valor da massa volúmica, a 20 º C, foi determinado para cada amostra, através do qual e
com recurso à literatura, foi possível determinar a percentagem de ácido fosfórico presente em
cada amostra, sendo que os valores se encontram apresentados também na Tabela 1.
Tabela 1: Massa volúmica, ρH3PO4, e concentração, CH3PO4, das amostras em estudo, Líquido e Descongelado, e respetivas incertezas determinadas com 95 % de confiança
ρH3PO4 / (g/mL) CH3PO4 /%
Líquido 1.6513 ± 0.0026 81.21
Descongelado 1.7328 ± 0.0028 88.21
Analisando os valores obtidos verifica-se que a amostra Descongelado possui uma massa
volúmica de 1.7328 g/mL e consequentemente uma concentração de 88.21 % em ácido fosfórico,
enquanto a amostra Líquido apresenta um valor de 1.6513 g/mL e uma concentração de 81.21 %
de ácido fosfórico. Assim sendo, é possível afirmar que o produto que se encontra em estado
sólido, mesmo depois de descongelado, apresenta massa volúmica e concentração superior ao
produto Liquido.
Uma vez que não se conhecia a razão para a solução se encontrar em estado sólido foi
necessária a realização de uma pesquisa mais aprofundada sobre as características do ácido
fosfórico. Segundo a literatura, PotashCorp, 2015, o ponto de congelamento de uma solução de
ácido fosfórico a 80 % é 4.6 °C e o ponto de congelamento de uma solução de 85 % é 21.1 °C,
sendo que a temperatura aumenta com a concentração da solução, como se pode verificar no
gráfico que consta no Anexo I (Guilmour, 2014; PotashCorp, 2015). Assim sendo, tendo em conta
que a solução congelada apresenta uma concentração de 88.21 % e um ponto de congelamento
48
de 26 °C, uma vez que a temperatura de transporte não era a indicada, o produto congelou,
apresentado diferentes fases para as diferentes concentrações.
Glicerina USP Vegetal
De forma a determinar os parâmetros característicos da glicerina vegetal que sofreu
contaminação e, também, da glicerina sujeita ao processo de decantação procedeu-se à análise
das amostras correspondentes.
Os parâmetros analisados foram:
A massa volúmica, ρ;
O índice de refração, ;
O teor de glicerol, P.
A massa volúmica de cada amostra em estudo, a amostra Original, Contaminada e
Decantada, encontra-se apresentada na Tabela 2.
O cálculo da massa volúmica da cada amostra analisada permitiu avaliar se estas se
encontram dentro da gama definida pelo fornecedor como produto conforme, uma vez que a
massa volúmica do produto deve ser superior a 1.249 g/mL e inferior a 1.265 g/mL.
Tabela 2: Massa volúmica, ρglicerina, associadas às amostras analisadas e respetiva incerteza determinada com um nível de confiança de 95 %
ρglicerina/(g/mL)
Original 1.256 ± 0.0038
Contaminada 1.252 ± 0.0038
Decantada 1.250 ± 0.0038
Assim sendo, é possível afirmar que a amostra original, que apresenta como massa volúmica
1.256 g/mL, a amostra contaminada que apresenta como massa volúmica um valor de
1.252 g/mL e a amostra decantada, que apresenta como valor de massa volúmica 1.250 g/mL,
se encontram dentro do intervalo definido como aceitável para um produto USP e tendo em conta
as exigências do cliente.
No entanto, comparando o valor obtido na análise da amostra original como valor revelado
49
pelo laboratório do fornecedor verificou-se que o valor calculado para a amostra original era inferior
ao valor revelado pelo laboratório. Tal variação pode dever-se às condições ambientais em que se
efetuou a pesagem, ao observador, bem como às características do equipamento utilizado.
Analisando e comparando os valores obtidos para cada amostra entre si verifica-se que a
amostra original apresenta o valor mais elevado, seguido da amostra contaminada e terminando
na amostra decantada.
Outro parâmetro analisado foi o índice de refração das amostras, medido a 19.5 °C, através
de um refratómetro. Este parâmetro corresponde à razão entre a velocidade da luz em dois meios
diferentes, sendo neste caso particular, a razão entre a velocidade da luz no ar e a velocidade da
luz na amostra e, por isso, se revele uma grandeza adimensional. O índice de refração permite
avaliar qualitativamente uma amostra, na medida em que este varia com a diferença das
estruturas atómicas, permitindo identificar a presença de um composto numa amostra.
Os valores de cada ensaio encontram-se apresentados no Anexo V.
O índice de refração de cada amostra analisada é representado por e encontra-se
apresentado na Tabela 3.
Tabela 3: Índice de refração, n, a 19.5 ºC, da amostra original, contaminada e decantada
Original 1.4740 ± 0.0005
Contaminada 1.4720 ± 0.0005
Decantada 1.4750 ± 0.0005
Observando os valores obtidos para cada amostra analisada verifica-se que a amostra
decantada apresenta o valor do índice de refração mais elevado, 1.475, seguido da amostra
original, 1.474 e, terminando com a amostra contaminada, que apresenta o valor mais baixo,
1.472. Comparando os valores obtidos para cada amostra com os valores estipulados pelo
fornecedor, cujo intervalo é 1.470 a 1.475 é possível confirmar que estes se encontram dentro do
intervalo definido pelo cliente como aceitável para glicerina vegetal USP.
O teor de glicerol presente nas amostras foi analisado com recurso à cromatografia líquida
50
de alta eficiência, mais comummente conhecida como HPLC. Esta é uma tecnologia de elevada
exatidão, sendo por isso um recurso bastante utilizado na determinação da concentração de
diferentes composto numa amostra.
Na Tabela 4 encontra-se a concentração das soluções preparadas para análise, cujos valores
utilizados para o seu cálculo se encontram no Anexo V.
Tabela 4: Concentração, Camostra, da amostra original, contaminada e decantada e respetivas incertezas determinadas com um nível de confiança de 95 %
Camostra /(g/L)
Original 9.26 ± 0.007
Contaminada 8.54 ± 0.006
Decantada 9.30 ± 0.007
As amostras foram injetadas na coluna do HPLC, e obtiveram-se as áreas dos picos
correspondentes ao glicerol, sendo assim possível determinar o teor de glicerol em cada amostra.
Os valores obtidos em cada injeção encontram-se apresentados no Anexo V.
Para determinar o teor de glicerol em cada amostra tendo como dados a área do pico de
cada amostra foi necessário proceder-se à construção da curva de calibração. Cada solução-
- padrão preparada foi injetada na coluna cromatográfica e determinaram-se as áreas do pico do
glicerol correspondentes. Todos os valores relativos à preparação destas soluções, bem como as
áreas dos picos determinadas, encontram-se dispostos no Anexo V. A curva de calibração
construída que relaciona o teor de glicerol presente em cada amostra padrão produzida e a área
do pico correspondente encontra-se apresentada no Anexo V.
A curva de calibração obtida apresenta a seguinte equação da reta:
�V = (472.59 ± 14.50) � i/ – (41.67 ± 143.29)
O coeficiente de correlação, r, associado à reta foi 0.9997, o que permite obter bons
resultados por interpolação, uma vez que este se revelou superior a 0.995 (RELACRE, 2000). Já
o coeficiente de determinação, r2, revelou ser 0.9995, o que mostra que a não existe grande
variabilidade de resultados, visto o valor ser próximo à unidade, portanto a reta é válida.
51
Através da equação da reta obtida pela construção da curva de calibração foi possível
determinar a concentração de glicerol presente na amostra original, contaminada e decantada,
utilizando para tal os valores obtidos da área do pico do glicerol de cada amostra. A partir dos
valores da concentração foi possível calcular a pureza da amostra, ou seja, o teor de glicerol,
apresentado em percentagem.
O teor de glicerol presente em cada amostra analisada e a pureza determinada encontram-
- se apresentado na Tabela 5.
Tabela 5: Conteúdo de glicerol, Cglicerol, de cada amostra analisada, e pureza associada, P
Cglicerol /(g/L) P/%
Original 9.18 ± 0.1 99.21 ± 0.086
Contaminada 8.16 ± 0.1 95.56 ± 0.086
Decantada 9.22 ± 0.1 99.18 ± 0.086
Analisando os dados obtidos e comparando o valor da amostra original enviado pelo
laboratório do fornecedor, que revelou ser 99.8 %, como se verifica através do relatório de análise
do produto (Anexo II), verificou-se uma discrepância entre estes. Tal variação pode ter como causa
a variação das condições de análise, uma vez que a curva de calibração não foi preparada no dia
da análise da amostra.
Assim sendo, o teor de glicerol de cada amostra foi calculado tendo em conta que a
concentração da amostra era de 99.8 %, como revelava o relatório de análise do produto (Anexo
II).
Os valores obtidos para cada amostra, bem como a pureza associada, encontram-se
apresentados na Tabela 6.
Observando os valores obtidos parece ser possível afirmar que a amostra decantada, que
apresenta um teor de glicerol de 99.78 %, pode ser considerada glicerina vegetal USP, uma vez
que o teor de glicerol é superior a 99.50 %, e conforme, tendo em conta as especificações do
cliente. Já o mesmo não é possível afirmar em relação à glicerina contaminada, uma vez que esta
apresenta um teor em glicerol de 96.12 %. Tal valor pode dever-se ao facto da amostra possuir o
contaminante, hipoclorito de sódio.
52
Tabela 6: Registo do teor de glicerol determinado em cada amostra por HPLC, Cglicerol, e pureza associada, P
Por questões de segurança, o produto foi vendido como glicerina técnica.
Controlo da Qualidade na Implementação e Validação de Métodos de
Ensaio
9.1. Determinação da Concentração do Ácido Fosfórico Comercial
A pureza de uma amostra de ácido fosfórico comercial, H3PO4, foi determinada a partir de
um método tritrimétrico que utiliza como titulante uma solução de hidróxido de sódio, NaOH, com
concentração de 0.1 mol/L.
A concentração do titulante deve apresentar uma concentração próxima de 0.1 mol/L, sendo
que a sua determinação exige a realização de uma padronização, utilizando biftalato de potássio,
C8H5KO4, como padrão primário. Os volumes de titulante gastos durante a titulação do padrão
primário permitiu o cálculo da concentração do NaOH.
A Tabela 7 apresenta os valores da concentração das soluções de NaOH utilizadas ao longo
da validação, obtida através da padronização com biftalato de potássio. Os restantes dados
relativos à padronização encontram-se apresentados no Anexo V.
Tabela 7: Concentração média da solução de NaOH, CNaOH obtida através da padronização com biftalato de sódio, C8H5KO4
Tendo em conta os resultados obtidos verificou-se que o valor médio da concentração da
solução de NaOH obtido foi 0.10 mol/L.
Cglicerol /(g/L) P/%
Original 9.24 ± 0.1 99.80 ± 0.087
Contaminada 8.21 ± 0.1 96.12 ± 0.087
Decantada 9.28 ± 0.1 99.78 ± 0.087
Solução
1 2 3 4 5
Hmol/L 0.1004 ± 0.0005 0.1003 ± 0.0005 0.1011 ± 0.0005 0.1007 ± 0.0005 0.1002 ± 0.0005
53
9.1.1. Seleção do método
Uma vez que o ácido fosfórico é um ácido triprótico, podem ser realizadas duas titulações
para determinar a sua concentração, não sendo necessária uma terceira, uma vez que o terceiro
ponto de equivalência não apresenta interesse analítico.
Assim sendo, a primeira alternativa seria a realização de duas titulações, sendo que na
primeira utiliza-se o indicador alaranjado de metilo e, após viragem do indicador, adicionam-se o
indicador timolftaleína. A segunda alternativa seria a realização de duas titulações, utilizando na
primeira o indicador alaranjado de metilo e, de seguida, o indicador fenolftaleína. Já a terceira
alternativa sugere a utilização de apenas um indicador, a timolftaleína.
A determinação do teor de ácido fosfórico na amostra utilizada no estudo, a amostra contendo
85.34 % de ácido fosfórico e cujo relatório de análise se encontra no Anexo III, exige também a
determinação da sua massa volúmica, que revelou ser 1.6829 g/mL, que vai de encontro ao valor
encontrado na literatura (PubChem, 2015).
Os valores obtidos para a alternativa 1, comparando a identificação visual do ponto final da
titulação com a identificação visual e auxílio da medição do pH do titulado, encontram-se registados
na Tabela 8.
Tabela 8: Volume de NaOH, VNaOH, obtido durante a determinação da concentração de uma amostra de ácido fosfórico, CH3PO4, e respetivas incertezas determinadas com um nível de confiança de 95 %, utilizando como
indicadores alaranjado de metilo e timolftaleína, e utilizando como ponto final da titulação a viragem do indicador e a viragem do indicador e medição do pH da solução
Analisando os resultados obtidos aquando da realização da titulação, utilizando como
indicadores o alaranjado de metilo e a timolftaleína, e identificando visualmente o ponto final da
titulação (indicador), verificou-se um gasto médio do volume de titulante de 16.73 mL na primeira
titulação e de 34.92 mL na segunda titulação. Com o volume de hidróxido de sódio gasto em cada
Alaranjado de Metilo + Timolftaleína
Indicador Indicador + pH
1.ª titulação 2.ª titulação 1.ª titulação 2.ª titulação
VNaOH/mL 16.73 ± 0.07 34.92 ± 0.07 16.83 ± 0.07 34.88 ± 0.07
CH3PO4/% 81.09 ± 0.61 84.62 ± 0.55 81.25 ± 0.85 84.69 ± 0.78
54
titulação determinou-se que, na primeira titulação, a concentração da amostra era 81.09 % e, na
segunda titulação, a concentração da amostra era 84.62 %.
Outra condição de estudo foi a realização da titulação utilizando como indicadores o
alaranjado de metilo e a timolftaleína e identificando o ponto final da titulação visualmente e com
o auxílio do potenciómetro (“indicador + pH”). Os resultados obtidos revelaram que na primeira
titulação foram utilizados 16.83 mL de titulante, obtendo-se um teor de ácido fosfórico na amostra
de 81.25 %, e na segunda titulação foram gastos, em média, 34.88 mL de titulante, permitindo
calcular a concentração da amostra, que revelou ser 84.69 %.
Os dados obtidos apresentaram o comportamento esperado, tendo sido gasto um menor
volume de titulante durante a primeira titulação, uma vez que a sua realização só permite
quantificar parte do fósforo presente em solução. No entanto, comparando o método “indicador”
com o método “indicador+ pH” verifica-se que o último apresenta um maior gasto de volume de
titulante, que por sua vez, permite obter uma concentração de ácido fosfórico superior. Tal
diferença teve como causa a utilização do potenciómetro, que auxilia na deteção do ponto final da
titulação, uma vez que este é de difícil perceção quando identificado visualmente. Assim sendo e
comparando com o valor de referência, onde a amostra apresenta uma concentração de 85.34 %,
verifica-se que o método “indicador+pH” é mais exato.
Na Tabela 9 constam os valores registados durante a execução da alternativa 2, ou seja,
utilizando como indicador alaranjado de metilo e fenolftaleína e medindo o pH da solução final.
Tabela 9: Volume de NaOH, VNaOH, obtido na determinação da concentração de uma amostra de ácido fosfórico, CH3PO4, e respetivas incertezas determinadas com 95 % de confiança utilizando como indicadores alaranjado de
metilo e fenolftaleína e controlando o pH da solução final
Observando os dados obtidos aquando a execução do método utilizando como indicador
alaranjado de metilo, para a primeira titulação, e fenolftaleína, para a segunda titulação, verificou-
-se que os valores médios de titulante gasto foi 16.78 mL e 34.21 mL, respetivamente. O volume
de hidróxido de sódio consumido permitiu calcular a concentração da amostra que se revelou para
Alaranjado de Metilo + Fenolftaleína
1.ª titulação 2.ª titulação
VNaOH/mL 16.78 ± 0.07 34.21 ± 0.07
CH3PO4/% 82.16 ± 0.62 83.10 ± 0.54
55
a primeira titulação 82.16 % e, para a segunda titulação, 83.10 %. Os valores obtidos apresentaram
o comportamento esperado, visto a primeira titulação permitir apenas detetar parte do teor de
ácido fosfórico disponível na amostra.
No entanto, a concentração da amostra determinada por este método não foi de encontro ao
esperado, que seria a 85.34 %. Tal resultado pode dever-se ao facto do pH de viragem da
fenolftaleína ser 8.3, enquanto o segundo ponto de equivalência do ácido fosfórico é 9.45, o que
significa que quando ocorre a viragem de cor da fenolftaleína só é possível detetar parte do ácido
fosfórico presente na solução (Baccan et al., 1979).
Na Tabela 10 encontram-se os registos dos valores obtidos aquando a realização da titulação,
utilizando como indicador a timolftaleína. Como a viragem do indicador é de mais fácil perceção,
não se tornou necessário acompanhar o procedimento com a medição do pH.
Tabela 10: Volume de NaOH, VNaOH, obtido aquando da determinação da concentração de ácido fosfórico, CH3PO4,
e respetivas incertezas determinadas com 95 % de confiança, utilizando o indicador timolftaleína
Analisando os dados obtidos através da execução da alternativa 3 verifica-se que o resultado
obtido na análise da amostra foi 85.41 % de ácido fosfórico, utilizando para tal um valor médio de
35.22 mL de titulante.
Comparando o valor obtido com o valor presente no relatório de análise da amostra parece
ser possível afirmar que o resultado da análise foi de encontro ao esperado, que era 85.34 % de
ácido fosfórico.
Observando os dados obtidos mediante a realização dos diferentes procedimentos e
comparando com o valor verdadeiro da amostra, enviado pelo laboratório acreditado do
fornecedor, que se revelou ser 85.34 %, é possível afirmar que o indicador que permitiu obter
valores mais exatos foi o sugerido na alternativa 3, a timolftaleína.
Assim sendo, todo o estudo foi desenvolvido utilizando como indicador a timolftaleína, uma
vez que revelou ser o método que apresenta valores mais exatos, com menos fontes de erro, a
sua execução não depender de outros equipamentos, como o potenciómetro, e por ser o
procedimento mais prático.
Timolftaleína
VNaOH/mL 35.22 ± 0.07
CH3PO4/% 85.41 ± 0.56
56
9.1.2. Validação do Método
1) Limites Analíticos
Para determinar os limites analíticos do procedimento selecionado, o limite de deteção e o
limite de quantificação, foram realizados uma série de ensaios, tendo sido eliminados os valores
mais discrepantes.
O volume de titulante gasto, bem como a concentração de ácido fosfórico obtida nos ensaios
encontram-se apresentados no Anexo V.
Com os dados obtidos através da análise dos brancos foi possível calcular os parâmetros de
interesse, como o desvio padrão e o coeficiente de variação, tendo o primeiro sido determinado
através do software Microsoft Excel e o segundo determinado através da Equação 8.
O cálculo do desvio padrão das amostras analisadas permitiu determinar o limite de deteção,
LD, e o limite de quantificação, LQ, do processo, utilizando para tal a Equação 12 e 14,
respetivamente. Estes parâmetros foram determinados com um nível de confiança de 99.5 %.
Os limites analíticos, bem como todos os valores necessários para o seu cálculo, bem como
os mesmos, encontra-se apresentados na Tabela 11.
Tabela 11: Registo dos limites de deteção, LD, e quantificação do método, LQ, bem como do parâmetro calculado necessários à sua análise, como o coeficiente de variação, CV
VNaOH/mL 0.05 ± 0.03
LD/(g/L) 0.020 ± 0.012
LQ/(g/L) 0.020 ± 0.012
CV/% 7.45 x 10-13
A análise dos brancos revelou que o valor médio de titulante gasto foi 0.05 mL, permitindo
calcular a concentração da amostra, que revelou ser 0.02 g/L.
A determinação da média da concentração das amostras dos brancos e do desvio padrão a
elas associado permitiu calcular o limite de deteção e o limite de quantificação do método.
Assim sendo, determinou-se com um nível de confiança de 99.5 % que o LD e o LQ do método
são 0.02 g/L.
Analisando o coeficiente de variação, cujo cálculo revelou ser 7.45 x 10 -13 %, constatou-se
que este é inferior a 10 %, como recomenda a IUPAC, permitindo afirmar que os limites foram
57
determinados em conformidade com os requisitos.
2) Seletividade
O estudo da seletividade do método a adotar foi realizado através da determinação do valor
da taxa de recuperação percentual de um conjunto de amostras preparadas com concentrações
conhecidas, obtida através da Equação 17.
Na Tabela 12 encontram-se os valores da concentração medida através da titulação, a
concentração real, e a taxa de recuperação, TR, para cada uma das concentrações em estudo.
Tabela 12: Concentração de ácido fosfórico calculada a partir do volume de titulante utilizado, CH3PO4,
concentração real das soluções de ácido fosfórico preparadas, CH3PO4 real e do valor da taxa de recuperação, TR, para cada uma das amostra preparadas para o estudo
Csoluções/%
10 20 50 75 85
VNaOH /mL 5.21 ± 0.07 7.99 ± 0.07 20.36 ± 0.07 30.77 ± 0.07 35.22 ± 0.07
CH3PO4/% 10.93 ± 0.19 19.68 ± 0.23 50.06 ± 0.36 75.02 ± 0.50 85.41 ± 0.56
CH3PO4 real /% 10.00 ± 0.005 19.94 ±0.0.0009 49.99 ± 0.001 75.12 ± 0.0002 85.34
TR/% 109.34 98.72 100.14 99.88 100.08
Após se efetuar a análise das amostras de diferentes concentrações determinou-se que o
volume médio de titulante gasto aquando a análise da amostra de 10 %, 20 %, 50 %, 75 % e 85 %
foi de 5.21 mL, 7.99 mL, 20.36 mL, 30.77 mL e 35.22 mL, respetivamente.
Tendo em conta o volume de titulante gasto foi possível determinar a concentração de cada
amostra analisada. Assim sendo, o valor da concentração medida através da titulação da amostra
de 10 %, 20 %, 50 %, 75 % e 85 % foi 10.93 %, 19.68 %, 50.06 %, 75.02 % e 85.41 %,
respetivamente.
A concentração medida através da titulação e a concentração determinada através da massa
da amostra e do volume da solução permitiram calcular a taxa de recuperação, TR.
Analisando os dados obtidos verifica-se que o valor de TR mais baixo foi para a concentração
de 20 %, que apresenta uma TR de 98.72 %, e o valor mais elevado corresponde à concentração
de 85 %, que apresentou um valor de TR de 100.08 %. A TR mais discrepante relativamente ao
58
esperado foi 109.34 %, obtida através da análise do padrão de 10 %.
Uma vez que a TR determinada para todas as concentrações se encontra dentro da gama,
85 % a 115 %, o método pode ser considerado seletivo.
3) Sensibilidade
A sensibilidade do método foi determinada a partir da Equação 16 e resulta da razão entre o
numerador 2 e a concentração do titulante, uma vez que este parâmero apresenta melhor
resultado quando realizado no segundo ponto de equivalência, comparativamente ao primeiro.
Posto isto, sabendo que a concentração média do hidróxido de sódio é 0.10 mol/L e a massa
molar é 39.997 g/mol, determinou-se que o método é capaz de distinguir diferenças na
concentração das amostras de ácido fosfórico de 0.5 g/L.
4) Precisão
a) Repetibilidade
O parâmetro da repetibilidade foi analisado para as soluções de ácido fosfórico mais
comummente comercializadas na empresa, 70 %, 75 %, 80 % e 85 %.
Assim sendo, a Tabela 13 apresenta os valores que permitem analisar a repetibilidade do
método, correspondentes a cada concentração em estudo. O coeficiente de variação, CV, e o limite
de repetibilidade, r, foram calculados segundo a Equação 8 e a Equação 7, respetivamente.
Analisando os resultados obtidos constatou-se que o volume médio gasto de titulante na
análise da amostra de 70 %, 75 %, 80 % e 85 % foi de 28.40 ml, 30.72 mL, 33.16 mL e 35.22 mL,
respetivamente.
Tendo em conta o volume de titulante gasto foi possível calcular a concentração média de
cada amostra. Assim sendo, a amostra de 70 % apresentou uma concentração média de 69.91 %,
a amostra de 75 % apresentou uma concentração média de 74.90 %, a amostra de 80 % revelou
uma concentração média de 79.87 % e a amostra de 85 % apresentou uma concentração média
de 85.41 %.
Observando os valores obtidos verificou-se que estes foram de encontro ao esperado, uma
vez que são semelhantes aos valores da concentração real de cada amostra.
59
Tabela 13: Registo dos valores calculados, para cada concentração em estudo, em condições de repetibilidade
Csolução/%
70 75 80 85
VNaOH /mL 28.40 ± 0.07 30.72 ± 0.07 33.16 ± 0.07 35.22 ± 0.07
CH3PO4/% 69.91 ± 0.48 74.90 ± 0.50 79.87 ± 0.53 85.41 ± 0.56
CV/% 0.35 0.32 0.46 0.27
CVteórico/% 2.16 2.13 2.10 2.07
HO 0.16 0.15 0.22 0.13
r 0.68 0.66 1.03 0.64
Para determinar a aceitabilidade dos valores calculados, procedeu-se ao cálculo do valor de
HORRAT, que revelou ser 0.16 para a concentração de 70 %, 0.15 para a concentração de 75 %,
0.22 pra a concentração de 80 % e 0.13 para a concentração de 85 %. Analisando os valores
obtidos verificou-se que todos os valores eram inferiores a 2, o que permite aceitar como
satisfatórios os valores da precisão associados à repetibilidade.
O limite de repetibilidade, r, determinado para cada concentração permite analisar a precisão
do método em condições de repetibilidade, com um nível de confiança de 95 %. Para tal é
necessário que a diferença absoluta dos valores dos ensaios seja inferior ao limite de
repetibilidade, ou seja, |� − � + | < r.
A Tabela 14 apresenta o valor da diferença absoluta entre os valores obtidos nos ensaios,
para cada concentração em estudo.
Observando os dados presentes na Tabela 14 verifica-se que os valores das diferenças
encontram-se entre 0.0 e 0.2 para a amostra com uma concentração de 70 %. Já a amostra com
uma concentração de 85 % apresenta valores mais baixos, sendo que a diferença varia entre 0.0
e 0.1, aplicando-se o mesmo cenário para a amostra com uma concentração de 75 %. A amostra
que apresenta um maior intervalo da variação das diferenças é a amostra com uma concentração
de 80 %, apresentando um intervalo entre 0.0 e 0.4.
No entanto, apesar das diferenças nos valores, todos estes se encontram abaixo do limite de
repetibilidade de cada concentração, sendo assim possível afirmar que o método é preciso em
condições de repetibilidade.
60
Tabela 14: Registo da diferença absoluta entre os valores obtidos em cada ensaio para cada uma das
concentrações em estudo, Csolução
Csolução/ %
70 75 80 85
|�� − ��+�| 0.00 0.10 0.30 0.10
0.10 0.10 0.40 0.10
0.10 0.10 0.10 0.00
0.20 0.00 0.10 0.10
0.20 0.10 0.20 0.10
0.00 0.00 0.20 0.10
0.00 - - 0.00
0.10 - - 0.00
0.10 - - -
b) Precisão Intermédia
Para avaliar a precisão do método em condições de precisão intermédia foi necessário variar
as condições de análise, mais precisamente, o dia de análise, para verificar se o facto de as
análises serem realizadas em dias diferentes influencia a variabilidade de resultados.
A amostra analisada foi uma solução contendo 85.34 % de ácido fosfórico e os dados obtidos
encontram-se dispostos na Tabela 15.
Tabela 15: Estudo da precisão intermédia do método, variando o dia de análise
Analisando a concentração da amostra analisada no Dia 1 e no Dia 2 verifica-se que os valores
obtidos foram 85.41 % e 85.43 %, respetivamente. Comparando os valores obtidos parece possível
afirmar que o fator dia de análise não influencia a variabilidade de resultados, uma vez que os
valores obtidos são semelhantes.
Dia 1 Dia 2
VNaOH/mL 35.22 ± 0.07 35.23 ± 0.07
CH3PO4 /(g/L) 1437.35 ± 9.25 1437.69 ± 9.25
CH3PO4 /% 85.41 ± 0.56 85.43 ± 0.56
61
5) Exatidão
Um método revela-se exato quando apresenta resultados bastante próximos do resultado tido
como verdadeiro, que pode ser obtido a partir de métodos normalizados, ou a partir da literatura.
A partir dos valores obtidos durante a realização dos ensaios e através da Equação 3,
calcularam-se as concentrações correspondentes, � e, sabendo o valor verdadeiro para cada
amostra, � , calculou-se o erro relativo, ER, associado ao método, para cada concentração em
estudo.
Os dados calculados encontram-se na Tabela 16.
Tabela 16: Registo dos valores obtidos para cada análise das amostras em estudo
Concentração/ %
20 50 85 � / % 19.68 ± 0.23 50.06 ± 0.36 85.41 ± 0.56 � / % 19.92 49.95 85.34
ER/ % 1.20 0.22 0.08
A análise das amostras em estudo, 20 %, 50 % e 85 % revelou a obtenção de um valor médio
da concentração de 19.68 %, 50.06 % e 85.41 %, respetivamente.
Tendo como valor de referência para a concentração de 20%, 50 % e 85 %, os valores de
19.92 %, 49.95 % e 85.34 %, respetivamente, procedeu-se ao cálculo do erro relativo de cada
amostra.
A estimativa do erro relativo calculado de cada amostra teve como resultado os valores de
1.20 % para a amostra que apresentava concentração de 20 % em ácido fosfórico, 0.22 % para a
amostra de 50 % e 0.08 % para a amostra de 85 %.
Analisando os valores obtidos e comparando com o valor de referência definido pelo
laboratório, que é um erro relativo inferior a 5 %, é possível afirmar que o método se encontra
validado relativamente ao parâmetro da exatidão.
Tendo em conta os dados obtidos foi possível confirmar que o método implementado foi
validado, encontrando-se o procedimento adotado na empresa exposto no Anexo VI.
62
63
Capítulo VI - Conclusões
O desenvolvimento deste projeto teve como principal objetivo a implementação de novas
metodologias de ensaio, bem como o controlo da qualidade da produção e das matérias-primas,
mais precisamente, do ácido fosfórico comercial e da glicerina vegetal USP.
O parâmetro do ácido fosfórico avaliado foi a massa volúmica. Assim sendo, foi analisada
uma amostra que se encontrava em estado líquido e uma amostra em estado sólido. A amostra
que se encontrava em estado líquido apresentou uma concentração de 81.21 % de ácido fosfórico,
enquanto a amostra em estado sólido apresentou uma concentração de 88.21 % em ácido
fosfórico. Posto isto, e tendo em conta o ponto de congelamento da fase que apresenta 88.21 %
em ácido fosfórico apresenta é 26 °C, como a temperatura de transporte não era a indicada, o
produto congelou, dividindo o lote em duas fases.
A glicerina vegetal USP sofreu uma contaminação durante o seu armazenamento, tendo sido
necessário analisar as especificações que permitem classificá-lo como produto USP e como
conforme, tendo em conta as especificações do cliente. Essas especificações são a massa
volúmica, o teor de glicerol e o índice de refração. Após a análise da massa volúmica de uma
amostra do produto contaminada e uma amostra do produto do qual foi removido o contaminante,
denominada como Decantada, do teor de glicerol e do índice de refração, constatou-se que a
amostra decantada poderia ser classificada como um produto USP e conforme, segundo os
parâmetros definidos pelo cliente, ao contrário da amostra contaminada.
A metodologia implementada na rotina laboratorial foi a determinação da concentração do
ácido fosfórico comercial. Para tal foi necessário escolher qual o melhor método a implementar
na empresa, tendo em conta os resultados e a disponibilidade de recursos. O método selecionado
foi um método tritrimétrico que utiliza como titulante uma solução de hidróxido de sódio de
0.1 mol/L e como indicador a timolftaleína, uma vez que, analisando uma amostra com o teor em
ácido fosfórico de 85.34 %, este reproduziu um resultado mais exato, 85.41 %, comparativamente
à utilização de outros indicadores.
Seguidamente procedeu-se à validação do método de análise, sendo necessário estudar o
parâmetro dos limiares analíticos, LD e LQ, da seletividade/especificidade, da sensibilidade, da
precisão e da exatidão.
64
Calculando os limiares analíticos foi possível afirmar com 95 % de confiança que o LQ e o LD
do método são 0.02 g/L. O CV revelou ser 7.45 x 10-13 %, valor inferior ao valor estipulado pelo
IUPAC, que seria 10 %, permitindo afirmar que os parâmetros foram devidamente determinados.
A seletividade/especificidade do método foi determinada através do cálculo da taxa de
recuperação dos vários ensaios realizados para diferentes concentrações. Analisando os valores
obtidos foi possível afirmar que o método é seletivo, uma vez que a TR determinada para cada
concentração se encontrou dentro do intervalo definido. Outro parâmetro analisado foi a
sensibilidade do método, tendo sido possível observar que este é sensível a variações na
concentração das amostras de 0.5 g/L.
Relativamente à precisão do método, este foi avaliado ao nível da repetibilidade e da precisão
intermediária. O método revelou ser preciso ao nível da repetibilidade, uma vez que as amostras
analisadas apresentaram um CV inferior ao CV teórico e a diferença entre os valores obtidos é
inferior ao limite de repetibilidade. O método revelou-se também preciso ao nível da precisão
intermédia.
O método revelou-se exato uma vez que, analisando uma amostra de 20 %, 50 % e 85 % e
calculando o ER de cada, estes revelaram-se inferiores a 5 %.
Tendo em conta todos os parâmetros analisados, foi possível validar o método e implementá-
lo na rotina laboratorial.
A realização deste projeto permitiu aumentar a gama de produtos analisados no laboratório
da RNM, com vista sempre à garantia da satisfação dos clientes, possibilitando também a
compreensão e potencial resolução de problemas que podem ocorrer durante as várias etapas
que antecedem a comercialização dos diversos produtos disponíveis nas instalações da empresa,
como foi o caso do ácido fosfórico.
65
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67
Anexos
Anexo I: Ácido Fosfórico Comercial
Anexo II: Glicerina USP
Anexo III: Implementação do Novo Método de Análise do Ácido Fosfórico
Anexo IV: Procedimentos Experimentais Realizados na Empresa
Anexo V: Observações Experimentais Realizadas Durante o Projeto
Anexo VI: Procedimento Experimental Adotado na Empresa
68
69
Anexo I: Ácido Fosfórico Comercial
i. Observações Experimentais
O parâmetro avaliado para a caracterização do ácido fosfórico comercial em questão foi a
massa volúmica, cujos dados se encontram dispostos na Tabela I.1.
Tabela I.1: Dados obtidos durante a determinação da massa volúmica das amostras em estudo, ρH3PO4
mH3PO4/g Vsolução/mL ρH3PO4/(g/mL)
Líquido 41.2825 ± 0.0001 25 ± 0.04 1.6513 ± 0.0026 Descongelado 43.3191 ± 0.0001 25 ± 0.04 1.7328 ± 0.0028
A Tabela I.2 apresenta os dados que relacionam a massa volúmica de uma amostra de
ácido fosfórico, com a pureza da amostra.
Tabela I.2: Relação entre a massa volúmica de uma amostra de ácido fosfórico e a sua pureza (Green & Perry, 2008)
70
A Figura I.1 apresenta o diagrama de fases do ácido fosfórico, que relaciona a temperatura
de congelação de um solução de ácido fosfórico, º C, com a concentração do ácido fosfórico, %.
Figura I.1: Diagrama de fases do ácido fosfórico (PotashCorp, 2015).
ii. Procedimento Experimental
o Massa Volúmica
Material e equipamento:
Balança analítica;
71
Balão volumétrico;
Funil;
Pipeta de Pasteur.
Procedimento:
Coloca-se o balão volumétrico na balança e tara-se o seu peso. De seguida procede-
-se à transferência do produto para o balão volumétrico, acertando o volume pelo
menisco. O valor da massa medida deve ser anotado.
Cálculos:
A massa volúmica de uma amostra é determinada através da Equação 18.
� =
Onde corresponde à massa da amostra pesada, corresponde ao volume do
balão utilizado e � corresponde à massa volúmica da amostra.
Equação 18
72
Anexo II: Glicerina USP
i. Relatório de Análise
73
ii. Procedimentos Experimentais
a) Massa Volúmica
Executar procedimento descrito no Anexo I. ii. a).
b) Índice de Refração
Material e equipamento:
Refratómetro Abbe, 19.5 °C
Reagentes:
Álcool etílico
Procedimento:
Colocam-se as amostras no refratómetro, sendo que entre cada amostra este deve
ser limpo com álcool etílico, e o valor do índice de refração anotado. Cada amostra deve
ser analisada em triplicado.
c) Pureza
Material e equipamento:
Cromatógrafo para HPLC;
Balão volumétrico de 250 mL (± 0.15 mL);
Balança analítica (± 0.0001 g);
Pipeta de Pasteur;
Esguicho.
Procedimento:
Para cada amostra prepara-se uma solução de 10 g/L, pesando-se cerca de 2.5 g
de cada amostra para cada balão de 250 mL e perfazendo o volume com água
desmineralizada.
As amostras são injetadas, em triplicado, na coluna de HPLC e registam-se os
valores correspondentes da área do pico de glicerol. Através da curva de calibração é
74
possível descobrir o teor de glicerol em cada amostra.
Cálculos:
A concentração das soluções preparadas para análise determina-se através da
Equação 19. =
Onde, a m corresponde à massa da amostra pesada para preparar a solução e V
corresponde ao volume da solução preparada.
Para determinar a concentração da amostra é necessário recorrer aos dados da
amostra da glicerina original, como a sua concentração e a área do pico de glicerol
correspondentes.
Assim sendo, através da Equação 20 é possível determinar a concentração da
amostra. = �� i i × i i
Onde, i i corresponde à concentração da amostra original medida no HPLC, � i i corresponde à área do pico do glicerol da amostra original e e � corresponde à concentração que se pretende conhecer e à área do pico da
amostra de interesse, respetivamente.
Conhecido o valor da concentração da amostra de interesse, procede-se ao cálculo
do teor de glicerol presente na amostra, através da Equação 21, onde, i
corresponde à concentração da amostra determinada através da Equação 19 e i
corresponde à concentração calculada através da Equação 20.
�% = ii ×
Equação 20
Equação 19
Equação 21
75
Construção da curva de calibração
Material e equipamento:
Balão volumétrico de 250 mL (± 0.15 mL);
Balão volumétrico de 50 mL (± 0.06 mL);
Pipeta de Pasteur;
Pipeta volumétrica de 20 mL (± 0.10 mL);
Pipeta graduada de 10 mL (± 0.02 mL);
Balança analítica (± 0.0001 g);
Esguicho.
Procedimento:
Prepara-se num balão volumétrico de 250 mL uma solução mãe de glicerina USP
com uma concentração de 16 g/L e regista-se a sua concentração exata. De seguida,
procede-se à preparação de 4 soluções-padrão de 20 %, 40 %, 60 % e 80 % a partir da
solução-mãe, por diluição.
Cada uma das soluções preparadas é injetada na coluna e a área de cada pico
apontada. A curva de calibração construída permite a determinação da concentração de
glicerol em cada amostra.
76
Anexo III: Implementação do Novo Método de Análise do Ácido Fosfórico
i. Relatório de Análise
77
ii. Procedimentos Experimentais
Padronização da solução de hidróxido de sódio 0.1 mol/L
Para a padronização da solução de NaOH utiliza-se biftalato de potássio, previamente
seco durante 1 h a 2 h na estufa, a 110 °C. De seguida pesam-se duas amostras de biftalato
entre 0.6 g e 0.7 g, com uma precisão de 0.0001 g e transfere-se cada uma das amostras
para erlenmeyers de 250 mL, adicionando 25 mL (± 0.10 mL) de água desmineralizada.
Agita-se com cuidado até o biftalato se encontrar completamente dissolvido.
De seguida, procede-se à titulação das soluções com a solução de NaOH 0.1 mol/L,
usando-se duas gotas de fenolftaleína como indicador, até à viragem de incolor para cor-de-
rosa claro transparente. Aponta-se o volume de titulante gasto e procede-se ao cálculo da
concentração material da solução de NaOH.
Cálculos:
A reação que ocorre entre o titulante, NaOH, e o padrão primário, o biftalato de
potássio, que apresenta fórmula química C8H5KO4, é a seguinte: NaOH + C8H KO → NaC8H KO + H O
Sabendo a massa de biftalato utilizado e a sua massa molar, 204.24 g/mol, determina-
se a quantidade de matéria que corresponde ao biftalato utilizado, através da Equação 22:
C8H =
De seguida, procede-se ao cálculo da concentração material do titulante. Com recurso
à equação da reação entre os dois compostos verifica-se que:
C8H = H ⇔ C8H = H × H ⇔ H = C8H H
Equação 22
78
a) Massa Volúmica
Executar o procedimento escrito no Anexo I. ii. a).
b) Pureza
Materiais e equipamentos:
Pipeta volumétrica 20 mL (± 0.10 mL);
Balão volumétrico 250 mL (± 0.15 mL);
Erlenmeyer 250 mL;
Pipeta de Pasteur;
Esguicho;
Bureta 50 mL (± 0.05 mL);
Gobelé 100 mL;
Potenciómetro.
Reagentes e indicadores:
Solução de hidróxido de sódio, NaOH 0.1 mol/L;
Biftalato de potássio;
Indicador alaranjado de metilo;
Indicador timolftaleína.
Alternativa 1:
Pesam-se 2 g da solução de ácido fosfórico comercial com uma precisão até
0.0001 g, transferindo-se quantitativamente para o balão volumétrico de 250 mL e
perfazendo-se o volume com água desmineralizada. De seguida, transferem-se 25 mL
da solução para um erlenmeyer de 250 mL e adicionam-se 4 gotas do indicador
alaranjado de metilo. Posteriormente, procede-se à titulação da solução com a solução
de NaOH 0.1 mol/L padronizada, até se verificar a viragem do indicador de vermelho
transparente para cor-de-laranja claro transparente. Mede-se o valor do pH do titulado e
quando se atingir um pH de 4.6, termina-se a titulação, anotando-se o volume de titulante
gasto.
79
Adicionam-se 4 gotas do indicador timolftaleína ao meio e continua-se com a
titulação, até se verificar a viragem do indicador de amarelo para azul e o valor do pH se
verificar ser de 9.45. Apontam-se os valores do volume de titulante gasto e determina-se
o teor de ácido fosfórico presente na amostra.
Alternativa 2:
Pesam-se 2 g da solução de ácido fosfórico comercial com uma precisão até
0.0001 g, e transferem-se quantitativamente para o balão volumétrico de 250 mL,
perfazendo.se o volume com água desmineralizada. De seguida, transferem-se 25 mL
da solução para um erlenmeyer de 250 mL e adicionam-se 4 gotas do indicador
alaranjado de metilo. Posteriormente, procede-se à titulação da solução com a solução
de NaOH 0.1 mol/L padronizada, até se verificar a viragem do indicador de vermelho
transparente para cor-de-laranja claro transparente, anotando-se o volume de titulante
gasto na primeira titulação.
De seguida, adicionam-se 10 gotas do indicador fenolftaleína ao meio e continua-se
com a titulação, até se verificar a viragem do indicador de alaranjado para cor-de-rosa.
Apontam-se os valores do volume de titulante gasto e determina-se o teor de ácido
fosfórico presente na amostra.
Alternativa 3:
Pesam-se 2 g da solução de ácido fosfórico comercial com uma precisão até
0.0001 g, e transferem-se quantitativamente para o balão volumétrico de 250 mL,
perfazendo.se o volume com água desmineralizada. De seguida, transferem-se 25 mL
da solução para um erlenmeyer de 250 mL e adicionam-se 4 gotas do indicador
timolftaleína. Posteriormente, procede-se à titulação da solução com a solução de NaOH
0.1 mol/L padronizada, até se verificar a viragem do indicador de incolor para azul claro
transparente, anotando-se o volume de titulante gasto.
De seguida, determina-se o teor de ácido fosfórico presente na amostra.
80
Cálculos:
As equações da reação entre o ácido fosfórico e o hidróxido de sódio na primeira e
segunda titulação são as seguintes:
1ª titulação: H PO + NaOH → NaH PO + H O
2ª titulação: H PO + NaOH → Na HPO + H O
A concentração molar do titulado é determinada da seguinte forma, através da
Equação 2:
i = H ⇔ i × i = H × H ⇔ i = H × Hi
Utilizando a i é possível determinar a concentração molar da amostra de
ácido fosfórico:
H = i ⇔ H × H = i × ⇔ H = i × iH�H
Sabendo a concentração molar da amostra de ácido fosfórico, procede-se ao cálculo
da concentração mássica da amostra:
H = H × H Após a determinação da concentração mássica da amostra, determina-se o teor de
ácido fosfórico presente na amostra, em percentagem, de ácido fosfórico comercial
Equação 23
81
através da Equação 24:
�% = H�H ×
Onde, H corresponde à concentração mássica, determinada a partir da
Equação 23 e �H corresponde à massa volúmica da amostra de ácido fosfórico.
Para calcular a pureza da amostra através dos dados obtidos na segunda titulação
e da titulação com timolftaleína realizam-se as etapas anteriormente descritas com a
alteração na Equação 2, que apresenta a seguinte forma:
× i = H
Uma vez que se trata de uma reação ácido-base, onde as unidades de reação são
os protões, a Equação 2 representa a 2.ª titulação o ácido fosfórico, onde este consegue
doar 2 protões e o NaOH apenas consegue receber 1 protão.
Equação 24
82
Anexo IV: Procedimentos Experimentais Realizados na Empresa
i. Coagulante/ Floculante
a) Massa Volúmica
Material e equipamento:
Proveta de 250 mL;
Densímetro.
Procedimento:
Depois de colocar a amostra do produto na proveta, introduzir o densímetro na
amostra. Registar o valor da massa volúmica medida.
b) Medição do pH
Material e Equipamento:
Potenciómetro;
Gobelé de 100 mL:
Esguicho.
Procedimento:
Lava-se o potenciómetro com água desmineralizada e limpa-se. De seguida, coloca-
-se o potenciómetro em contato com o produto e aguarda-se que estabilize. Regista-se o
valor de pH medido.
c) Resíduo seco
Material e equipamento:
Balança analítica (± 0.0001 g);
Placa de Petri;
Exsicador;
Estufa;
83
Pinça;
Pipeta de Pasteur.
Procedimento:
Coloca-se a placa de Petri limpa no exsicador durante cerca de 40 min. De seguida,
pesa-se a placa de Petri seca e regista-se o valor até 0.0001 g. Pesa-se 1 g do produto
na placa e regista-se o valor. Posteriormente, coloca-se a placa na estufa durante,
aproximadamente, 1 h e 30 min, movendo-se de seguida para o exsicador durante
40 min. No final, pesa-se a placa e regista-se o valor. Os valores obtidos irão permitir
determinar a quantidade de resíduo seco presente na amostra.
ii. Diluentes
a) Massa Volúmica
Material e equipamento:
Proveta de 250 mL;
Densímetro.
Procedimento:
Depois de colocar a amostra do produto na proveta, introduzir o densímetro na
amostra. Registar o valor da massa volúmica medida.
iii. Hidróxido de sódio
a) Concentração
Material e equipamento:
Balança analítica (± 0.0001 g);
Erlenmeyer de 250 mL;
Bureta de 25 mL (± 0.03 mL);
Balão volumétrico de 50 mL (± 0.06 mL);
Pipeta de Pasteur.
84
Reagentes:
Solução indicadora de fenolftaleína;
Solução de ácido clorídrico de 1 mol/L.
Procedimento:
Pesam-se 2 g da amostra de soda cáustica, com uma precisão de 0.0001 g,
adicionando-se 50 mL de água desmineralizada. De seguida, adiciona-se 1 gota da
solução indicadora de fenolftaleína e procede-se à sua titulação, utilizando-se como
titulante a solução de ácido clorídrico de concentração 1 mol/L. O ponto final da titulação
verifica-se quando ocorre a viragem do indicador de cor-de-rosa claro transparente para
incolor. Regista-se o volume de titulante gasto e determina-se a concentração da amostra
de soda cáustica.
iv. Hipoclorito de sódio
a) Concentração
Material e Equipamento:
Balão volumétrico de 100 mL (± 0.10 mL);
Pipeta graduada de 2 mL;
Pipeta graduada de 10 mL (± 0.02 mL);
Pipeta volumétrica de 5 mL;
Erlenmeyer de 250 mL;
Bureta de 50 mL (± 0.05 mL);
Pipeta de Pasteur;
Esguicho.
Reagentes:
Solução de ácido sulfúrico de 10 %;
Solução de iodeto de potássio;
Solução de tiossulfato de sódio de 1 mol/L;
Solução de amido.
85
Procedimento:
Transferem-se 2 mL da amostra de hipoclorito de sódio para um balão volumétrico
de 100 mL e perfaz-se o volume com água desmineralizada. De seguida, agita-se o balão
volumétrico e transferem-se 10 mL da solução preparada para o erlenmeyer,
adicionando entre 2 e 2.5 mL da solução de iodeto de potássio. Posteriormente,
adicionam-se 5 mL da solução de ácido sulfúrico ao erlenmeyer e procede-se à titulação
da solução com uma solução de 1 mol/L de tiossulfato de potássio até se verificar que
o titulado adquire uma coloração amarelo palha. Adicionam-se 3 gotas da solução de
amido ao titulado e continua-se a titulação até se verificar a viragem da cor da solução
de acastanhado para incolor. Regista-se o volume de titulante gasto e determina-se a
concentração da amostra de hipoclorito de sódio.
b) Massa Volúmica
Executar o procedimento escrito no Anexo I. ii. a).
v. Peróxido de Hidrogénio
a) Concentração
Material e Equipamento
Erlenmeyer de 250 mL;
Balão volumétrico de 100 mL (± 0.10 mL);
Pipeta de Pasteur;
Bureta de 50 mL (± 0.05 mL);
Balança analítica (± 0.0001 g).
Reagentes:
Solução de ácido sulfúrico a 10%;
Solução de permanganato de potássio a 0.5 mol/L.
Procedimento:
Medem-se 100 mL da solução de ácido sulfúrico e transferem-se para o erlenmeyer.
De seguida adiciona-se 1 gota da solução de permanganato de potássio à solução e
86
aguarda-se que esta fique cor-de-rosa transparente. Caso tal não aconteça, rejeita-se a
solução de ácido de sulfúrico e repete-se o procedimento. Pesam-se 0.35 g da solução
de água oxigenada e regista-se o seu peso até 0.0001 g, transferindo-se de seguida para
o erlenmeyer contendo a solução de ácido sulfúrico. Posteriormente, procede-se à sua
titulação utilizando uma solução de permanganato de potássio. O ponto final da titulação
é detetado quando se verifica a viragem da cor da solução de incolor para cor-de-rosa
claro transparente, registando-se o volume de titulante gasto, que permitirá determinar
a concentração do titulado.
b) Medição do pH
Executa-se o procedimento descrito no Anexo IV. i. b).
vi. Produtos de Detergência
a) Massa volúmica
Executa-se o procedimento apresentado no Anexo I. ii. a).
b) Concentração
Material e equipamento:
Gobelé de 100 mL;
Pipeta de Pasteur;
Balança analítica (± 0.0001 g);
Esguicho;
Balão volumétrico de 50 mL (± 0.06 mL);
Erlenmeyer de 250 mL;
Bureta de 25 mL (± 0.03 mL).
Reagentes:
Solução de ácido clorídrico, de 0.5 mol/L;
Solução indicadora de fenolftaleína.
87
Procedimento:
Pesa-se 1 g da amostra do produto de detergência no gobelé e regista-se até 0.0001
g. Adiciona-se água desmineralizada até perfazer o peso de 100 g. De seguida,
transferem-se 50 mL da solução para um erlenmeyer e adiciona-se 1 gota do indicador
fenolftaleína. Titula-se a solução com a solução de ácido clorídrico de 0.5 mol/L até se
verificar a viragem da cor do indicador de cor-de-rosa claro transparente para incolor.
Regista-se o valor de titulante gasto.
c) Medição do pH
Executa-se o procedimento apresentado no Anexo IV. i. b).
88
Anexo V: Observações Experimentais Realizadas Durante o Projeto
i. Glicerina USP
A Tabela V.3 apresenta os valores relativos à determinação da massa volúmica das amostras
de glicerina.
Tabela V.3: Registo dos valores obtidos aquando a determinação da massa volúmica, ρglicerina, das amostras em estudo, original, contaminada e decantada
A Tabela V.4 apresenta os valores relativos à determinação do índice de refração das
amostras de glicerina.
Tabela V.4: Registo dos valores obtidos na leitura do índice de refração, n , para cada amostra, realizada em triplicado
A Tabela V.5 apresenta os valores relativos à determinação da concentração das amostras de
glicerina preparadas para utilizar no HPLC.
Tabela V.5: Registos dos valores medidos aquando a elaboração das amostras utilizadas no HPLC
mglicerina/g Vglicerina/mL ρglicerina /(g/mL) Original 62.80 ± 0.01 50 ± 0.06 1.2560 ± 0.0015
Contaminada 62.60 ± 0.01 50 ± 0.06 1.2520 ± 0.0015 Decantada 62.50 ± 0.01 50 ± 0.06 1.2500 ± 0.0015
n
nmédio 1. 2. 3.
Glicerina 1.4735 1.4735 1.4735 1.4735 ± 0.0005 Decantada 1.4740 1.4750 1.4750 1.4747 ± 0.0005
Contaminada 1.4710 1.4716 1.4720 1.4715 ± 0.0005
mamostra/g Vsolução/L Cteórica/(g/L) Original 1.8515 ± 0.0001 0.20 ± 0.15 9.26 ± 0.007
Contaminada 1.7076 ± 0.0001 0.20 ± 0.15 8.54 ± 0.006 Decantada 1.8594 ± 0.0001 0.20 ± 0.15 9.20 ± 0.007
89
A Tabela V.6 apresenta os valores da área dos picos de glicerol obtidos por HPLC, para cada uma das amostras em estudo, bem como a concentração de cada amostra.
Tabela V.6: Registo dos valores obtidos para a área do pico do glicerol, A, correspondente a cada amostra, inserida em triplicado no HPLC, bem como a respetiva concentração, C
A Tabela V.7 apresenta os valores da concentração de glicerol presente nas soluções-padrão,
bem como a área do pico determinadas por HPLC.
Tabela V.7: Registo da área do pico, A, e da concentração de glicerol, Cglicerol, medidas em cada solução-padrão produzida, mais precisamente, na solução de 20%, 40%, 60%, 80% e 100%, bem como o branco
A Figura V.2 corresponde à curva de calibração construída para analisar as amostras de
glicerina de interesse.
Figura V.2: Curva de calibração construída aquando a análise das amostras de glicerina, que relaciona o teor de glicerol presente em cada amostra padrão produzida, Cglicerol, e a área do pico produzida, A.
A/(mV s)
C/(g/L) 1 2 3 Média
Glicerina 4306 4306 4262 4291.33 9.24 ± 0.1 Decantada 4324 4298 4304 4308.67 9.28 ± 0.1
Contaminada 3820 3822 3794 3812.00 8.21 ± 0.1
Tempo de Retenção Solução
TR/min cal-0 cal-20 cal-40 cal-60 cal-80 cal-100
A/(mV s) 8.64 0 1465 3027 4625 6024 7739 Cglicerol/(g/L) 0 3.26 6.53 9.79 13.05 16.31
r2 = 0,9995
0
2000
4000
6000
8000
10000
0 5 10 15 20
A /(mV s)
Cglicerol /(g/L)
� = . ± . �/ − . ± .
90
ii. Validação do Método de Análise do Ácido Fosfórico
A Tabela V.8 apresenta os valores relativos à padronização da solução de hidróxido de sódio
utilizada como titulante.
Tabela V.8: Registo dos valores determinados para o cálculo da molaridade da solução de hidróxido de sódio, NaOH
Solução mC8H5KO4/g ∆V/mL Vbranco/mL VNaOH /mL cNaOH /(mol/L) Média
1.
0.6205 30.40 0.05 30.35 0.1001
0.1004±0.0005 0.6355 31.00 0.05 30.95 0.1005
0.6774 33.00 0.05 32.95 0.1007
2.
0.7051 34.40 0.05 34.35 0.1005
0.1003±0.0005 0.7113 34.80 0.05 34.75 0.1002
0.7172 35.10 0.05 35.05 0.1002
3.
0.7072 34.10 0.05 34.05 0.1017
0.1011±0.0005 0.7052 34.30 0.05 34.25 0.1008
0.6923 33.70 0.05 33.65 0.1007
4.
0.6224 30.30 0.05 30.25 0.1007
0.1007±0.0005 0.6241 30.30 0.05 30.25 0.1010
0.6259 30.60 0.05 30.55 0.1003
5.
0.6662 32.80 0.05 32.75 0.0996
0.1002±0.0005 0.6684 32.70 0.05 35.65 0.1002
0.6855 33.40 0.05 33.35 0.1006
91
A Tabela V.9 apresenta os valores relativos à determinação da pureza de uma amostra de
ácido fosfórico, utilizando como indicadores o alaranjado de metilo e a timolftaleína, utilizando
apenas a deteção visual para observar o ponto final da titulação.
Tabela V.9: Registo do volume de titulante gasto na análise da amostra, utilizando como indicador alaranjado de
metilo e timolftaleína, bem como dos valores calculados necessários à análise da amostra de ácido fosfórico comercial
Alaranjado de Metilo + Timolftaleína
Indicador
1. ª Titulação 2. ª Titulação
Ensaio i i imL imL ∆mL mL HmL i i imL imL
∆mL mL HmL
1 1.00 17.80 16.80 0.10 16.70 1.00 36.40 35.40 0.10 35.30
2 0.30 17.20 16.90 0.10 16.80 0.30 35.40 35.10 0.10 35.00
3 6.00 22.90 16.90 0.10 16.80 6.00 41.10 35.10 0.10 35.00
4 0.70 17.60 16.90 0.10 16.80 0.70 35.70 35.00 0.10 34.90
5 0.60 17.40 16.80 0.10 16.70 0.60 35.60 35.00 0.10 34.90
6 0.10 17.00 16.90 0.10 16.80 0.10 35.10 35.00 0.10 34.90
7 0.70 17.60 16.90 0.10 16.80 0.70 35.70 35.00 0.10 34.90
8 1.7 18.4 16.7 0.1 16.6 1.7 36.4 34.7 0.1 34.6
9 0.1 16.8 16.7 0.1 16.6 0.1 35 34.9 0.1 34.8 MédiamL - - - - 16.73 - - - - 34.92
i lado/ - - - - 0.07 - - - - 0.07
Hmol/L - - - - 13.93 - - - - 14.53
Hg/L - - - - 1364.65 - - - - 1424.00
C/% - - - - 81.09 - - - - 84.62
92
A Tabela V.10 apresenta os valores relativos à determinação da pureza de uma amostra de
ácido fosfórico, utilizando como indicadores o alaranjado de metilo e a timolftaleína, utilizando o
potenciómetro no auxílio da deteção do ponto final da titulação.
Tabela V.10: Registo do volume de titulante gasto na análise da amostra, utilizando como indicador alaranjado de metilo e timolftaleína, sendo a deteção do ponto final da titulação realizada através da viragem da cor do indicador e
da medição do pH do titulado, bem como dos valores calculados necessários à análise da amostra de ácido fosfórico comercial
Alaranjado de Metilo + Timolftaleína
Indicador + pH
1. ª Titulação 2. ª Titulação
Ensaio i i imL imL
∆mL mL HmL pH i i imL imL ∆mL mL HmL pH
1 0.70 17.60 16.90 0.20 16.70 4.49 0.70 35.60 34.90 0.20 34.70 9.73
2 4.70 21.60 16.90 0.20 16.70 4.68 4.70 39.70 35.00 0.20 34.80 9.57
3 0.50 17.30 16.80 0.20 16.60 4.65 0.50 35.40 34.90 0.20 34.70 9.57
4 0.90 17.90 17.00 0.20 16.80 4.69 0.90 35.90 35.00 0.20 34.80 9.43
5 0.40 17.30 16.90 0.20 16.70 4.72 0.40 35.40 35.00 0.20 34.80 9.62
6 0.80 17.70 16.90 0.20 16.70 4.54 0.80 36.10 35.30 0.20 35.10 9.63
7 0.20 17.30 17.10 0.15 16.95 4.71 0.20 35.30 35.10 0.15 34.95 9.60 MédiamL - - - - 16.70
16.95 - - - - -
34.82
34.95 -
i lado/ - - - - 0.07
0.07 - - - - -
0.07
0.07 -
Hmol/L - - - - 13.98
14.14 - - - - -
14.55
14.58 -
Hg/L - - - - 1367.30 - - - - - 1425.29 -
C/% - - - - 81.25 - - - - - 84.69 -
93
A Tabela V.11 apresenta os valores relativos à determinação da pureza de uma amostra de
ácido fosfórico, utilizando como indicadores o alaranjado de metilo e a fenolftaleína.
Tabela V.11: Registo do volume de titulante gasto na análise da amostra, utilizando como indicador alaranjado de metilo e fenolftaleína, bem como dos valores calculados necessários à análise da amostra de ácido fosfórico
comercial
Alaranjado de Metilo + Fenolftaleína
1. ª Titulação 2. ª Titulação
Ensaio i i imL imL
∆mL mL HmL pH i i imL imL ∆mL mL HmL pH
1 10.60 27.40 16.80 0.05 16.75 4.47 10.60 44.90 34.30 0.05 34.25 8.68
2 0.20 17.00 16.80 0.05 16.75 4.32 0.20 34.40 34.20 0.05 34.15 8.69
3 1.20 18.00 16.80 0.05 16.75 4.47 1.20 35.00 33.80 0.05 33.75 8.42
4 1.90 18.80 16.90 0.05 16.85 4.41 1.90 36.20 34.30 0.05 34.25 8.57
5 0.60 17.40 16.80 0.05 16.75 4.45 0.60 34.60 34.00 0.05 33.95 8.62
6 0.60 17.50 16.90 0.05 16.85 4.41 0.60 34.80 34.20 0.05 34.15 8.50
7 2.20 19.00 16.80 0.05 16.75 4.34 2.20 36.50 34.30 0.05 34.25 8.63 MédiamL - - - - 16.78 - - - - 34.21 - � i lado/ - - - - 0.07 - - - - 0.07 -
Hmol/L - - - - 14.11 - - - - 14.27 -
Hg/L - - - - 1382.68 - - - - 1398.56 -
C/% - - - - 82.16 - - - - - 83.10 -
94
A Tabela V.12 apresenta os valores relativos à determinação da pureza de uma amostra de
ácido fosfórico, utilizando como indicador uma solução de timolftaleína.
Tabela V.12: Registo do volume de titulante gasto na análise da amostra, utilizando como timolftaleína, bem como dos valores calculados necessários à análise da amostra de ácido fosfórico comercial
Timolftaleína
Ensaio i i imL imL
∆mL mL HmL
1 0.7 36 35.30 0.05 35.25
2 1.3 36.7 35.40 0.05 35.35
3 5.1 40.4 35.30 0.05 35.25
4 0.4 35.7 35.30 0.05 35.25
5 1.3 36.5 35.20 0.05 35.15
6 0.4 35.7 35.30 0.05 35.25
7 0.4 35.6 35.20 0.05 35.15
8 0.6 35.8 35.2 0.05 35.15
9 0.5 35.7 35.2 0.05 35.15 MédiamL - - - - 35.22
� i lado/ - - - - 0.07
Hmol/L - - - - 14.67
Hg/L - - - - 1437.35
C/% - - - - 85.41
95
A Tabela V.13 apresenta os valores relativos à determinação dos limites analíticos do método.
Tabela V.13: Valores obtidos durante a execução dos ensaios dos brancos, com o objetivo de determinar o LD e o LQ, bem como a concentração obtida em cada ensaio e a incerteza associada
Vi/mL Vf/mL ∆V/mL C/(g/L) 18.30 18.35 0.05 0.020 ± 0.012 3.40 3.45 0.05 0.020 ± 0.012 3.80 3.85 0.05 0.020 ± 0.012 4.20 4.25 0.05 0.020 ± 0.012 4.25 4.30 0.05 0.020 ± 0.012 4.30 4.35 0.05 0.020 ± 0.012 4.35 4.40 0.05 0.020 ± 0.012 4.40 4.45 0.05 0.020 ± 0.012 4.45 4.50 0.05 0.020 ± 0.012 4.50 4.55 0.05 0.020 ± 0.012
96
A Tabela V.14 apresenta os valores relativos à determinação da pureza de uma solução 10 %
e 20 % de ácido fosfórico, utilizando como indicador uma solução de timolftaleína.
Tabela V.14: Registo do volume de titulante gasto na análise das amostras de ácido fosfórico comercial com concentração de 10 % e 20 %, utilizando como indicador timolftaleína, bem como dos valores calculados
necessários à sua análise
Concentração/ %
10 20
Ensaio i i imL imL ∆mL mL HmL i i imL imL
∆mL mL HmL
1 10.90 16.20 5.40 0.10 5.20 15.60 23.60 8.00 0.05 7.95
2 16.20 21.60 5.30 0.10 5.30 23.70 31.80 8.10 0.05 8.05
3 21.60 26.90 5.30 0.10 5.20 31.80 39.90 8.10 0.05 8.05
4 26.90 32.30 5.40 0.10 5.30 0.70 8.60 7.90 0.05 7.85
5 32.60 37.90 5.30 0.10 5.20 8.60 24.50 8.000 0.05 7.95
6 39.00 44.30 5.30 0.10 5.20 16.50 32.90 8.1 0.05 8.05
7 0.90 6.10 5.20 0.10 5.10 24.80 41.00 8.10 0.05 8.05 MédiamL - - - - 5.21 - - - - 7.99 � i lado/ - - - - 0.01 - - - - 0.02
Hmol/L - - - - 0.22 - - - - 0.79
Hg/L - - - - 21.65 - - - - 77.69
C/% - - - - 10.93 - - - - 19.68
97
A Tabela V.15 apresenta os valores relativos à determinação da pureza de uma solução 50 %
e 70 % de ácido fosfórico, utilizando como indicador uma solução de timolftaleína.
Tabela V.15: Registo do volume de titulante gasto na análise das amostras de ácido fosfórico comercial com concentração de 50 % e 70 %, utilizando como indicador timolftaleína, bem como dos valores calculados
necessários à sua análise
Concentração/ %
50 70
Ensaio i i imL imL ∆mL mL HmL i i imL imL
∆mL mL HmL
1 0.10 20.60 20.50 0.05 20.45 5.10 33.70 28.60 0.10 28.50
2 20.60 41.20 20.60 0.05 20.55 0.20 28.80 28.60 0.10 28.50
3 0.50 20.90 20.40 0.05 20.35 0.80 29.30 28.50 0.10 28.40
4 20.90 41.30 20.40 0.05 20.35 8.20 36.60 28.40 0.10 28.30
5 0.40 20.70 20.30 0.05 20.25 0.50 29.10 28.60 0.10 28.50
6 20.80 41.20 20.40 0.05 20.35 0.20 28.70 28.50 0.10 28.40
7 8.50 28.80 20.30 0.05 20.25 1.70 30.30 28.60 0.10 28.50
8 - - - - - 8.20 36.6 28.40 0.10 28.30
9 - - - - - 10.6 39.00 28.40 0.10 28.30
10 - - - - - 1.10 29.50 28.40 0.10 28.30 MédiamL - - - - 20.36 - - - - 28.40 � i lado/ - - - - 0.04 - - - - 0.06
Hmol/L - - - - 5.06 - - - - 9.88
Hg/L - - - - 495.51 - - - - 967.91
C/% - - - - 50.06 - - - - 69.91
98
A Tabela V.16 apresenta os valores relativos à determinação da pureza de uma solução 75 %
e 80 % de ácido fosfórico, utilizando como indicador uma solução de timolftaleína.
Tabela V.16: Registo do volume de titulante gasto na análise das amostras de ácido fosfórico comercial com concentração de 75 % e 85 %, utilizando como indicador timolftaleína, bem como dos valores calculados
necessários à sua análise
Concentração/ %
75 80
Ensaio i i imL imL ∆mL mL HmL i i imL imL
∆mL mL HmL
1 1.20 32.1 30.90 0.05 30.85 1.50 34.7 33.20 0.05 33.15
2 1.40 32.2 30.80 0.05 30.75 1.00 34.5 33.50 0.05 33.45
3 0.20 30.9 30.70 0.05 30.65 0.80 33.9 33.10 0.05 33.05
4 0.40 31.2 30.80 0.05 30.75 0.40 33.6 33.10 0.05 33.15
5 0.30 31.1 30.80 0.05 30.75 0.90 34 33.10 0.05 33.05
6 0.30 31.0 30.70 0.05 30.65 0.10 33.4 33.30 0.05 33.25
7 2.00 32.7 30.70 0.05 30.65 0.60 33.7 33.10 0.05 33.05 MédiamL - - - - 30.72 - - - - 33.16
� i lado/ - - - - 0.06 - - - - 0.07
Hmol/L - - - - 11.37 - - - - 12.89
Hg/L - - - - 1113.97 - - - - 1264.06
C/% - - - - 74.90 - - - - 79.87
99
A Tabela V.17 apresenta os valores relativos à determinação da pureza de uma solução 85 %,
utilizando como indicador uma solução de timolftaleína e variando o dia de análise, de forma a
analisar a variabilidade de resultados, variando as condições de análise.
Tabela V.17: Dados relativos aos ensaios realizados, no Dia 1 e Dia 2, com o objetivo de estudar o parâmetro da precisão intermédia
Dia 1 Dia 2
Ensaio i i imL imL ∆mL mL HmL i i imL imL
∆mL mL HmL
1 0.7 36.00 35.30 0.05 35.25 1.5 36.85 35.35 0.05 35.30
2 1.3 36.70 35.40 0.05 35.35 1 36.60 35.60 0.05 35.55
3 5.1 40.40 35.30 0.05 35.25 0.8 35.95 35.15 0.05 35.10
4 0.4 35.70 35.30 0.05 35.25 0.4 35.70 35.30 0.05 35.25
5 1.3 36.40 35.10 0.05 35.05 4 39.10 35.10 0.05 35.05
6 1.3 36.50 35.20 0.05 35.15 0.9 36.10 35.20 0.05 35.15
7 0.4 35.70 35.30 0.05 35.25 0.1 35.50 35.40 0.05 35.35
8 0.4 35.60 35.20 0.05 35.15 0.5 35.80 35.30 0.05 35.25
9 0.6 35.80 35.20 0.05 35.15 0.5 35.70 35.20 0.05 35.15
10 0.5 35.70 35.20 0.05 35.15 0.3 35.60 35.30 0.05 35.25 MédiamL - - - - 35.22 - - - - 35.23
� i lado/ - - - - 0.07 - - - - 0.07
Hmol/L - - - - 14.67 - - - - 14.67
Hg/L - - - - 1437.35 - - - - 1437.69
C/% - - - - 85.41 - - - - 85.43
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Anexo VI: Procedimento Experimental Adotado na Empresa
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