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UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA INSTITUTO DE QUÍMICA USO DO ÁCIDO VIOLETA DE ALIZARINA N (AAVN) COMO REAGENTE ESPECTROFOTOMÉTRICO NA DETERMINAÇÃO DE ALUMÍNIO E COBALTO por Alailson Falcão Dantas Dissertação apresentada ao Colegiado do Curso de Pós- Graduação em Química como parte dos requisitos para a obtenção do grau de Mestre em Ciências Orientador: Prof. Dr. Antônio Celso Spínola Costa Salvador-Bahia Outubro/1997

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UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA

INSTITUTO DE QUÍMICA

USO DO ÁCIDO VIOLETA DE ALIZARINA N (AAVN) COMO REAGENTE ESPECTROFOTOMÉTRICO NA DETERMINAÇÃO DE ALUMÍNIO E COBALTO

por

Alailson Falcão Dantas

Dissertação apresentada ao Colegiado do Curso de Pós-Graduação em Química como parte dos requisitos para a

obtenção do grau de Mestre em Ciências

Orientador: Prof. Dr. Antônio Celso Spínola Costa

Salvador-Bahia Outubro/1997

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COMISSÃO EXAMINADORA

Prof. Dr. Antônio Celso Espínola Costa (IQ-UFBA) Orientador

Prof. Dr. Sérgio Luís Costa Ferreira (IQ-UFBA)

Prof. Dr. Reinaldo Calixto Campos (PUC-RJ)

Homologada pelo Colegiado dos Cursos de Pós-Graduação em Química Em __ / __ / __

ii

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Dedico este trabalho aos meus pais, Aloisio e Graciete Dantas

com todo carinho

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AGRADECIMENTOS

• A Deus, por estar sempre fazendo o melhor por mim.

• A minha família, por todo amor, carinho e apoio nos momentos

decisivos da minha vida e nas horas mais difíceis deste mestrado.

• Ao Prof. Dr. Antônio Celso Spínola Costa, meu orientador, pela

amizade, pelo carinho, mas principalmente pelos preciosos

ensinamentos, dentro e fora do laboratório, que me ajudam a crescer

como pessoa e como profissional.

• Ao Prof. Dr. Sérgio Luís Costa Ferreira, meu co-orientador, pela

amizade e carinho, e a quem eu sou eternamente grato pelo convite

inicial para integrar sua equipe de pesquisa, como aluno de I.C., e que

veio a resultar neste mestrado.

• A todos os amigos e colegas do IQ-UFBA, principalmente os

companheiros dos laboratórios 403, 408, 409 e 411 que, de alguma

forma, contribuíram para a realização deste trabalho.

• Aos professores Miguel Fascio, José Oscar N. Reis e Humberto

Testagrossa e às professoras Maria Helena Melo e Neyla Araújo, pela

amizade, apoio e contribuições desde o início deste mestrado.

• Aos funcionários José Valmir, Vivaldino e Alice que, à sua maneira,

contribuíram para este trabalho.

• Aos amigos de fora do IQ-UFBA, que não entendem nada de química,

mas torceram para este trabalho dar certo.

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ÍNDICE

Lista de Tabelas................................................................................... vii Lista de Figuras.................................................................................... viii Lista de Abreviaturas e Símbolos........................................................ x Resumo................................................................................................. xi Abstract................................................................................................ xii 1-Introdução......................................................................................... 1 2-o,o’-Di-hidroxiarilazo Compostos..................................................... 3 2.1-Definição......................................................................................... 3 2.2-Fontes, Pureza e Nomenclatura........................................................ 5 2.3-Aplicações dos reagentes o,o’-di-hidroxiarilazo................................ 6 2.3.1-Indicadores metalocrômicos.......................................................... 6 2.3.2-Espectrofotometria de absorção molecular..................................... 10 3-Ácido Violeta de Alizarina N............................................................ 13 3.1-Estrutura e propriedades................................................................... 13 3.2-Uso do AAVN em técnicas analíticas............................................... 17 3.2.1-Indicador em volumetria................................................................ 17 3.2.2-Espectrofotometria de absorção molecular..................................... 17 3.2.3-Polarografia................................................................................... 18 3.2.4-Outras aplicações analíticas........................................................... 20 4-Alumínio............................................................................................ 21 4.1-Introdução........................................................................................ 21 4.2-Ocorrência, obtenção e usos............................................................. 21 4.3-Propriedades físicas e químicas........................................................ 25 4.4-Essencialidade e toxicologia............................................................. 29 4.5-Determinação de alumínio................................................................ 30 4.5.1-Volumetria de complexação.......................................................... 30 4.5.2-Espectrofotometria de absorção molecular.................................... 31 4.5.3-Outras técnicas analíticas.............................................................. 34 5-Cobalto.............................................................................................. 36 5.1-Introdução........................................................................................ 36 5.2-Ocorrência, obtenção e usos............................................................. 36 5.3-Propriedades físicas e químicas........................................................ 38 5.4-Essencialidade e toxicologia............................................................. 42 5.5-Determinação de cobalto.................................................................. 43 5.5.1-Volumetria de complexação.......................................................... 43 5.5.2-Espectrofotometria de absorção molecular.................................... 44 5.5.3-Outras técnicas analíticas.............................................................. 46 6-Instrumentos e reagentes.................................................................. 48

v

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6.1-Instrumentação................................................................................. 48 6.2-Reagentes e soluções........................................................................ 48 7-Determinação de alumínio com ácido Violeta de Alizarina N.........

50

7.1-Procedimento geral........................................................................... 50 7.2-Resultados e discussão..................................................................... 51 7.2.1-Espectros e estabilidade do AAVN-Al(III).................................... 51 7.2.2-Efeito do pH................................................................................. 57 7.2.3-Efeito da concentração de AAVN.................................................. 58 7.2.4-Efeito dos tensoativos.................................................................... 59 7.2.5-Efeito da concentração de EDTA.................................................. 64 7.2.6-Efeito da concentração do tampão amoniacal................................. 66 7.2.7-Características analíticas do método.............................................. 67 7.2.8-Efeito da ordem de adição............................................................. 68 7.2.9-Efeito de outros íons...................................................................... 70 7.2.10-Aplicação.................................................................................... 71 8-Determinação de cobalto com ácido Violeta de Alizarina N........... 72 8.1-Procedimento geral........................................................................... 72 8.2-Resultados e discussão..................................................................... 73 8.2.1-Espectros e estabilidade do AAVN-Co(II)..................................... 73 8.2.2-Efeito do pH.................................................................................. 75 8.2.3-Efeito da concentração de AAVN................................................. 76 8.2.4-Efeito dos tensoativos.................................................................... 77 8.2.5-Efeito da concentração de EDTA.................................................. 81 8.2.6-Efeito da concentração do tampão acetato..................................... 82 8.2.7-Efeito da concentração do ácido ascórbico.................................... 82 8.2.8-Características analíticas do sistema.............................................. 84 8.2.9-Efeito da ordem de adição............................................................. 85 8.2.10-Efeito de outros íons.................................................................... 87 8.2.11-Aplicação.................................................................................... 88 9-Conclusões......................................................................................... 90 10-Referências bibliográficas............................................................... 92

vi

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LISTA DE TABELAS

3.1-Quadro geral da reatividade do AAVN com alguns cátions.............. 14 3.2-Calores (∆H) e entropias (∆S) de ionização...................................... 15 3.3-Constantes de formação de quelatos do AAVN................................ 16 7.1-Efeito da variação da concentração de Trinton-X100, na presença de CTAB 0,004%, sobre a absorvância do sistema AAVN-Al(III), para Al(III) = 0,4µg/mL.................................................................................

62

7.2-Efeito da variação da concentração de CTAB, na presença de Triton-X100 0,04%, sobre absorvância do sistema AAVN-Al(III), para Al(III) = 0,4µg/mL.................................................................................

63

7.3-Efeito dos ácidos poliaminocarboxílicos sobre a absorvância do sistema AAVN-Al(III) para Al(III)=0,4µg/mL........................................

65

7.4-Características analíticas do método proposto.................................. 67 7.5-Reprodutibilidade do AAVN-Al(III) para Al(III)=0,4µg/mL.............

67

7.6-Efeito da ordem de adição dos reagentes.......................................... 69 7.7-Determinação de alumínio em amostras padrões............................. 71 8.1- Efeito da variação da concentração de Trinton-X100, na presença de CTAB 0,004%, sobre a absorvância do sistema AAVN-Co(II), para Co(II) = 0,4µg/mL..................................................................................

79

8.2- Efeito da variação da concentração de CTAB, na presença de Triton-X100 0,04%, sobre absorvância do sistema AAVN-Co(II), para Co(II) = 0,4µg/mL..................................................................................

79

8.3-Características analíticas do método proposto.................................. 84 8.4-Reprodutibilidade do AAVN-Co(II) para Co(II)=0,4%.....................

84

8.5-Efeito da ordem de adição dos reagentes.......................................... 86 8.6-Determinação de cobalto em amostras sintéticas.............................. 89

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LISTA DE FIGURAS

2.1-Complexo Mg-Erio-T....................................................................... 4 2.2-Hidroxílas em posição orto............................................................... 4 3.1-Ácido Violeta de Alizarina N (AAVN)............................................. 13 7.1-Espectro do complexo AAVN-Al(III)............................................... 51 7.2-Espectros dos complexos do AAVN com Co(II) e Ni(II).................. 53 7.3-Espectros do complexo HNB-Al(III), em meio básico, na presença de tensoativos.........................................................................................

54

7.4-Espectros dos complexos do Al(III) com o HNB e o AAVN em pH 4,8..........................................................................................................

54

7.5-Espectros do sistema AAVN-Al(III) em pH 9,4 e pH 4,8................. 55 7.6-Efeito do tempo sobre a absorvância do sistema AAVN-Al(III)........

56

7.7-Efeito da variação do pH sobre a absorvância do sistema AAVN(III).............................................................................................

57

7.8-Efeito da concentração do ácido Violeta de Alizarina N sobre a absorvância do sistema AAVN-Al(III)...................................................

58

7.9-Espectros do AAVN e do AAVN-Al(III) na ausência de Triton-X100/CTAB...........................................................................................

61

7.10- Espectros do AAVN e do AAVN-Al(III) na presença de Triton-X100/CTAB...........................................................................................

61

7.11-Efeito da concentração de tensoativos sobre a absorvância do sistema AAVN-Al(III)...........................................................................

64

7.12-Efeito da concentração de EDTA 5% sobre a absorvância do sistema AAVN-AL(III)..........................................................................

65

7.13-Efeito da concentração de tampão amônio/cloreto de amônio pH 9.4 sobre a absorvância do sistema AAVN-Al(III)..................................

66

7.14-Curva analítica do sistema AAVN-Al(III) em 607nm 68 8.1-Espectros do sistema AAVN-Co(II)................................................. 73 8.2-Efeito do tempo sobre a estabilidade do sistema AAVN-Co(II)........

74

8.3-Efeito da variação do pH na absorvância do sistema AAVN-Co(II)..

75

8.4-Efeito da concentração do ácido Violeta de Alizarina N sobre o sistema AAVN-Co(II)............................................................................

76

8.5-Espectros dos complexos do AAVN com o Co(II) e o Ni(II) na ausência de tensoativos..........................................................................

77

8.6- Espectros dos complexos do AAVN com o Co(II) e o Ni(II) na ausência de tensoativos..........................................................................

78

viii

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8.7-Efeito da mistura de tensoativos sobre a absorvância do sistema AAVN-Co(II).........................................................................................

80

8.8-Efeito da concentração de EDTA sobre a absorvância do sistema AAVN-Co(II).........................................................................................

81

8.9-Efeito da concentração de tampão acetato de sódio/ácido acético pH 4.8 sobre a absorvância do sistema AAVN-Co(II)............................

82

8.10-Efeito da concentração do redutor sobre a absorvância do sistema AAVN-Co(II).........................................................................................

83

8.11-Curva analítica de calibração do sistema AAVN-Co(II) em 565nm

85

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LISTA DE ABREVIATURAS E SÍMBOLOS

AAVN - Ácido Violeta de Alizarina N

Erio-T - Negro de Eriocromo T

HNB - Azul de Hidroxinaftol

EDTA - Ácido Etilenodiaminotetracético

CDTA - Ácido Trans-1,2-diaminociclohexano-N,N,N’,N’-tetracético

(IV)

CTAB - Brometo de cetiltrimetilamônio

EGTA - Ácido Etileno-bis-(oxi-etilenodiamino)-tetracético

A - Absorvância

M - Molar

Fig. - Figura

min. - Minuto(s)

nm - nanometros oC - Graus centígrado

∆H - Entalpia

∆S - Entropia

V - Volts

Eo - Potencial padrão

CAl(III) - Concentração de alumínio(III) (mols/L)

CCo(II) - Concentração de cobalto(II) (mols/L)

L.D - Limite de Detecção

L.Q. - Limite de Quantificação

C.V. - Coeficiente de Variação

I.C. - Intervalo de confiança

ε - Absortividade Molar

RESUMO

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O presente trabalho propõe a aplicação do ácido violeta de alizarina

n (AAVN) como reagente para a determinação direta de cobalto ou

alumínio, usando espectrofotometria de absorção molecular convencional,

na presença de tensoativos.

O cátion alumínio (III) reage com o AAVN em pH 9,4 formando

um complexo violeta, estável por cerca de 24 horas, com absorvância

mínima em 607nm e absortividade molar ε=2,71x104 L.mol-1.cm-1, contra

um branco do reagente. A reação de complexação ocorre na presença da

mistura dos tensoativos Triton-X100 e CTAB e na presença de EDTA. A

determinação do alumínio é possível numa faixa linear de 50 até 400

ng.mL-1, com um limite de detecção de 41 ng.mL-1.

O cátion cobalto (II) reage com o AAVN em pH 4,8 formando um

complexo vermelho, estável por cerca de 24 horas, com absorvância

máxima em 565nm e absortividade molar ε=1,92x104 L.mol-1.cm-1, contra

um branco do reagente. A reação de complexação ocorre na presença da

mistura dos tensoativos Triton-X100 e CTAB, e na presença de EDTA e

ácido ascórbico. A determinação do cobalto é possível numa faixa linear

de 110 até 3500ng.mL-1, com um limite de detecção de 22 ng.mL-1.

xi

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ABSTRACT

The present work proposes the application of the acid Alizarine

Violet N (AAVN) as a reagent for cobalt and aluminum direct

determination using ordinary molecular absorption spectrophotometry in

the presence of tensoatives.

Aluminum (III) cation reacts with AAVN in pH 9.4 forming a red

complex, stable for at least 24 hours, with absorption minimum at 607nm

and molar absorptivity ε=2.71x104 L.mol-1.cm-1 against a reagent blank.

The reaction occurs in the presence of a Triton-X100 and CTAB

tensoatives mixture, and in the presence of EDTA. Aluminum

determination is possible in the linear range of 50 up to 400ng.mL-1, with

a detection limit of 41 ng.mL-1.

Cobalt (II) cation reacts with AAVN in pH 4.8 forming a red

complex, stable for at least 24 hours, with absorption maximum at 565nm

and molar absorptivity ε=1.92x104 L.mol-1.cm-1, against a reagent blank.

The reaction occurs in the presence of a Triton-X100 and CTAB

tensoatives mixture, and in the presence of EDTA and ascorbic acid.

Cobalt determination is possible in the linear range of 110 up to 3500

ng.mL-1, with a detection limit of 22 ng.mL-1.

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1- INTRODUÇÃO

Desde o século XVII, os reagentes orgânicos cumprem um papel

importante na Química Analítica. Mas, somente no século XIX, é que

ocorreu a consolidação do uso desses reagentes quando, em 1885, Illinski

e Knorre introduziram o 1-nitroso-2-naftol como agente precipitante para

determinação quantitativa de cobalto. Mais tarde, a descoberta da alta

sensibilidade e da alta seletividade da reação do níquel com a

dimetilglioxima foi um importante estímulo para a descoberta de novos

reagentes analíticos de origem orgânica. Depois do empirismo da fase

inicial, a ampliação dos conhecimentos a respeito de estrutura química e

mecanismo de reação ajudaram notavelmente na síntese e utilização de

novos reagentes orgânicos.

Os reagentes orgânicos possuem uma ampla aplicação em química

analítica. No passado, eles basicamente foram usados em determinações

gravimétricas e volumétricas. Mais tarde, eles foram utilizados, direta ou

indiretamente, em análises instrumentais, como por exemplo, nas técnicas

de espectrofotometria. Hoje, constantemente são desenvolvidas novas

técnicas e sintetizados novos reagentes analíticos, ao mesmo tempo que

se desenvolvem melhores aplicações para os reagentes já existentes.

O futuro dos reagentes orgânicos aponta várias alternativas de

desenvolvimento, desde a síntese de novos reagentes mais simples,

sensíveis e seletivos, até a pré-concentração de metais, passando pelas

resinas quelantes, grupos quelantes, sistemas “on-line”, fluorescência,

eletroquímica ou até mesmo os rápidos e simples “spot tests” para análise

qualitativa ou semi-quantitativa de superfície em novos materiais.

1

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Entretanto, independente das direções futuras que o uso dos

reagentes orgânicos em análise inorgânica venha tomar, vale a pena

manter em mente que sempre que for necessário um procedimento rápido,

sensível e seletivo, o uso de reagentes orgânicos, em suas mais variadas

formas e técnicas, será sempre uma opção a se considerar.

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2 - o,o’-DI-HIDROXIARILAZO COMPOSTOS

2.1 - DEFINIÇÃO

Em virtude das primeiras aplicações, em química analítica, dos

compostos o,o’-di-hidroxiarilazo estarem diretamente ligadas às técnicas

de volumetria, em especial a volumetria de complexação, não é de

surpreender que a definição desses reagentes se confunda com o dos

indicadores metalocrômicos. Assim, o seu amplo emprego como

indicadores metalocrômicos, principalmente em complexometria com

EDTA, ocorreu devido ao fato desses compostos possuírem grupos (ou

sítios) doadores, capazes de complexar íons metálicos e formar quelatos

com coloração diferente daquela que os compostos possuem quando

livres em solução. Vale salientar também que esses compostos possuem

propriedades de ácidos e bases, o que lhes conferem a capacidade de

serem empregados como indicadores ácido-base em volumetria de

neutralização, pois a sua coloração varia de acordo o pH do meio, como

pode ser observado para a calmagita:

baixo pH pH 7,1-9,1 pH 11,4-13,3 H3D H2D1- HD2- D3-

Vermelho Vermelho Azul Laranja

No mais simples dos azo-compostos, dois anéis aromáticos estão

ligados pelo grupo cromóforo azo, -N=N-, e orto ou para a estes grupos

estão os substituintes auxocrômicos, quase sempre -OH ou grupos amino,

-NH2, NHR e -NR2. Todos esses azo compostos são indicadores de pH.

A mudança de cor, quando o pH diminui, é devido à fixação de um

próton ao grupo auxocrômico (fenolato ou amino) ou sobre um dos

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átomos de nitrogênio do grupo azo (R-N=N-R → R-N=N+H-R) e, com o

aumento do pH, o processo é revertido.

Com a introdução de ligantes adequados, os azo-compostos

tornam-se também indicadores metalocrômicos. Estes ligantes devem

oferecer sítios doadores em condições de formar quelatos com anéis de 5

ou 6 membros, para que os produtos finais sejam suficientemente estáveis

(Figura 2.1).

N=N

OO

HO 3S

NO 2

Mg

Fig. 2.1 - Complexo Mg-Erio-T

Se a coordenação do metal envolve um grupo auxocrômico, o

espectro de absorção será modificado com a formação do complexo, e

resultará numa mudança acentuada na cor, especialmente se o metal

estiver ligado também ao grupo azo. Essa condição pode ser possível se

substituintes capazes de coordenarem os metais estiverem em posição

orto ou orto’ (ou 2,2’) ao grupo azo (Fig.2.2), razão pela qual esses

compostos são chamados o,o’-dihidroxiarilazo, onde esses grupos

fenólicos servem, simultaneamente, como grupos auxocrômicos e como

ligantes dos metais.

N=N

OH HOposição orto'posição orto

Fig. 2.2 - Hidroxilas em posição orto

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2.2 - FONTES, PUREZA E NOMENCLATURA

Todos os reagentes o,o’-di-hidroxiarilazo mais importantes podem

ser obtidos comercialmente. Esses compostos são sintetizados pelo

procedimento padrão de reação de diazotação e acoplamento de grupos

azo. Patton e Reeder (1) aconselham que a síntese desse tipo de composto

deve ser realizada em ausência de luz e que o sal de diazônio

intermediário, que se decompõe com facilidade, deve ser estocado em um

recipiente escuro.

Apesar da facilidade da síntese desses azo-compostos, vale

salientar que, devido à dificuldade de purificação, nem sempre é possível

se trabalhar com reagentes quimicamente puros. Nesses compostos, e

mais particularmente seus sais, as repetidas precipitações e

recristalizações falham em levar aos produtos puros desejados, ao

contrário, freqüentemente chega-se a misturas de isômeros, onde os

componentes só podem ser separados por cromatografia ou por

eletroforese. Muitos dos compostos o,o’-di-hidroxilazo mais empregados,

como o negro de eriocromo T, não são quimicamente puros necessitando,

em alguns casos, uma purificação prévia, como a sugerida e detalhada por

Diehl e Lindstron (2). Entretanto, apesar da baixa pureza desses

reagentes, eles podem ser usados satisfatoriamente com rápidas

recristalizações ou sem purificação prévia em muitas aplicações

analíticas, como pode ser verificados em diversos trabalhos, como por

exemplo, o uso da calmagita como indicador metalocrômico onde a

pureza do reagente era de 80% (3). Por outro lado, quando estudos

fundamentais de equilíbrio estiverem sendo realizados, tais como

composição, estabilidade e constante de formação do complexo, é

importante registrar informações sobre a pureza do reagente, nas

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condições em que foram realizados os experimentos, para evitar

interpretações errôneas dos resultados obtidos.

A designação dos azo-compostos ainda é uma área um tanto

delicada. Os nomes sistemáticos dos compostos orgânicos, baseados nas

regras de nomenclatura estabelecidas, são bem definidos. Porém,

abreviações de nomes científicos são freqüentemente usadas, como por

exemplo, o HHSNN para o ácido 2-hidroxi-1-(2’-hidroxi-4’-sulfônico-1’-

naftilazo)-3-naftóico, mais conhecido como ácido calconcarboxílico.

Alternativamente, nomes triviais são dados freqüentemente, referindo-se

ao metal ao qual o composto foi particularmente usado pela primeira vez,

como: calcon, calmagita, thorin, calcicromo e outros. Existem também

compostos que são nomeados de acordo a marca registrada da indústria

que o produz, como por exemplo, o negro de eriocromo T, cujo o nome

pertence à I.R.Geigy e Co., que geralmente usa o prefixo ERIO em seus

produtos; uma abreviação desse nome também pode ser usada, tal como,

Erio-T. Infelizmente, é comum acontecer que mais de um nome trivial

seja encontrado para uma mesma substância, pois cada fabricante tende a

utilizar sua própria denominação particular.

2.3 - APLICAÇÕES DOS REAGENTES o,o’-DI-HIDROXILAZO

De um modo geral, os azo-compostos desta família são

amplamente empregados como indicadores metalocrômicos em

volumetria de complexação. Eles são algumas vezes usados como

reagentes espectrofotométricos em soluções aquosas ou após a extração

com solvente.

2.3.1 - INDICADORES METALOCRÔMICOS

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O primeiro trabalho usando compostos o,o’-di-hidroxiarilazo,

como indicadores metalocrômicos, foi realizado por Schwarzenbach e

Biedermann, no ano de 1948 (4). O artigo indicava a utilização de quatro

azo-compostos (negro azul de eriocromo B, negro azul de eriocromo R,

negro de eriocromo T e negro de eriocromo A) como indicadores

metalocrômicos para a titulação de Ca e Mg com EDTA. As estruturas

dos compostos apresentam poucas diferenças entre si, com uma certa

correspondência dois a dois, ou seja, o negro de eriocromo T é o

correspondente ao negro azul de Eriocromo B com a adição de um grupo

nitro, -NO2, à sua estrutura, e de maneira semelhante, o negro de

eriocromo A é o correspondente ao negro azul de eriocromo R com a

adição de um grupo nitro, -NO2, à sua estrutura. Os autores encontraram,

para todos os indicadores, que a estequiometria da reação era de 1:1, tanto

para o Ca(II) como para o Mg(II). Eles descreveram o comportamento

dos indicadores com a variação do pH , suas constantes de dissociação e

as constantes de formação dos quelatos formados. A partir desses

resultados, eles concluíram que o negro de eriocromo T era o mais

sensível dos quatro indicadores para a detecção de pequenas quantidades

de magnésio, e, consequentemente, o melhor indicador para volumetria de

complexação.

Depois do trabalho de Schwarzenbach e Biedermann, muitos

trabalhos se seguiram usando o negro de eriocromo T, até que Young e

Sweet (5), em 1955, publicaram um artigo tentando demonstrar que

existiam outras formas estequiométricas distintas daquelas sugeridas

inicialmente por Schwarzenbach e Biedermann. Segundo os autores, o

negro de eriocromo T, além de complexos1:1, formaria também

complexos 2:1 e 3:1. Assim, através de medidas espectrofotométricas e

do método modificado de variações contínuas, os autores encontraram

7

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estas duas últimas estequiometrias e ainda sugeriram uma estrutura

octaédrica, para a estequiometria 3:1. Porém, em nenhum momento do

trabalho, os autores fazem qualquer referência à pureza do reagente ou à

força iônica do meio reacional.

Em 1959, Diehl e Lindstrom (2), publicam um artigo em resposta

ao artigo do Young e Sweet, corrigindo o erro cometido no mesmo e

confirmando, em definitivo, os resultados da estequiometria sugerida por

Schwarzenbach. O grande mérito deste trabalho está no cuidado que os

autores tiveram em purificar o reagente, procedimento que é

detalhadamente descrito, para garantir uma maior durabilidade das

soluções empregadas e no cuidado em certificar-se de que a força iônica

era constante durante todo o processo. Ao final do artigo, os autores

propõem que os resultados errôneos encontrados por Young talvez não o

sejam devido ao método empregado, mas sim, à falta de purificação do

reagente.

Em 1960, Diehl e Ellingboe (6), para reforçar seus resultados do

artigo anterior, fazem um estudo com 26 azo-compostos, de onde

concluem que, para os mesmos formarem quelatos com cálcio ou

magnésio, a estrutura mínima necessária deve conter duas hidroxilas, orto

e orto’ respectivamente, ao grupo azo, ou alternativamente, uma hidroxila

em posição orto e uma carboxila (-COOH) em posição orto’. Mais uma

vez, os autores demonstraram que a estequiometria para qualquer dos

quelatos, seja com Ca ou Mg, era de 1:1.

A grande aceitação do negro de eriocromo T incentivou uma busca

por novos reagentes. Em 1956, Patton e Reeder (1), sugerem um novo

indicador para cálcio e magnésio, o ácido calconcarboxílico, em

substituição ao já consagrado negro de eriocromo T. Apesar de

amplamente aceito, o Erio-T tinha como desvantagem a pouca

8

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estabilidade de suas soluções aquosas, que se decompõe com rapidez, o

que impelia à novas buscas de um reagente mais estável. O artigo

apresentava como novidade, além do novo indicador, a possibilidade da

determinação de Ca na presença de Mg, com o ácido calconcarboxílico,

sem separação prévia, ou seja, apenas o pH era elevado até a precipitação

do Mg(OH)2 para a determinação do Ca e depois determinava-se, em um

pH mais baixo, a mistura Ca + Mg e por diferença determinava-se a

quantidade de Mg. Mas o grande mérito deste trabalho encontra-se no

fato dos autores terem revelado um detalhe pequeno, porém importante,

na síntese de azo-compostos: a necessidade da diazotação ser feita em

ausência de luz.

Em 1960, Diehl e Lindstrom (3) sugerem um novo indicador para

substituir o Erio-T, a calmagita. O trabalho é todo calcado nos trabalhos

anteriores com Erio-T, feitos por Schwarzenbach e por eles próprios, e

apresenta como novidade o fato da calmagita ser, segundo eles,

indefinidamente estável em solução aquosa. No mais, ambos indicadores

se comportam de maneira semelhante, podendo um ser trocado pelo outro

sem necessidade de nenhuma modificação no procedimento analítico.

Em 1970, Itho e Ueno (7) publicaram uma avaliação do ácido

calconcarboxílico e de um novo reagente, o azul de hidroxinaftol (HNB),

como indicadores metalocrômicos na titulação de cálcio com EDTA.

Como em outros trabalhos para estudos das condições de equilíbrio, os

reagentes foram previamente purificados e as constantes de dissociação

foram determinadas espectrofotometricamente. Através da comparação

das curvas teóricas e experimental da mudança de cor do indicador no

ponto final da titulação, foi determinado que ambos compostos são

indicadores sensíveis para a titulação do cálcio em pH 12-13, com uma

indicação de ponto final levemente superior para o HNB. Como já foi dito

9

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anteriormente, há neste trabalho observações acerca das impurezas

encontradas nesta classe de reagentes e que não é aconselhável a

utilização dos mesmos, sem prévia purificação, na determinação de

constantes físicas, porém, essa purificação não se faz necessária no uso

em procedimentos gerais de análise.

2.3.2 - ESPECTROFOTOMETRIA DE ABSORÇÃO MOLECULAR

Há várias referências na literatura do uso de compostos o,o’-di-

hidrixiarilazo em espectrofotometria de absorção molecular,

principalmente na determinação de cálcio e magnésio. Entre as primeiras,

encontra-se o trabalho de Harvey e colaboradores (8), de 1953, que

estudaram o negro de eriocromo T como reagente espectrofotométrico

para determinação de magnésio. Os autores observaram que o pH exerce

grande influência sobre o sistema. O sistema obedece a lei de Beer em

duas faixas de concentrações: 0,2-1,4mg/L e 1-14mg/L. Vale destacar

que, apesar do fato do Erio-T se decompor com facilidade, segundo os

autores, a queda do sinal de absorvância ao final de 5 dias é

negligenciavel. Vários interferentes, como cobre, ferro, cobalto e

alumínio, foram eliminados e principalmente o cálcio é precipitado

previamente com sulfato em metanol.

Em 1958, Menon e Das (9) estudaram um sistema matemático para

a determinação simultânea de cálcio e magnésio com negro de eriocromo

T, sem separação prévia, e era baseado na diferença de estabilidade dos

complexos dos metais com EDTA em pH 9,5.

Em 1960, Cheng, Lott e Kwan (10), publicam um artigo onde o

negro de eriocromo T é apresentado com um reagente altamente seletivo

para determinação espectrofométrica de Th(IV). O procedimento é livre

de interferências, principalmente de terras-raras. O uso de alguns agentes

mascarantes previne a ação de muitos interferentes potenciais, permitindo

10

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a determinação do Th(IV) na presença de metais alcalinos, alcalinos-

terrosos, muitos metais de transição e metais pesados como o bismuto. O

ferro é uma interferência séria, mas a precipitação do mesmo com sulfeto

e posterior centrifugação resolve o problema. Vale destacar nesse

trabalho, como em outros trabalhos de Cheng, a preocupação do autor em

realizar testes qualitativos do reagente frente a vários metais, o que

sempre oferece um panorama geral da reatividade e seletividade do

reagente.

Korkisch (11), em 1961, estudou a determinação

espectrofotométrica de titânio com negro de solocromo AS em meio

HCl/metanol. O composto reage com o titânio formando um complexo

vermelho-violeta, que apresenta um absorvância máxima em 390nm e

limite de detecção inferior a 0,1mg/L de titânio. As interferências de

vários metais, entre eles o ferro(III), foram eliminadas pela adição de

ácido ascórbico e EDTA.

No ano seguinte, Curcio e Lott (12) estudaram a reação da

calmagita com o tório para determinação espectrofotométrica do último

em urina. A seletividade da reação era obtida pela adição de

hidroxilamina e EDTA como agente mascarante. Pelo método de

variações contínuas, foi encontrada a estequiometria de 1:2 do metal-

reagente e uma constante de estabilidade aparente igual a 2,4x108 em pH

8,5. Em pH 10, a absortividade molar encontrada foi 5,3x104, em 640nm.

A calmagita também foi sugerida como reagente

espectrofotométrico para determinação de cálcio e magnésio por Ingman

e Ringbon, em 1966 (13). O procedimento envolvia o uso de EGTA, onde

as amostras de cálcio eram determinadas sem o EGTA e as amostras de

magnésio eram medidas na presença de EGTA, para mascarar o cálcio.

11

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Os vários interferentes foram resolvidos com o uso de agentes

mascarantes adequados.

Em 1970, o HNB aparece como reagente espectrofotométrico para

determinação de alcalinos terrosos e lantanídeos (14). Brittain, ao

perceber que o reagente era muito pouco utilizado, resolveu investigar a

possibilidade do uso do HNB na determinação de outros metais e

produziu o que acabou sendo o primeiro uso de HNB como reagente

espectrofotométrico, para outros metais que não Ca e Mg. No ano

seguinte, 1978, o próprio Brittain (15) indicou o HNB como reagente

espectrofotométrico e fluorimétrico para a determinação de urânio.

Em 1991, Gama e colaboradores (16) determinaram magnésio em

salmouras usando o azul de xilidil I como reagente espectrofotométrico.

O trabalho tinha por objetivo a determinação de traços de magnésio em

salmouras contendo 300g/L de NaCl, para controle de processos

eletrolíticos na indústria de soda-cloro. Vale destacar o uso do agente

surfactante não-iônico Triton-X100, que aumentava a sensibilidade do

método proposto. O cálcio era mascarado com EGTA, enquanto que

outros metais eram mascarados com KCN ou trietanolamina.

Em 1996, Ferreira e colaboradores sugeriram a utilização do HNB

como reagente espectrofotométrico na determinação de Ni(II) em

amostras de bronze (17). O destaque neste trabalho é o uso, além da

espectrofotometria convencional, da técnica de espectrofotometria

derivativa “zero-to-peak”, que aliada a agentes mascarantes

convenientes, melhorou a seletividade e sensibilidade do método

proposto.

12

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3 - ÁCIDO VIOLETA DE ALIZARINA N

3.1 - ESTRUTURA E PROPRIEDADES

1-(2’-hidroxi-5’-sulfobenzeno)-2-naftol, o ácido violeta de

alizarina N, possui a seguintes estrutura molecular:

OH HO

N=N

HO3S

Ácido Violeta de Alizarina N (AAVN)

Fig. 3.1

O composto possui vários nomes comerciais, além do ácido violeta

de alizarina N (AAVN), ainda é conhecido como: violeta de eriocromo B,

violeta escuro de ômega cromo D, violeta de solocromo RS, violeta

intenso de cromo B, violeta de pontacromo SW, violeta de palatincromo e

mordente violeta 5.

O AAVN é encontrado usualmente na forma de ácido livre. É um

sólido cristalino (P.M. = 366,33) de coloração vermelha e facilmente

solúvel em água, dando uma solução também vermelha em pH< 7. O

AAVN foi inicialmente sugerido como um possível reagente fluorescente

para alumínio e gálio por Radley (18), em 1943. Ele pode ser sintetizado

a partir da reação de acoplamento entre o ácido 1-amino-2-hidroxi-5-

sulfobenzeno com o 2-naftol e a purificação pode ser feita pela

recristalização em misturas de éter-acetona (19).

Budesínsky (20) descreveu o equilíbrio e a variação de coloração

do AAVN, em função do pH, como descrito a seguir:

13

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pH 1-5 pH 5-7 pH 7-12 H3D H2D-1 HD-2 D-3

Amarelo Laranja Vermelho Violeta

Budesínsky também relatou uma série de metais que formam

complexos com o AAVN, suas respectivas faixas de pH e também a sua

coloração, como pode visto na Tabela 3.1. O procedimento para os testes

usou 10mL de tampão, 3 gotas do AAVN 0,1% e 1 gota de uma solução

do sal do cátion 0,01M.

Tabela 3.1 - Quadro geral da reatividade do AAVN com alguns cátions

CÁTION COR pH

Mg(II) Laranja-avermelhado 9-10

Zn(II) Laranja-avermelhado 9-10

Cd(II) Laranja-avermelhado 9-10

Ca(II) Laranja-avermelhado 10-12

Sr(II) Laranja-avermelhado 10-12

Ba(II) Vermelho 10-12

Pb(II) Laranja-avermelhado 9-10

Fe(II) Laranja-avermelhado 9-10

Fe(III) Laranja-avermelhado 9-10

Co(II) Laranja-avermelhado 9-10

Ni(II) Laranja-avermelhado 9-10

Cu(II) Laranja-avermelhado 9-10

Mn(II) Laranja-avermelhado 9-10

Coates e Rigg (21, 22) realizaram uma série de estudos fisico-

químicos a respeito do AAVN. Eles relataram que o AAVN exibia uma

banda de absorção principal nas regiões do visível, com máximos em

500nm (pH 5), 555nm (pH 9-11) e 510nm (pH 14). Pontos isobésticos

14

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aparecem em 525nm, para faixas de pH mais baixo, e 490nm para faixas

de pH mais alto. Os valores de pK foram obtidos a partir da equação de

Henderson-Hasselbach, onde foram encontrados, para 25oC, µ=0,100 e

concentração do reagente 1,28x10-5M, pK2=7,0 e pK3=13,0. Eles

destacaram que, em virtude dos vários sais adicionados à solução do

reagente, para controle de pH e força iônica, contendo pequenas

quantidades de impurezas (como Ca, Mg, Fe e Pb) que formam

complexos com o AAVN, especialmente em pH alcalinos, há o consumo

indesejado do reagente livre em solução e, consequentemente, erros nas

medidas espectrofotométricas das constantes de ionização para o AAVN.

Para prevenir esta situação, foi adicionado EDTA para mascarar esses

metais, permitindo o uso de altas concentrações de eletrólitos sem exercer

nenhuma influência sobre os espectros do reagente. O efeito deste

procedimento pode ser percebido na comparação entre os valores de pK2

obtidos com a adição de EDTA (pK2=6,98 + 0,02) e sem a adição de

EDTA (pK2=7,06 + 0,07). Foram também calculados os valores dos ∆H e

∆S de ionização para cada estágio de ionização (Tabela 3.2), nas mesmas

condições experimentais citadas anteriormente:

Tabela 3.2 - Calores (∆H) e Entropias (∆S) de Ionização

Estágio de ionização ∆H (kcal.mol-1) ∆S (cal.K-1.mol-1)

2o +3,4 -22

3o +10,8 -25

Coates e Rigg também calcularam as constantes de formação para

alguns metais, através de dados potenciométricos e espectrofotométricos,

que estão registrados na Tabela 3.3:

15

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Tabela 3.3 - Constantes de formação de quelatos do AAVN

Cátion Log β1:1 Log β1:2

Al(III) 18,4 31,6

Ca(II) 6,6 9,6

Cu(II) 21,8 ---

Mg(II) 8,6 13,6

Ni(II) 15,9 26,4

Pb(II) 12,5 17,8

Zn(II) 13,5 20,9

Em função dos resultados obtidos para as constantes de formação

eles concluíram que:

• A ordem encontradas para as constantes dos metais divalentes

segue a ordem padrão, ou seja, Cu >Ni >Zn >Pb >Mg >Ca.

• Os valores encontrados para as constantes do Ca e do Mg são

mais altas que a dos outros reagentes da mesma família dos o,o’-di-

hidroxiarilazo já relatados e muito dessa diferença é devido,

provavelmente, aos efeitos da força iônica.

• Não há indicação da formação de complexos 1:2 para o cobre,

fato que está em concordância com o arranjo quadrado-planar

geralmente aceito para os quelatos do Cu(II) com ligantes

tridentados, como é o caso do AAVN.

• Foi destacado que os dados potenciométricos do Mg indicam

claramente a formação de complexos 1:1, comuns à essa classe de

reagentes. A formação de complexos 1:3, como foi sugerido por

Young, foi novamente descartada, pois não são esperados para

ligantes tridentados, quando rigorosamente purificados.

3.2 - USO DO AAVN EM TÉCNICAS ANALÍTICAS

16

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3.2.1 - INDICADOR EM VOLUMETRIA

Em 1958, Budesínsky (20) sugeriu o uso do AAVN como

indicador metalocrômico para determinação complexométrica de Ca(II) e

Sr(II). Em 1960, Khalifa e Bishara (23) estudaram as propriedades do

AAVN como indicador ácido-base para a titulação dos ácidos clorídrico,

nítrico, o-fosfórico, sulfúrico, acético, oxálico e tartárico com NaOH. Eles

também compararam a reatividade do AAVN com seu análogo nitrado, o

Fast Grey RA, e ao contrário deste, o AAVN é específico para vanádio e

molibdênio.

3.2.2 - ESPECTROFOTOMETRIA DE ABSORÇÃO MOLECULAR

Não existem muitas referências ao uso do AAVN em

espectrofotometria de absorção molecular. Em 1959, Korkisch e Osman

(24) estudaram o uso do AAVN para a determinação espectrofotométrica

de zircônio. O sistema obedece à lei de Beer, na faixa de 0,1-2 mg/L, em

meio HCl, e o complexo vermelho é medido em 560nm. No mesmo ano,

os mesmos autores sugeriram a determinação espectrofotométrica de

molibdênio com AAVN (25). Era adicionado ao sistema de 0,2-50µg de

Mo, cristais de ácido ascórbico e, após 5min, 2mL de EDTA 0,01M e

2mL de AAVN 0,01%, com diluição a 10mL com HCl 0,1M. As medidas

eram feitas contra um branco do reagente, em 565nm. Na presença de

EDTA e ácido ascórbico, Zr e Fe(III) não interferem, enquanto Tl, Al, Zn

e Cd não interferem mesmo na ausência de mascarantes.

Em 1960, Khalifa e Bishara (26) verificaram que o AAVN formava

complexos 2:1 com o vanádio (IV) em meio HNO3 0,05M, na presença de

cloreto de hidroxilamina. Em 580nm, o sistema obedecia à lei de Beer, na

faixa de 0,05-6mg/L, e ferro, cobre e molibdênio são sérios interferentes.

17

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Porém, o complexo só alcançava o máximo de absorvância depois de 60-

90 minutos.

Pleniceanu e colaboradores (27,28) publicaram dois trabalhos

envolvendo o uso do AAVN como reagente espectrofotométrico. O

primeiro, em 1974, sugeria a formação de um complexo 2:1 com V(V)

em pH 3.1, tampão acetato, com um excesso de três vezes do reagente. O

sistema obedece à lei de Beer, na faixa de 0,2-10mg/L, com máximo em

550nm, contra um branco do reagente. O segundo, de 1975, em pH 2

(tampão cloro-acetato) o AAVN formava complexos 2:1 com W(VI) com

máximo de absorvância em 550nm (ε = 3500). O sistema obedece à Lei

de Beer na faixa de 4 - 88 mg/L de W(VI) e vanádio (V), numa proporção

de 4:1, não interfere no sistema. O W(VI) pode ser determinado na

presença de Zn, Al, Ga, Tl(I), Tl(III) e U(VI).

3.2.3 - POLAROGRAFIA

O AANV foi bastante utilizado em polarografia, para a

determinação de diversos metais. A determinação polarográfica do

alumínio com o AAVN foi bastante estudada (19, 29, 30, 31, 32, 33, 34 e

35). Os primeiros a sugerirem esta técnica foram Willard e Dean (29),

referindo que o complexo AAVN-Al(III), em pH 4,7, necessitava de 5

horas para se formar em temperatura ambiente, 5 minutos a 50oC e 2

minutos a 60oC. Embora dados potenciométricos indiquem que os

complexos do AAVN-Al(III) sejam 1:1 e 1:2 (22), Perkins e Reynolds

(32) sugeriram a existência de dois complexos distintos: em valores de

pH entre 4,2-5 a relação AAVN-Al(III) é de 1:2 e, em pH 6, a razão é de

1:3, ambos polarograficamente redutíveis, embora os próprios autores

questionem esta estequiometria de 1:3 (33), uma vez que ela exigiria do

Al(III) um improvável número de coordenação 9. Fluoreto, citrato e

18

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fosfato interferem complexando o Al(III) (34), enquanto sulfato, cloreto e

potássio precipitam o reagente (29). A faixa de concentração do alumínio

detectado em soluções ácidas é de 1-600 mg/L, e em pH alcalino 0,4-20

mg/L. O uso de soluções alcalinas têm a vantagem de Al e Mg poderem

ser determinados simultaneamente, para a análise de rochas, entretanto,

em pH 4, uma maior quantidade de Be pode ser tolerada do que em um

pH alto. Fluoreto pode ser determinado indiretamente, pela medida da

queda do sinal do complexo AAVN-Al(III) (35).

O ferro(III) forma um complexo marrom com o AAVN (36) para

valores de pH entre 4 e 5, e não há indicação da formação de onda para o

ferro (II), o que não significa necessariamente a não formação do

complexo (14,22). A faixa de aplicação é entre 30-100µg e a velocidade

de reação pode ser acelerada pelo aquecimento por 3 min. em banho-

maria, com a reação se completando após 15 min.

Entre 0,5-10 mg/L de magnésio podem ser determinados pela

redução polarográfica do complexo que é formado pelo aquecimento de

uma solução de magnésio com o AAVN, em pH 11 ou 13, com tampão

piperidina (19, 30). Embora quantidades de cálcio menores que 40 mg/L

não interfiram, grandes quantidades devem ser removidas por

precipitação com oxalato, como na determinações de Mg em carbonato de

cálcio (35).

O AAVN forma um complexo 2:1 com o níquel em solução

amoniacal, e um complexo 3:1 na presença de piperidina (pH 13). Ambos

são polarograficamente redutíveis (19, 30, 31, 32). O níquel também

forma um complexo com o AAVN em pH 4-5, mas a onda não é bem

definida (36).

O Cr(III) e o AAVN formam complexos 2:1 e 1:1, que podem ser

separados cromatograficamente. Ambos os complexos apresentam um par

19

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de ondas características, uma do composto, outra do complexo. Porém, os

complexos são polarograficamente indistiguíveis (35).

O AAVN forma complexos 2:1 com o zircônio, em pH 2-3, e foi

utilizado na determinação de zircônio em tório, que pode ser mascarado

com acetato (37).

Outros metais (Zn, Cd, Mn(II) e Co(II) ) formam complexos

polarograficamente redutíveis e tiveram seus complexos com AAVN

estudados (19, 30, 31, 32). Também foram estudados os complexos do

urânio, molibidênio, chumbo, antimônio (28) e mais titânio(IV), vanádio

(V) e índio (29, 30, 31, 32, 36).

3.2.4 - OUTRAS APLICAÇÕES ANALÍTICAS

O ácido violeta de alizarina N foi também estudado em

determinações espectrofluorimétricas. Radley (18), foi o primeiro sugerir

o AAVN como um possível reagente fluorescente após ele apresentar boa

fluorescência para Ga e Al. Depois, em 1946, Weissler e White (38)

indicaram o AAVN na determinação de Al(III) em ligas, por apresentar

boa sensibilidade, apesar da sua fluorescência necessitar de um controle

rigoroso do pH e ser destruída por pequenas quantidades de ferro. Bognar

e Szabo (39) fizeram uma comparação entre os reagentes pontachrome

blue-black R e o ácido violeta de alizarina N na determinação

fluorimétrica de Al(III), em tampão acetato pH 5, onde os complexos

apresentavam uma forte fluorescência. Apesar da boa faixa de aplicação

(0,2-2 mg/L), os complexos levavam 1 hora para alcançar a fluorescência

máxima.

20

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4 - ALUMÍNIO

4.1 - INTRODUÇÃO

Apesar de não ser encontrado livre, o alumínio é amplamente

distribuído na natureza, ocupando cerca de 8% da crosta terrestre. Com

essa abundância de matéria - prima, unida aos avanços tecnológicos para

a obtenção do elemento em boas condições econômicas, houve um

notável aumento das aplicações do alumínio metálico. O alumínio e seus

derivados são freqüentemente encontrados como objeto de estudo de

problemas analíticos.

Oersted provavelmente isolou pela primeira vez alumínio metálico

(impuro) em 1824, pela redução do cloreto de alumínio com amalgama de

potássio. Porém, é creditado a Wöhler a descoberta do metal em virtude

do primeiro relato do isolamento de alumínio menos impuro, em 1827, e a

primeira descrição de várias das suas propriedades. O metal permaneceu

em laboratório até 1854, quando Sainte-Claire Deville propôs um método

de preparação usando sódio como redutor e produziu quantidades de

alumínio relativamente puro.

O alumínio tem seu nome ligado ao de um dos seus compostos, o

alúmen, palavra latina que significa “sabor adstringente”.

4.2 - OCORRÊNCIA, OBTENÇÃO E USOS

O alumínio é o terceiro elemento metálico mais abundante na

superfície terrestre e lunar, mais nunca é encontrado livre na natureza.

Compõe 8,8% da litosfera e aproximadamente todas as rochas,

particularmente rochas ígneas, contêm alumínio como silicato de

alumínio (cerca de 60%).

21

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O alumínio é encontrado em muitos minerais e minérios comuns

como feldspato, mica, caolin (H4Al2Si2O9), silicatos de magnésio (talco e

asbesto), criolita (Na3(AlF6)), bauxita (Al2O3.xH2O), e também em

minerais raros como turquesa (Al2(OH)3PO4.H2O) e espinélio (MgAl2O4).

A maior parte do solo comum consiste de silicatos hidratados de

alumínio. A argila que é produzida pelo intemperísmo a partir de

minerais, como o feldspato, seguindo aproximadamente o seguinte

processo:

CaO.Al2O3.2SiO2 + 2H+ + CO3-2 + H2O → Al2O3.2SiO2.2H2O + CaCO3

Feldspato-calcico Argila (Caolin) Calcário

Sob condições extremas, misturas de óxidos hidratados impuros

podem ser produzidas, como gibsita, boemita e Al(OH)3 coloidal. Nesses

casos, as composições dos minerais variam de AlO(OH) à Al(OH)3

dependendo da procedência.

O principal minério de alumínio é a bauxita, que é o óxido de

alumínio hidratado impuro, Al2O3.xH2O. O nome bauxita foi dado depois

que o químico francês Berthier que investigou uma rocha alumino-

ferruginosa (27,6% de Fe2O3, 52,0% de Al2O3 e 20,4% de H2O)

encontrada em 1821 próxima à Vila de Les Baux no sul da França. Em

1844, o cientista francês Dufrenoy descreveu o mineral de Les Baux

como bauxita. Hoje o termo é aplicado geralmente às rochas que contêm

significativas quantidades de hidróxido de alumínio. A bauxita é separada

de sua impurezas, essencialmente óxido de ferro(III) e dióxido de silício,

pelo processo desenvolvido por Bayer, em 1887, no qual o óxido de

alumínio é inicialmente dissolvido em hidróxido de sódio concentrado a

quente. O óxido férrico, sendo básico, é insolúvel, mas o óxido de silício

(ácido) e o óxido de alumínio anfótero se dissolvem. O óxido de alumínio

se dissolve formando o íon aluminato:

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Al2O3 (s) +OH-1 + 3H2O → 2Al(OH)4-1

Bauxita Íon aluminato

A solução é então resfriada, agitada com ar e semeada com Al(OH)3,

resultando na precipitação de Al(OH)3:

2Al(OH)4-1 → Al2(OH)3 (s) + OH-1

O ar fornece CO2 que, sendo ácido, ajuda a precipitação:

Al(OH)4-1 + CO2 → Al2(OH)3 (s) + HCO3

-1

O hidróxido é então aquecido para formar o óxido de alumínio, alumina:

2Al2(OH)3 (s) → Al2O3 (s) + 3H2O

O alumínio metálico é preparado eletroliticamente pelo processo

desenvolvido em 1886 por Charles Martin Hall. O processo consiste em

dissolver a alumina em hexafluoraluminato de sódio fundido (Criolita), e

eletrolisar em uma célula eletrolítica. Na cela eletrolítica do processo Hall

há a formação de uma mistura de produtos, incluindo O2 e F2, nos ânodos

de grafite. Esse gases são muito reativos, especialmente a temperaturas

elevadas, e então os ânodos são gradualmente corroídos e devem ser

substituídos periodicamente. O alumínio fundido formado no cátodo e

retirado pelo fundo da cela é moldado em lingotes. Hoje a maior parte da

criolita usada no processo Hall é produzida sinteticamente. Vale destacar

que, por coincidência, o mesmo processo foi descoberto uma semana

depois do sucesso de Hall por Paul Héroult na França. Na Europa é

usualmente conhecido como processo Héroult.

Embora o alumínio seja agora muito mais barato que a 100 anos

atrás (na metade dos anos 1800 o alumínio era vendido por mais de

US$500 por cerca de 500g e era largamente usado como metal precioso

em joalherias), vasta quantidade de energia elétrica é utilizada para

produzi-lo. Um equivalente de alumínio pesa 9g, significando que um

faraday de eletricidade é necessário para produzir apenas 9g do metal. É

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por esse motivo que o reaproveitamento de vários objetos desse metal é

tão importante.

O alumínio é um metal extremamente versátil. Ele pode ser

enrolado, prensado, moldado, curvado, extrudado, dando origem às mais

variadas formas. As ligas de alumínio são empregadas na construção

civil, na confecção de coberturas, portas e janelas. Alumínio anodizado e

colorido também são usados nas construções ou em outras aplicações

decorativas graças à sua boa resistência ao intemperismo, boa

durabilidade e fácil manipulação.

Outra campo de aplicação do alumínio é na área de transportes. Em

aeronaves comerciais e militares, ligas tratadas no calor e com alta

durabilidade são amplamente empregadas. Em automóveis, as ligas de

alumínio são usadas para rodas, aquecedores, ar-condicionados, bombas

d’água, transmissões automáticas e ornamentos internos e externos.

Painéis, bombas, radiadores e monoblocos também são feitos de alumínio

para reduzir o peso e o consumo de combustível. Na marinha, ligas de Al-

Mg e Al-Mg-Si são usados em canoas, botes salva-vidas, botes de pesca e

tanques para gás natural são usados em navios. Ligas de alumínio foram

também usadas na construção de satélites e foguetes lunares por encontrar

qualidades necessárias como durabilidade, dureza, brilho, facilidade em

ser soldado e capacidade de refletir luz.

O alumínio encontra uma grande aplicabilidade na indústria de

embalagens. É usado em embalagens de bebidas, onde são recicladas e

reaproveitadas em novos produtos, em embalagens de produtos

alimentícios, papel laminado para cereais e medicamentos, entre outros. É

também empregado na estocagem e embalagem de produtos químicos.

O alumínio é usado em utensílios domésticos, panelas,

refrigeradores, condicionadores-de-ar, brinquedos e equipamentos

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esportivos. Muitas dessas aplicações empregam alumínio anodizado e

colorido para decoração.

O alumínio é um excelente condutor de eletricidade, com

condutividade 62% maior que o cobre. Por causa da diferença de

densidade dos dois metais, um condutor feito de alumínio pesa apenas a

metade de um condutor feito de cobre com igual capacidade de corrente.

O alumínio é amplamente usado em linhas de alta tensão. Foi também

empregado em fios recobertos, ocupando o lugar do neutro em sistemas

trifásicos e em semi-condutores.

O alumínio tem muitas aplicações em indústrias químicas e

petroquímicas, em virtude da sua resistência à corrosão, leveza e

condutividade térmica.

4.3 - PROPRIEDADES FÍSICAS E QUÍMICAS

O alumínio tem número atômico 13 e pêso atômico 26,98

consistindo de um único isótopo, Al27. Em temperatura ambiente, o

alumínio puro é um metal branco-prateado, sem cheiro, sem sabor, com

ponto de fusão a 660,2°C e ponto de ebulição 2698oC. O cristal de

alumínio tem uma estrutura cúbica de face centrada com tamanho da

célula unitária de 0,40496nm a 20ºC. O metal é muito maleável, dúctil e

dureza 2,9 (Escala de Moh). Sua alta reflectância, aliada a sua resistência

à corrosão, é responsável pela ampla utilização em superfícies

“aluminizadas” de espelhos de telescópios astronômicos e superfícies de

outros instrumentos ópticos.

O alumínio pertence ao grupo IIIA da tabela periódica, tem

configuração eletrônica 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p1 e apresenta grau de

oxidação +3. Ao contrario do que poderia se esperar de seu caráter

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redutor (o E° do sistema Al+3/Al = -1,67 V) não reage com a água, nem

com o ar úmido e resiste a corrosão devido ao fenômeno de passivação.

O alumínio em pó ou em laminas muito finas queima ao ar, e

melhor em atmosfera de oxigênio, com grande luminosidade e

desprendimento de grande quantidade de calor (1675 kJ/mol ou 400

kcal/mol), o que constitui a base da aluminotermia, da fabricação de

flashes fotográficos e de aplicações pirotécnicas. A combinação do

alumínio com o oxigênio é tão exotérmica que basta misturar um pouco

de alumínio em pó com igual quantidade de peróxido de sódio, para se

inflamar a mistura ao juntar gotas de água.

2 Al (s) + 3/2 O2 → Al2O3

Ao ar seco e temperatura ambiente, essa reação é auto-limitante,

produzindo uma fina (5nm) e altamente impenetrável camada de óxido

que proporciona uma resistência à corrosão pela água do mar e outras

soluções aquosas. O alumínio fundido é protegido também pelo filme de

óxido e a oxidação do líquido é muito lenta sem agitação. Esta camada

pode ser obtida por oxidação eletrolítica e pode ser eliminada pode ser

eliminada por amalgamação ou por simples raspagem.

O caráter redutor do alumínio é amplamente utilizado em química

analítica. Laminas finas são utilizadas para reduzir ao estado metálico, em

meio ácido, os íons dos elementos Ag, Cu, Hg, Sb e Cd, entre outros, ou a

estados de oxidação mais baixos os íons W(VI), Mo(VI) e V(V). Em

meio fortemente alcalino utiliza-se o alumínio para reduzir os compostos

do arsênio para arsina, AsH3 (ensaio de Fleitman). Em altas temperaturas,

o alumínio reduz muitos compostos contendo oxigênio, particularmente

óxidos metálicos:

3 MO + 2 Al → Al2O3 + 3 M

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Como conseqüência desta alta capacidade redutora do metal, o

alumínio se dissolve facilmente em ácidos inorgânicos diluídos, todavia

não se dissolve em ácido nítrico concentrado em virtude da camada de

passivação que impede que a oxidação se prossiga:

2 Al (S) + 6 H+ + 6 H2O → 2 [Al(H2O)6]+3 + 3 H2

Por causa de sua natureza anfotérica, o alumínio é atacado

rapidamente por soluções de bases fortes com evolução de hidrogênio na

presença de água e a formação de aluminatos solúveis:

2 Al (S) + OH-1 + 10 H2O → 2 [Al(OH)4(H2O)2]-1 + 3 H2

Em seus compostos o alumínio atua exclusivamente com grau de

oxidação +3. O cátion Al(III) é incolor e tem um comportamento analítico

parecido com os do Be(II), Fe(III) e Cr(III). Em meio ácido predomina o

cátion Al(III) que coexiste com os hidroxo complexos AlOH+2 e

Al(OH)2+. Estas espécies são as causadoras da precipitação dos sais

básicos de alumínio antes do hidróxido. A um pH próximo de 3,5

precipita o óxido hidratado (comumente denominado de hidróxido) que se

redissolve em meio alcalino (pH≈12,5) originando o aluminato AlO2-1. É

comum sais hidratados de alumínio (haletos, nitratos, sulfatos) serem

parcialmente hidrolizados, e isso provocar o aumento da acidez das

soluções aquosas. A hidrólise do Al(III) produz uma complexa mistura de

produtos que podem incluir espécies mononucleares, polinucleares e

hidróxidos, tipo, Al(OH)4-, [Al(H2O)5OH]+2, [Al(OH)3]nOH-1,

[Al(OH)4]n(OH)2-(n+2), [Al(OH)4(H2O)2]- e Al14(OH)34

+8.

Os haletos anidros de alumínio, AlX3 (X = F, Cl, Br, I), são

compostos covalentes que têm pontos de fusão relativamente baixos. O

cloreto, o brometo e o iodeto são essencialmente dímeros no estado vapor

ou em solução de solventes não polares.

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O AlF3 difere marcadamente dos outros haletos de alumínio tanto

fisicamente quanto quimicamente. Ele sublima, sem fundir, em cerca de

1300oC para produzir moléculas discretas de AlF3. Quimicamente, é

muito inerte: se decompõe apenas lentamente em água a 400oC ou fusão

com hidróxido de potássio, enquanto outros haletos reagem

vigorosamente com água para formar soluções contendo íons alumínio

hidratados. O AlCl3 é produzido em grandes quantidades para uso

industrial em reações de Friedel-Crafts, enquanto os fluoretos de alumínio

são produzidos para uso no processo Hall para obtenção de alumínio

metálico. O alumínio forma uma série de haletos complexos variando de

(AlX)+2 até (AlX6)-3, com vários hidróxidos e sais entre eles. Os mais

estáveis desses complexos são os da série com fluoreto.

Com raras exceções todos os compostos de alumínio são incolores.

Muitos sais hidratados de alumínio são conhecidos, tais como nitratos,

sulfatos, fosfatos, percloratos e carboxilatos. Os nitratos têm composição

Al(NO3)3.nH2O (onde o n = 6, 8 ou 9) e os sulfatos têm composição

Al(SO4)3.16 H2O. Existem também os alumens, como são chamados os

sais duplos de sulfato de alumínio e sulfato de um metal alcalino ou

amônio, que têm composição AlM(SO4)2.12 H2O, onde o M é um metal

alcalino ou amônio. O alumem de césio é pouco solúvel e seus cristais são

característicos, em octaedros, e constituem um teste para a identificação

qualitativa de alumínio. O alumínio é atacado pelos sais de muitos metais

nobres. Em particular, o alumínio e suas ligas não devem ser usados em

contato com mercúrio e seu compostos.

Os elementos trivalentes, como o Al(III), formam complexos com

números de coordenação 4, 5 ou 6, que podem ser catiônicos, como o

[Al(H2O)6]+3, neutros como o AlCl3(NMe3)2 ou aniônicos como o AlF6-3.

Os complexos neutros, em geral são solúveis em solventes orgânicos, mas

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insolúveis em água. Certos compostos orgânicos, são usados para formar

complexos ou quelatos com o alumínio, para impedir a precipitação do

Al(OH)3 quando estas soluções são neutralizadas. Entre estes estão a

trietanolamina e EDTA. Entre os hidroxiácidos e seus sais comumente

empregados estão o tartárico, cítrico e sulfosalicílico. O ácido oxálico é

também empregado como agente mascarante para o alumínio, formando o

complexo [Al(C2O4)3]-3, na determinação de cálcio em presença de

alumínio. Esses espécies não são igualmente efetivas, como atesta o fato

que o citrato previne a precipitação do alumínio pelo fosfato, enquanto o

tartarato não o faz.

4.4 - ESSENCIALIDADE E TOXICOLOGIA

O uso comum de ligas de alumínio na confecção de utensílios de

cozinha, como panelas, e de seus compostos no tratamento de água, são

indicativos da natureza atóxica do metal. A administração de compostos

de alumínio (normalmente hidróxidos, fosfatos e carbonatos) no

tratamento de úlceras e no controle da hiper-acidez gástricas é uma

prática médica muito antiga.

Embora o alumínio ocorra em muitas águas naturais em baixas

concentrações e amplamente nos solos, muitas plantas apresentam

alumínio em baixas concentrações. Também com poucas exceções, o

alumínio não aparenta ser essencial no crescimento de plantas ou de

outras funções vitais. De maneira semelhante, as dietas humanas e

animais apresentam maiores ou menores concentrações de alumínio, mas

sem apresentar nenhum relato diretamente associado à envenenamento

com o metal. Parece também ser insignificante a absorção de alumínio,

pelo organismo humano, quando grandes doses dos hidróxidos ou

fosfatos são administrados oralmente.

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Porém no final dos anos oitenta (40, 41), começaram a surgir

suspeitas do acúmulo de alumínio em pacientes de hemodiálise. Entrando

na corrente sangüínea, os íons alumínio acumulam-se nos ossos e no

cérebro, provocando distúrbios encefalopáticos, distrofia óssea e anemias,

além das suspeitas da ligação da contaminação do alumínio com o mal de

Alzheimer. Há na IUPAC um sub-comitê da Comissão de Toxicologia,

encarregado do controle do alumínio em soluções de diálise, que fixou em

15ppb a concentração máxima do alumínio em soluções de diálise (42).

Existem ainda muitas especulações e nada foi ainda realmente

comprovado.

4.5 - DETERMINAÇÃO DE ALUMÍNIO

4.5.1 - VOLUMETRIA DE COMPLEXAÇÃO

Inicialmente, o fluoreto de sódio era o principal titulante para o

alumínio, mas Schwarzenbach e Biedermann (43) mostraram que o

alumínio forma complexos muito estáveis com EDTA e outros

complexantes semelhantes. Entretanto, os resultados da titulação não

foram satisfatórios inicialmente e o método foi temporariamente

abandonado. Nos anos que se seguiram, muitos outros pesquisadores

sugeriram métodos baseados nesse ou modificações do mesmo. Entre

estes, Wänninen e Ringbom (44), em 1955, sugeriram um método para a

determinação de alumínio onde uma alíquota de uma solução padronizada

de EDTA é adicionada à solução da amostra em pH 4-4,5, e o excesso é

titulado com sulfato de zinco, tendo o ditizona como indicador dissolvido

em 40-50% de etanol. Os autores destacaram que o EDTA, que reage

rapidamente com Al(III) em soluções ácidas, mas reage lentamente com

os complexos de hidróxidos polinucleares, em pH maiores. Esse efeito é

particularmente notado em altas concentrações de alumínio. Ele pode ser

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evitado pela adição do agente complexante antes da solução tampão, com

o pH em torno de 3.

Em 1958, Cimerman, Alon e Mashall (45) sugeriram um

procedimento para determinar de 5-15mg de alumínio, na presença de

ferro, cobre, titânio, manganês, cálcio, magnésio e fosfato, usando

titulação de retorno com EDTA e negro de eriocromo T. Nas conclusões,

foi observado que o Fe(III) forma um complexo estável marrom-escuro

com o Erio-T. Porém, essa interferência pode ser eliminada com a adição

de fluoreto, oxalato, tartarato ou citrato. Comparativamente, os

complexos do EDTA-Cu(II) e EDTA-Fe(III) são mais estáveis que o

complexo EDTA-Al(III) e, uma vez formado, nem o fluoreto pode

desfazer o complexo EDTA-Fe(III).

Em 1962, Pribil e Veselý (46) sugeriram o uso do CDTA, que

forma complexos quase que instantaneamente com Al(III), em

temperatura ambiente, na presença de vários sais neutros. O procedimento

era semelhante ao adotado para titulação de retorno com EDTA, e foi

também sugerido a determinação indireta de ferro na presença de

alumínio, onde o alumínio era mascarado pelo fluoreto. Segundo os

autores, o CDTA formava complexos com o alumínio muito mais

rapidamente que o EDTA, quando a força iônica era aumentada.

4.5.2 - ESPECTROFOTOMETRIA DE ABSORÇÃO MOLECULAR

Numerosos métodos espectrofotométricos foram sugeridos para

determinação de alumínio e, normalmente, esses métodos não são tão

simples e apresentam baixa sensibilidade e seletividade. Os reagentes

mais freqüentemente utilizados são a 8-hidroxiquinolina, aluminon,

eriocromo cianine R, cromoazurol S e stilbazo (47, 48, 49).

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A 8-hidroxiquinolina (47, 48, 49) não é muito seletiva, mas o uso

de soluções tampão e de agentes mascarantes adequados, como cianeto

por exemplo, aumenta sensivelmente a seletividade. O método é

amplamente utilizado, mas requer laboriosa manipulação envolvendo

extrações. O complexo é extractível com clorofórmio, mas existe um

elemento de instabilidade, devido à alta sensibilidade dos oxinatos de

alumínio à luz. Há um decréscimo do sinal de absorvância de 2-4% em 1

hora, dependendo da quantidade de clorofórmio usada e este decréscimo é

acelerado pela luz e pelo oxigênio.

O ácido 2”-sulfo-3,3’-dimetil-4-hidroxi-5,5’-dicarboxílico, o

eriocromo cianine R (47, 48, 49), é um dos mais sensíveis reagentes

espectrofotométricos para determinação de alumínio. Porém, o complexo

formado é muito influenciado pelo pH, pois a estequiometria varia à

medida que o pH varia. O reagente forma um complexo violeta 1:1 e a

presença de solventes orgânicos causa um desenvolvimento mais rápido

da cor. Um complexo ternário se forma na presença de agentes

tensoativos, tipo sais de amônio quaternário, sendo estável por cerca de 5

horas. Na presença destes tensoativos, o sistema obedece a lei de Beer na

faixa de 0,01-0,08mg/L, mas sofre a interferências de vários metais, que

devem ser eliminados previamente.

O reagente ácido 3”-sulfo-2”,6”-dicloro-3,3’-dimetil-4-hidroxi-

5,5’-dicarboxílico, ou cromazurol S (47, 48, 49), foi amplamente

empregado, mas o complexo não obedece a lei de Beer e o sinal de

absorvância é muito influenciado pela concentração do reagente. O

alumínio forma complexos 1:1 em pH 2,9 e 1:2 em pH 6,4. Muitos

cátions interferem, assim como muitos ânions tais como fluoreto, fosfato,

citrato, oxalato, tartarato e EDTA. Relatos sobre o tempo de

desenvolvimento da cor e da estabilidade do complexo variam muito.

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O aluminon (47, 48, 49), ou sal de amônio do ácido aurin-

tricarboxílico, é também um importante reagente. Ele reage com o

alumínio formando uma laca e colóides protetores, tipo gelatina, goma-

de-acácia, goma-arábica e agentes surfactantes, como Triton X-100,

devem ser utilizados para estabilizar a laca formada. A velocidade de

formação da laca é muito lenta e, em muitos casos, requer o aquecimento

dos reagentes a 100ºC. As interferências do ferro podem ser mascaradas

pela combinação de ácido ascórbico e ácido tioglicólico.

O stilbazo (47, 48, 49), ou ácido estilbeno-4,4’-bis-(1-azo)-3,4-

dihidroxibenzeno-2,2’-dissulfônico, também forma uma laca com o

alumínio (III). O complexo apresenta seu máximo de absorvância em

508nm, em pH 3,4. A cor se desenvolve em 10 minutos e o complexo é

estável por apenas 45 minutos. O complexo 1:1 formado obedece a lei de

Beer na faixa de 0,1-0,8mg/L de alumínio. Baixas concentrações de

ânions tipo fluoreto, citrato e oxalato diminuem a intensidade da cor,

enquanto vários cátions metálicos provocam interferência aditiva do sinal.

O reagente não é aplicado na presença de altas concentrações de

eletrólitos por causa do efeito “salting-out”.

Existem várias referências do uso de reagentes o,o’-di-

hidroxiarilazo como reagente espectrofotométrico para alumínio. Em

1965, Florence (50) apresentou um novo reagente para a determinação

espectrofotométrica de alumínio na presença de berílio: o 5-sulfo-4-

dietilamino-2,2’-dihidroxiazobenzeno (DDB). Em pH 4,7 o reagente

forma um complexo rosa 1:1, com absortividade molar 4,1x104 em

540nm. Apesar do baixo pH, muitos interferentes foram mascarados com

ferrocianeto ou EDTA. O pH influencia muito o sinal de absorvância e

como todo o,o’-di-hidroxiarilazo, se decompõe com facilidade ao final de

1 ou 2 dias.

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Em 1968, Woodward e Freiser (51) propuseram o uso da calmagita

como reagente espectrofotométrico para alumínio. O complexo

apresentava em 570nm uma absortividade molar 4,2x104. Após a reação

em fase aquosa, em solução tampão borato pH 8,6, o complexo metálico é

extraído por um sal de amônio quaternário, o Aliquat 336, dissolvido em

clorofórmio. O método é livre da interferência de vários ânions comuns e

a interferência dos cátions é eliminada pelo uso de cianeto e EDTA. A

ação do fluoreto é bloqueada pelo tampão borato e os autores relatam a

existência de um complexo 1:3, constatado pelos resultados

experimentais e por observações registradas no trabalho de Perkins e

Reynolds (33) com um reagente similar, no caso, o ácido violeta de

alizarina N.

Em 1994, Ferreira e colaboradores (52) sugeriram, a partir de testes

qualitativos com vários metais, o uso do azul de hidroxinaftol (HNB)

como reagente para alumínio. O complexo vermelho, solúvel em água,

apresentava uma absortividade molar ε = 1,7x104 em 569nm, em pH 5,5,

sendo estável por cerca de 4 horas. O trabalho indicava o uso da

espectrofotometria convencional, para uma faixa de concentração de

0,03-1,60 mg/L, e também a espectrofotometria derivativa para uma faixa

de concentração de 0,0120-0,320 mg/L para a 1o derivada. Os ânions mais

comuns não interferem, com exceção do fluoreto, e vários cátions foram

mascarados com EDTA ou tiosulfato. O método foi aplicado em diversas

ligas, minérios, argilas e cimentos.

4.5.3 - OUTRAS TÉCNICAS ANALÍTICAS

Varias outras técnicas analíticas são usadas na determinação de

alumínio. Em espectrofluorimetria existem vários reagentes, o,o’-di-

hidroxiarilazo ou não, empregados na determinação de alumínio. O

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lumogallion, da família dos o,o’-azocompostos, foi empregado para

determinar alumínio com auxílio de agentes surfactantes (53) e para a

determinação fluorimétrica em sangue (54). O pontachrome blue black

(55), também da família dos o,o’-azocompostos, foi empregado para

determinar alumínio em soluções de hemodiálise. O morin foi empregado

na determinação fluorimétrica de alumínio em solução de hemodiálise

(55) e em águas naturais e efluentes (56). Também existem algumas

referências do uso do ácido violeta de alizarina N em determinações

espectrofluorimétricas de alumínio (vide item 3.2.4).

Em função da necessidade de um controle da contaminação com

alumínio, o uso das técnicas de espectrometria de absorção atômica é

muito empregado na determinação de traços de alumínio em águas e

fluídos biológicos. Garcia e colaboradores (42) determinaram traços de

alumínio, por AAS, em vários reagentes e materiais como seringas

plásticas e agulhas de injeção. Na busca de alguma ligação entre a

contaminação por alumínio e o mal de Alzheimer, alguns pesquisadores

realizaram a determinação de traços de Al por AAS em águas naturais,

domésticas e efluentes (40, 41, 56). Também é muito empregado a técnica

de absorção atômica com forno de grafite para determinar traços de

alumínio em fluídos biológicos, como soro e plasma sangüíneo (57, 58).

Existem também várias referências do uso do Ácido Violeta de

Alizarina N em determinações de alumínio por polarografia (vide item

3.2.3).

35

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5 - COBALTO

5.1 - INTRODUÇÃO

A pesar de não ser encontrado livre e de seus minerais serem

escassos, o cobalto já era conhecido pelas civilizações antigas. O cobalto

era usado como pigmento por artistas egípcios desde 2000 a.c. O “lapis

lazuli” era usado como item de comércio entre assírios e egípcios. No

período greco-romano, os compostos de cobalto eram usados como

pigmentos para vidros. O uso comum de compostos de cobalto em vidros

e cerâmicas tinha grande importância na China durante a dinastia Ming

sob o nome de azul Mohammedan.

O cobalto metálico foi isolado em 1735 pelo cientista sueco Brandt

e foi estabelecido como um elemento em 1780 por Bergman.

5.2 - OCORRÊNCIA OBTENÇÃO E USOS

O cobalto é o trigésimo elemento mais abundante na Terra e

compreende aproximadamente 0,0025% da crosta terrestre. Ele ocorre na

forma de minerais como arsenito, sulfito e óxidos, uma quantidade de

traços são encontradas em outros minerais de níquel e ferro como íon

substituto. Os minerais do cobalto são comumente associadas aos

minérios de níquel, ferro, prata, bismuto, cobre, manganês, antimônio e

zinco.

Os óxidos de cobalto são usados como fonte para o preparo de

cobalto metálico em pó, que é usado na preparação de ligas e carbetos

cimentados por tecnologia metalúrgica

Os sabões de cobalto são sais amplamente usados em catálise para

acelerar a secagem ou oxidação dos óleos de linhaça, de soja e óleos

insaturados semelhantes.

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Os óxidos e os sais de cobalto são empregados na confecção de

vidros esmaltados industrialmente de duas maneiras: para promover a cor

ou para promover a aderência do esmalte na liga.

O cobalto é muito empregado na obtenção de pigmentos cerâmicos

e artísticos. De acordo os seus usos eles recebem diversas denominações.

As cores típicas que podem ser obtidas são as seguintes: violeta, que é

devido ao 3 CoO.P2O5, azul, que é devido ao silicato de cobalto, enquanto

o aluminato de cobalto (CoO.Al2O3) que é mais conhecido como Azul de

Thernard, verde, que é devido ao CoO.Cr2O3 que é um verde muito forte,

rosa, é produzido pelo óxido de cobalto e MgO, mas deve ser

estabilizado, preto, para um preto intenso, uma substancial quantidade de

cobalto é obrigatório.

O cobalto, assim como outros metais de transição, é um eficiente

catalisador para muitas reações orgânicas e inorgânicas. Em geral, o

procedimento catalítico é similar aos catalisadores de ferro ou níquel, nas

mesmas reações, entretanto é superior. Os molibdatos de cobalto ou

misturas de óxidos são usados em reações com petróleo, como

hidrogenação, desulfurização, desnitrificação e craqueamento.

Os sais de cobalto, especialmente os cloretos, são usados como

indicadores de umidade, onde a forma anidra azul se torna rosa quando a

umidade é suficientemente alta. Tiocianato de cobalto e outros sais

orgânicos podem também ser usados.

Em pouco tempo o cobalto passou a ser um elemento traço

importante na nutrição de gado bovino e ovino. O cobalto pode ser

administrado como sulfato, carbonato, cloreto, acetato e nitrato. Em

humanos o cobalto é consumido sob a forma de vitamina B12.

Alguns quelatos de cobalto foram testados na secagem de

processos fotográficos. O acetato de cobalto é usado na “selagem” em

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soluções de alumínio anodizado. Sais de cobalto podem ser usados como

mordantes para tecidos, como intensificadores em soluções sensíveis à luz

para formar imagens em cerâmicas, porcelanas e pratos pintados. Sais

complexos e sais inorgânicos de cobalto, tais como tiocianato de piridina

e cobalto, são usados como indicadores químicos de temperatura.

5.3 - PROPRIEDADES FÍSICAS E QUÍMICAS

O cobalto tem número atômico 27 e peso atômico 58,93,

consistindo de dois isótopos, o Co59 e o Co60, que é radioativo e obtido do

bombardeio com nêutron de baixa energia. Em temperatura ambiente, o

cobalto puro é um metal com brilho azul-prateado, com ponto de fusão

1493ºC e ponto de ebulição 3100ºC. O cristal do cobalto tem uma

estrutura hexagonal densa com tamanho da célula unitária de

0,2501x0,4066nm. O cobalto é ferromagnético até 1123ºC. É um metal

duro, relativamente pouco reativo e se torna passivo frente a agentes

oxidantes fortes.

O cobalto pertence ao grupo VIIB, Metais de Transição, da tabela

periódica, e tem configuração eletrônica externa 3d7 4s2 e seus compostos

apresentam graus de oxidação +2 e +3. Também se conhece o grau de

oxidação +4, mas os compostos só existem em condições experimentais

muito restritas e não apresenta nenhum interesse analítico.

As propriedades eletroquímicas do cobalto são intermediárias entre

as do ferro e do níquel, muito mais parecidas com as deste último. O

potencial normal aparente do sistema Co+2/Co vale -0,28V, o que o torna

um pouco mais redutor que o níquel. O metal se dissolve facilmente em

ácidos diluídos com desprendimento de hidrogênio e a formação do

Co(II), rosa:

Co(s) + 2 H+ → Co+2 + H2

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O ácido nítrico, apesar de seu caráter oxidante, origina também o

Co+2, com desprendimento de NO:

3Co(s) + 2NO3-1 + 8H+ → 3Co+2 + 2NO + 4H2O

Como o níquel, o cobalto metálico não é atacado significativamente

por soluções alcalinas.

O sistema redox Co(III)/Co(II) apresenta potenciais muito

dependentes do pH do meio. Em soluções ácidas adquire valores muito

altos, da ordem de 1,8V, porque o Co+3 reage com água liberando

oxigênio, o que condiciona a inexistência do Co(III), todavia o grau de

oxidação (III) pode estabilizar-se pela formação de complexos.

Os compostos solúveis de Co(II) que originam o cátion Co+2, de

cor rosa, é o que , normalmente, se encontram nas soluções objeto de

análise. O comportamento analítico do cátion perante a maioria dos

reagentes se assemelha ao Ni(II), Fe(II), Mn(II), Zn(II) e Cu(II). O Co+2 é

um cátion ligeiramente ácido, um agente redutor muito fraco para reduzir

o oxigênio, de modo que as soluções de Co(II) conservam-se

indefinidamente, e pode coexistir com pequenas concentrações de CoOH+

e Co(OH)2. O hidróxido, Co(OH)2, também de cor rosa, precipita em pH

7,5, passando antes por uma fase em que precipita um sal básico azul.

A maior parte dos compostos solúveis de cobalto (II) são cor-de-

rosa, por exemplo, o nitrato [Co(NO3)2], acetato [Co(C2H3O2)2.4H2O] e

sulfato [CoSO4.7H2O]. Todavia os haletos absorvem a luz em

comprimentos de onda maiores e têm cores diferentes, sendo que quanto

maiores os raios iônicos, mais escuros são os compostos, assim, o cloreto

(CoCl2) é azul, o brometo (CoBr2) verde escuro e o iodeto (CoI2) é negro.

Entre os compostos mais insolúveis se encontram: ferro- e

ferricianeto (verde escuro e roxo, respectivamente), carbonato (roxo),

fosfato (azul) e óxido (cinzento).

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O Co+2 forma facilmente complexos, embora não se encontrem

tantos como forma o Co+3, e não são tão estáveis. O número de

coordenação destes complexos é +4 (tetraédricos) e +6 (octaédricos).

Existe apenas uma pequena diferença na estabilidade e ambos os tipos,

com o mesmo ligante, podem estar em equilíbrio. Em solução aquosa

existe uma pequena concentração do íon tetraédrico:

[Co(H2O)6]+2 ⇔ [Co(H2O)4]+4 + 2H2O

Geralmente, embora haja algumas exceções, o número de

coordenação 4 origina complexos azuis e o número de coordenação 6

complexos rosas ou rosados, assim, uma solução que contenha o cátion

Co(H2O)6+2 é rosa, mas ao adicionar-se ácido clorídrico concentrado

torna-se azul pela formação do complexo CoCl4-2:

Co(H2O)6+2 + 4Cl-1 ⇔ CoCl4

-2 + 6H2O Rosa Azul A reação é reversível e basta diluir para que a solução se torne rosa

novamente. Os complexos CoX4-2 são formado por haletos, pseudo-

haletos e íons hidróxidos. O Co(II) forma complexos tetraédricos mais

rapidamente que alguns outros íons de metais de transição. Alguns

complexos de coordenação 6 são fortemente redutores devido à grande

estabilidade dos correspondentes complexos de Co(III).

Assim, os mais importantes complexos de Co(II) são os que

formam com Cl-1, SCN-1, CN-1, H2O, NH3, compostos orgânicos

hidroxilados e a família do EDTA. Vale destacar que em soluções

concentradas, o Co(II) produz complexos azuis com o tiocianato,

fundamentalmente as espécies Co(SCN)3-1 e Co(SCN)4

-2. Estes

complexos são muito importantes nos procedimentos analíticos do Co(II),

pois podem ser extraídos em álcool amílico, álcool amílico e éter,

acetona, etil ou butilglicol, etc, pela formação de pares iônicos com o

cátion NH4+, aumentando a sensibilidade:

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Co(SCN)3-1 + NH4

+ → Co(SCN)3 . NH4

A reação será muito mais deslocada, e portanto a extração é mais

efetiva, quando utiliza-se como cátion um sal de amônio quaternário, por

exemplo tetrabulilamônio (C4H9)4N+.

Os sais de Co(III), pouco estáveis, não originam, em meio aquoso,

o cátion Co+3 livre. Como já foi dito anteriormente, o sistema

Co(III)/Co(II) tem um potencial um tanto elevado que decompõe a água

com desprendimento de oxigênio. Na realidade, o Co(III)se transforma,

em meio ácido, em Co(II) e em CoO2, se bem que este óxido é tão

oxidante que rapidamente atua sobre a água, liberando-se oxigênio e

reduzindo o óxido a Co+2, com o que ao final, se obtém Co(II) e O2.

Sabe-se que em meio alcalino o Co+2 é facilmente oxidável ,

originando produtos sólidos, como Co(OH)3, Co2O3 e Co3O4. Todos esses

compostos se dissolvem em meio ácido, com formação de Co+2:

Co2O3 + 2Cl-1 + 6H+1 →2Co+2 + Cl2 + 3H2O

Co3O4 + 2Cl-1 + 8H+1 →3Co+2 + Cl2 + 4H2O

Na ausência de agentes complexantes, a oxidação do Co(H2O)6+2é

muito desfavorável e o Co+3 é reduzido pela água. Entretanto, a oxidação

eletrolítica ou com ozônio de soluções ácidas resfriadas de Co(ClO4)2

fornece íons aquosos, Co(H2O)6+3, em equilíbrio com [Co(OH)(H2O)5]+2.

A 0oC, o tempo de meia-vida desses íons diamagnéticos é de quase 1 mês.

Na presença de agentes complexantes, como o NH3, a estabilidade do

Co(III) é muito longa:

[Co(NH3)6]+3 + e → [Co(NH3)6]+2 Eo = 0,1V

O Co+3 mostra particular afinidade por átomos de nitrogênio

doadores, como o NH3, EDTA, -NCS, etc., e o complexos são muito

numerosos. Alguns destes complexos, como o obtido com EDTA,

apresentam aplicações analíticas úteis, tanto na identificação do cobalto

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como para sua determinação espectrofotométrica em diversos materiais.

Todos os complexos de Co(III) conhecidos são octaédricos.

Os complexos de Co(III) são sintetizados pela oxidação do Co+2 em

solução na presença dos ligantes. Oxigênio ou peróxido de hidrogênio ou

um catalisador são usados. Por exemplo:

4Co+2 + 4NH4+ + 20NH3 + O2 → 4[Co(NH3)6]+3 + 2H2O

Com exceção da vitamina B12 reduzida e outras espécies

semelhantes que apresentam Co(I), todos os complexos de Co(I)

envolvem ligantes tipo ácido-π. A coordenação é trigonal bipiramidal ou

tetraédrica. Os compostos são normalmente obtidos pela redução do

CoCl2 na presença de ligantes por redutores como N2H4, Zn, S2O4-2. Os

exemplos mais representativos são CoH(N2)(PPh3)3, [Co(CNR)5]+ e

CoCl(PR3)3

5.4 - ESSENCIALIDADE E TOXICOLOGIA

O cobalto é um ingrediente essencial na nutrição de plantas e

animais. Foi mostrado que animais privados de cobalto demonstram

sinais de retardo no crescimento, anemia, perda de apetite e queda na

lactação. Adicionar aos solos das pastagens sais de cobalto aumenta o teor

de cobalto na vegetação. O cobalto é conhecido por ser necessário na

síntese de vitamina B12 em animais domésticos e outros ruminantes. A

queda no teor de vitamina B12 também foi associada ao aparecimento de

anemia em seres humanos. Em seres humanos a dosagem estimada foi de

aproximadamente 0,25-1,0 mg/kg em doses orais. Em crianças, doses

superiores a 12,5 mg/kg não produziram efeitos tóxicos aparentes.

Os sais de cobalto, em grandes doses, podem irritar o tracto

gastrointestinal e causar náuseas, vômitos e diarréia. No homem, doses

orais tão baixas quanto 500mg de cloreto produziam náuseas e vômitos,

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mas quando tolerado, doses tão altas quanto 1200mg/dia durante um

período de 6 semanas foi dado a indivíduos sem evidência de sintomas

tóxicos.

5.5 - DETERMINAÇÃO DE COBALTO

5.5.1 - VOLUMETRIA DE COMPLEXAÇÃO

A possibilidade de determinar o cobalto, por volumetria de

complexação, usando o SCN1- como indicador foi primeiro sugerida por

Schwarzenbach e Biedermann (58). A partir dai, vários autores estudaram

esse método em grande detalhe, até que, em 1954, Harris e Sweet (59, 60)

sugeriram a determinação de cobalto, em meio amoniacal, com uma

titulação de retorno do excesso de EDTA com zinco na presença de negro

de eriocromo T como indicador. O método apresentava ótimos resultados,

podendo ser aplicado em amostras com um excesso de 5 vezes de níquel.

Entretanto, o Erio-T é facilmente bloqueado pelo cobalto, tal que a

titulação deve ser conduzida rapidamente, pois qualquer solução onde o

indicador tivesse sido bloqueado deveria ser descartada. A titulação de

retorno em meio ácido era preferível, uma vez que demonstrava ser mais

seletiva.

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5.5.2 - ESPECTROFOTOMETRIA DE ABSORÇÃO MOLECULAR

Como já foi citado anteriormente, embora o cobalto apresente dois

graus de oxidação, Co(II) e Co(III), a espécie de maior interesse analítico

é a forma Co(II).

Com o passar dos anos, entre os muitos reagentes sugeridos, os que

levaram ao desenvolvimento de um maior número de métodos para

determinação de cobalto foram o 1-Nitroso-2-Naftol, 2-Nitroso-1-Naftol

e sal Nitroso R (61, 62). O reagente 1-nitroso-2-naftol forma complexos

3:1 com o cobalto. Numa ampla faixa de pH, de 2,5-7,2, a extração do

complexo com benzeno é completa. A lavagem do extrato com ácido

clorídrico remove muitos interferentes e a lavagem com hidróxido de

sódio a 4% retira o excesso do reagente. Para cobre, níquel, cobalto, zinco

e cádmio, como impurezas em cloreto de sódio, complexa-se o cobalto

com EDTA e remove-se da solução com clorofórmio. Evapora-se até a

secura, adiciona-se ácido sulfúrico e nítrico, e aquece-se até fumos de

SO3. Depois, determina-se o cobalto com 1-nitroso-2-naftol. O reagente

se decompõe com facilidade em solução e deve ser estocado em

recipiente escuro.

O 2-nitroso-1-naftol (61, 62) complexa rapidamente o cobalto em

pH 4-9. O complexo 3:1 é extraído com acetato de isoamilo, tetracloreto

de carbono, clorofórmio e tolueno. O sistema obedece a lei de Beer na

faixa de 0,05-6 mg/L de cobalto na solução final. O excesso de reagente

deve ser removido durante o processo. Cobalto em soluções de tântalo e

plutônio reage com o 2-nitroso-1-naftol e é extraído com clorofórmio em

pH 4 na presença do citrato. O excesso do reagente é removido e o extrato

lido em 530nm. De maneira semelhante ao 1-nitroso-2-naftol, o reagente

é instável em solução aquosa e deve ser estocado em recipiente escuro.

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O complexo vermelho formado com o sal nitroso R (61, 62) em pH

5-7 é estável em solução fortemente ácida. A absorção do reagente abaixo

de 500nm interfere na medida do complexo do cobalto, com máximo em

415nm, entretanto, o excesso de reagente deve ser decomposto antes da

leitura. Uma alternativa satisfatória é medir entre 500-600nm, onde o

excesso de reagente não interfere. O aquecimento é necessário para

acelerar o desenvolvimento lento da cor. O ferro é mascarado com

pirofosfato de sódio e os complexos do cromo, níquel e cobre são

decomposto com ácido sulfúrico. Como o reagente é instável à luz e ao

calor, essas propriedades são usadas para eliminar, por destruição, o

excesso de reagente.

Alguns métodos envolvendo compostos o,o’-di-hidroxiarilazo

também foram sugeridos. Amin, Raheem e Ozman (63) sugeriram o uso

do negro de eriocromo A como reagente espectrofotométrico para

cobalto. Vale destacar que, ao contrario do procedimento padrão, os

autores mediram o decréscimo da absorvância do reagente, em 620nm,

causada pela presença do cobalto em solução tampão pH 10. Um excesso

de EDTA previne a interferência do Ni, Zn, Pb e Ca, mas Cu, Ba, Sr, Mn

e Mg interferem. O cobalto foi determinado na presença de um excesso de

níquel de 100 vezes.

Rogers (64) sugeriu um método de determinação

espectrofotométrica indireta de zinco e cobalto com Calcon. Os

complexos de ambos os metais têm, rigorosamente, o mesmo máximo de

absorvância, a 625nm, mas o complexo do cobalto é mais estável e reage

mais lentamente com o EDTA. Sendo o complexo do cobalto estável por

45 minutos, o autor usa essa característica para a determinação da soma

de Zn e Co (sem EDTA), seguida da determinação de Co (após a adição

do EDTA).

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Bianchi e Gerlo (65) sugeriram a determinação de cobalto com

negro de eriocromo T. O complexo formado se combina com o

tetrafenilarsônio e é extraído em clorofórmio, e a fase orgânica é medida

em 580nm. O método obedece a lei de Beer na faixa de 0,6-18µg de Co, é

livre das interferências de cloreto, fluoreto, sulfato e acetato, porém

perclorato, nitrato, EDTA e dietil-ditiocarbamato interferem.

Em 1991, Bhatnagar e colaboradores (66) publicaram uma revisão

bibliográfica dos trabalhos envolvendo a determinação

espectrofotométrica de cobalto, publicados a partir de 1971 e, nesta

revisão, encontram-se apenas 5 (cinco) referências envolvendo reagentes

o,o’-di-hidroxiarilazo, com destaque para o método sugerindo o uso do

vermelho de solocromo B, em pH 10, com absortividade molar

ε=1,68x106, limite de detecção (L.D.) igual a 0,07ppb e entre muitos

metais o Fe(III) e o Al(III) não interferem.

Ferreira e Jesus (67) sugeriram o uso do Br-PADAP como reagente

para cobalto em matrizes de níquel. O trabalho se destaca pela

determinação de Co na presença de 300 vezes a concentração do níquel,

sem a necessidade de uma separação prévia. Essa seletividade foi obtida

com o uso de técnicas alternativas de espectrofotometria como duplo

comprimento de onda e espectrofotometria derivativa.

5.5.3 - OUTRAS TÉCNICAS ANALÍTICAS

Muitas outras técnicas foram usadas para determinar cobalto.

Maksimova e colaboradores sugeriram dois métodos para a determinação

de cobalto, ambos envolvendo e vários tipos de sílica (Diasorb C16,

Diasorb Fenil, Diasorb Nitril e Diasorb C8) modificadas com 1-nitroso-2-

naftol: o primeiro usando um espectrofotometro de absorção molecular

aliado a um sistema de fluxo (FIA), para determinação simultânea de

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Co(II) e Ni(II) (68), e o segundo usando espectrofotometria de

reflectância difusa, para determinação simultânea de Co(II) e Fe(III) (69).

Nakashima, Yoshimura e Waki (70) modificaram a resina aniônica

QAE-Sephadex A-25 com sal nitroso R para a determinação de cobalto

em água do mar, determinando a atenuação da luz na própria fase sólida e

minimizando o ruído de fundo através da leitura contra a resina

equilibrada com um branco do reagente em dois comprimentos de onda

(∆A). Liu e Fang (71) modificaram sílica C18 com o mesmo reagente para

a pré-concentração de cobalto em fluidos biológicos, usando um sistema

de injeção em fluxo, e posterior detecção por AAS.

Oxpring, Maxwell e Smyth (72) compararam o uso do Br-PADAP

e PAN na determinação de cobalto em vitamina B12, usando as técnicas

de espectrofotometria de absorção molecular, voltametria adsortiva e

eletroforese capilar.

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6 - INSTRUMENTOS E REAGENTES

6.1 - INSTRUMENTAÇÃO

• Espectrofotometro de Absorção Molecular UV-VIS CARY 1E

• Espectrofotometro de Absorção Molecular UV-VIS Varian DMS-80

• Medidor de pH Analyser pH300 com eletrodo de vidro combinado

6.2 - REAGENTES E SOLUÇÕES

• Solução de Cobalto (II) [1080 µg/mL]: preparada pela dissolução de

1,080g de cobalto metálico puro Merck (99,99%) em ácido nítrico

diluído com aquecimento e diluído para 1000mL com água

desionizada.

• Solução de Cobalto (II) [108 µg/mL]: preparada pela diluição de uma

alíquota de 10mL da solução de Co(II) 1080 µg/mL em balão

volumétrico de 1000mL com água desionizada.

• Solução de Alumínio (III) [1000 µg/mL]: preparada pela dissolução

de 1,000g de alumínio metálico puro Merck (99,99%) em ácido

clorídrico diluído com aquecimento e diluído para 1000mL com água

desionizada.

• Solução de Alumínio (III) [25 µg/mL]: preparada pela diluição de uma

alíquota de 25mL da solução de Al(III) 1000 µg/mL em balão

volumétrico de 1000mL com água desionizada

• Solução do AAVN 6,6x10-4M (0,04%): preparada pela dissolução de

0,08g do ácido violeta de alizarina N (Aldrich), considerando-se os

60% de pureza indicado pelo fabricante, em água desionizada até o

volume de 200mL.

• Solução do AAVN 1,3x10-3M (0,08%): preparada pela dissolução de

0,16g do ácido violeta de alizarina N (Aldrich), considerando-se os

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60% de pureza indicado pelo fabricante, em água desionizada até o

volume de 200mL.

• Solução de CTAB (0,1%): preparada pela dissolução de 0,1g do

brometo de cetiltrimetilamônio Merck em água desionizada até o

volume de 100mL.

• Solução de Triton-X100 (1%): preparada pela dissolução de 1g de

Triton-X100 Aldrich em água desionizada até o volume de 100mL.

• Solução de Triton-X100/CTAB (10:1): preparada pela dissolução de

2,5g de Triton-X100 Aldrich e de 0,25g do brometo de

cetiltrimetilamônio (CTAB) Merck em água desionizada até o volume

de 250mL.

• Solução tampão acética 2M (pH 4,8): preparada pela dissolução de

47,33mL de ácido acético glacial e 34,62g de acetato de sódio tri-

hidratado em água desionizada até o volume de 1000mL.

• Solução tampão amoniacal 3M (pH 9,4): preparada pela dissolução de

70mL de amônia concentrada (25%) e 160,4g de cloreto de amônio em

água desionizada até o volume de 1000mL.

• Solução de EDTA 1,3x10-1M (5%): preparada pela dissolução de 50g

do etileno-diamino-tetra-acetato dissódico Merck em água desionizada

até o volume de 1000mL.

• Solução de KCN 1,5x10-1M (1%): preparada pela dissolução de 1g do

cianeto de potássio de sódio em água desionizada até o volume de

100mL.

• Solução de NaF 2,4x10-1M (1%): preparada pela dissolução de 1g do

fluoreto de sódio em água desionizada até o volume de 100mL.

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7 - DETERMINAÇÃO DE ALUMÍNIO COM ÁCIDO VIOLETA

DE ALIZARINA N

7.1 - PROCEDIMENTO GERAL

← Alíquota de Al(III)

← 5mL de AAVN 6,6x10-4M

← 5mL de tampão amoniacal pH 9,4

← 1mL de EDTA 1,3x10-1M

← 1mL de Triton-X100/CTAB(10:1)

Medir o sinal de absorvância contra os brancos apropriados.

Completar com água desionizada até o volume de 25mL.

Toma-se um balão de 25mL

As curvas de calibração seguem o mesmo procedimento, tomando-

se alíquotas de 0 a 0,4 mL de Al(III) 25 mg/L e medindo-se as respectivas

absorvâncias em 607nm contra um ensaio em branco do reagente AAVN

6,6x10-4M. Em caso de amostras, sintéticas ou reais, mascarantes, como

cianeto ou citrato, são adicionados após a adição do EDTA 1,3x10-1M

50

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7.2 - RESULTADOS E DISCUSSÃO

7.2.1 - ESPECTROS E ESTABILIDADE DO AAVN-Al(III)

O reagente ácido violeta de alizarina N reage imediatamente com o

Al(III), em meio básico, na presença de tampão amoniacal pH 9,4,

formando um complexo violeta-avermelhado, solúvel em água, que atinge

sua absorvância mínima em 607nm contra um branco do reagente em

presença dos tensoativos Triton-X100 e CTAB. A figura 7.1 mostra o

espectro deste complexo contra seu ensaio em branco.

Espectro do complexo AAVN-Al(III)

-1

-0,8

-0,6

-0,4

-0,2

0

0,2

0,4

350 450 550 650 750

Comprimento de onda (nm)

Abs

orvâ

ncia

Fig. 7.1 - Espectro do complexo AAVN-Al(III). Al(III)=1µg/mL, em presença de AAVN 1,3x10-4M, tampão amoniacal pH 9,4 0,6M, EDTA 1,1x10-3M e de Triton-X100 0,04% / CTAB 0,004%, contra um branco do reagente.

As referências bibliográficas a respeito da estequiometria da reação

entre o AAVN-Al(III) são muito polêmicas. Os estudos polarográficos de

Perkins e Reynolds (32, 33) indicam a formação de complexo 1:2 e 1:3, a

depender do pH, porém eles mesmos acham difícil a formação de

complexos 1:3, pois exigiriam um número de coordenação 9 do alumínio.

51

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Já os estudos potenciométricos e espectrofotométricos de Coates e Rigg

(21,22) sugerem apenas a formação de complexos 1:1 e 1:2 e para tal

afirmação é de extrema relevância a pureza do reagente, pureza essa que

não é citada no trabalho do Perkins e Reynolds. Vale salientar também os

tempos de reação citados na literatura, onde segundo os estudos

polarográficos de Willard e Dean (29), em pH 4.6 a reação leva cerca de 5

horas em temperatura ambiente (25oC), 5 minutos à 50oC e 2 minutos à

60oC. Bognar e Szabo (39) obtiveram um sinal máximo de fluorescência

após 1 hora. Embora Coates e Rigg relatem ter equilibrado a solução

durante 6 horas antes da determinação espectrofotométrica do log K1T(f),

eles afirmam que a velocidade de reação cresce à medida que o pH

também cresce e que o complexo 1:2 se forma mais rápido que o

complexo 1:1 para ser investigado por técnicas normais de titulação. Em

face dessas informações, acreditamos que o sistema AAVN-Al(III) forme

complexos 1:2 rapidamente em pH 9,4.

Observa-se, pelo espectro do sistema AAVN-Al(III), que o

comprimento de onda de maior diferença entre a absorvância do quelato

AAVN-Al(III) e a absorvância do AAVN, e consequentemente, de maior

sensibilidade, apresenta um sinal de absorvância negativo, ou seja, neste

comprimento de onda mede-se o consumo do reagente AAVN puro. Este

comprimento de onda, onde mede-se o consumo do AAVN pelo Al(III)

para formação do complexo AAVN-Al(III), necessariamente não deve ser

o comprimento de máxima absorvância do AAVN puro, mas sim o de

maior diferença de absorvância entre o complexo e o reagente puro.

52

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Observa-se também que o fenômeno se repete para outros

complexos do AAVN em pH básico, com o Ni(II) e Co(II), onde o

comprimento de onda de maior diferença entre o quelato e o AAVN tem

absorvância negativa, como pode ser observado na figura 7.2, a seguir:

Espectros dos complexos do AAVN com Co(II) e Ni(II) em meio básico

-0,25

-0,2

-0,15

-0,1

-0,05

0

0,05

0,1

350 450 550 650 750

Comprimento de onda (nm)

Abs

orvâ

ncia

AAVN-Co(II)AAVN-Ni(II)

Fig. 7.2 - Espectros dos complexos AAVN-Co(II) e AAVN-Ni(II) em meio

amoniacal, na presença de tensoativos, contra um branco do reagente.

Esse fenômeno parece ser comum aos complexos dos reagentes

o,o’-di-hidroxiarilazo, quando estes se formam em pH básico, como pode

ser observado no trabalho feito por Amin e colaboradores (63) onde era

medido o sinal de absorvância do consumo do reagente negro de

eriocromo A, para a formação do seu quelato com o Co. Esse fenômeno

pode ser observado também para o complexo formado entre o Azul de

Hidroxinaftol (HNB) e o alumínio, em meio básico, como pode ser

observado na figura 7.3.

53

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Espectro do complexo HNB-Al(III), em meio básico, na presença de tensoativos

-1-0,8-0,6-0,4-0,2

00,20,40,60,8

350 450 550 650 750

Comprimento de onda (nm)

Abs

orvâ

ncia

Fig. 7.3 - Espectro do sistema HNB-Al(III) em meio amoniacal. Al(III)=1µg/mL, em presença de HNB 1,3x10-4M, tampão amoniacal pH 9,4 0,6M, EDTA 1,1x10-3M e de Triton-X100 0,04% / CTAB 0,004%, contra um branco do reagente.

Espectros dos complexos do Al(III) com o HNB e o AAVN em pH 4,8

-0,25

-0,15

-0,05

0,05

0,15

0,25

0,35

0,45

350 450 550 650 750

Comprimento de onda (nm)

Abs

orvâ

ncia

HNB-Al(III)AAVN-Al(III)

Fig. 7.4 - Espectros do sistema AAVN-Al(III) e HNB-Al(III) em meio ácido.

Al(III)=1µg/mL, em presença de AAVN 1,3x10-4M (ou HNB 1,3x10-4M), tampão

amoniacal pH 9,4 0,6M, EDTA 1,1x10-3M e de Triton-X100 0,04% / CTAB 0,004%,

contra um branco do reagente.

54

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O sistema HNB-Al(III) foi inicialmente estudado em meio ácido

(52) e, como o HNB e o AAVN pertencem à mesma família de reagentes,

provavelmente o AAVN se comportaria de maneira semelhante ao HNB

em meio ácido. Porém, ao observarmos os espectros da figura 7.4 para o

sistema HNB-Al(III) e AAVN-Al(III) em pH 4,8, na presença de Triton-

X100/CTAB, observa-se que o HNB leva a uma absorvância cerca de 2,5

vezes maior que o AAVN, ou seja, é cerca de 2,5 vezes mais sensível que

o AAVN em meio ácido.

Espectros do sistema AAVN-Al(III)

-1

-0,8

-0,6

-0,4

-0,2

0

0,2

0,4

350 450 550 650 750

Comprimento de onda (nm)

Abs

orvâ

ncia

AAVN-Al(III)-pH 9,4AAVN-Al(III)-pH 4,8

Fig. 7.5 - Espectros do sistema AAVN-Al(III) em pH 9,4 e pH 4,8. Al(III)=1µg/mL, em presença de AAVN 1,3x10-4M, tampão amoniacal 0,6M ( ou acetato 0,4M), EDTA 1,1x10-3M e de Triton-X100 0,04% / CTAB 0,004%, contra um branco do reagente.

Essa baixa sensibilidade do AAVN-Al(III) em meio ácido é

também observada quando comparamos com o espectro do sistema em

meio básico, como na figura 7.5, onde o sinal de absorvância, em valores

absolutos, do meio básico é cerca de 4,5 vezes maior que o meio ácido.

55

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Embora o sistema em meio básico seja menos seletivo, a sua alta

sensibilidade nos fez optar por ele.

Os complexos do AAVN apresentam uma alta estabilidade. O

sistema AAVN-Al(III) é estável por cerca de 24 horas, mesmo na

presença de ácidos poliaminocarboxílicos, como EDTA e CDTA, para

10µg de Al(III). A figura 7.6 mostra o efeito da variação do sinal com o

tempo para as primeiras 2 horas, na presença de EDTA. Apesar de Pribil e

Veselý (46) afirmarem que o CDTA forma complexos com o alumínio

mais rapidamente que o EDTA, a estabilidade do AAVN-Al(III) na

presença de CDTA 1,1x10-3M foi testada e observou-se que para as

primeiras 2 horas, a variação da absorvância é inferior a 3%.

Efeito do tempo sobre absorvância do sistema AAVN-Al(III)

-0,5

-0,4

-0,3

-0,2

-0,1

00 15 30 45 60 75 90 105 120

Tempo (min)

Abs

orvâ

ncia

Fig. 7.6 - Efeito do tempo sobre a estabilidade do sistema AAVN-Al(III). Al(III)=0,4µg/mL, em presença de AAVN 1,3x10-4M, tampão amoniacal pH 9,4 0,6M, EDTA 5,4x10-3M e de Triton-X100 0,04% / CTAB 0,004%, contra um branco do reagente.

56

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7.2.2 - EFEITO DO pH

O efeito da variação do pH sobre a absorvância do complexo

AAVN-Al(III) foi estudado e os resultados demonstraram que o sistema é

muito influenciado pela variação do pH, o que levou ao uso de uma

concentração alta (3M) do tampão, para evitar grandes flutuações de pH.

Os testes foram realizados com tampão amônia/cloreto de amônia 3M,

nas proporções de 1:10 até 10:1. A seguir, na figura 7.7, apresenta-se a

variação da absorvância com o pH para o sistema AAVN-Al(III).

Admitindo-se uma flutuação de 5%, a faixa de pH que leva à maior

sensibilidade é de 9,2 a 9,8. Optou-se pelo pH 9,4 para o procedimento

geral.

Efeito da variação do pH sobre a absorvância do sistema AAVN-Al(III)

-0,5

-0,4

-0,3

-0,2

-0,1

07,8 8,2 8,6 9 9,4 9,8 10,2

pH

Abs

orvâ

ncia

Fig. 7.7 - Efeito da variação do pH sobre a absorvância do sistema AAVN-Al(III). Al(III)=0,4µg/mL, em presença de AAVN 1,3x10-4M, tampão amoniacal 0,6M (pH 7,8 a 10,2), EDTA 5,4x10-3M e de Triton-X100 0,04% / CTAB 0,004%, contra um branco do reagente.

57

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7.2.3 - EFEITO DA CONCENTRAÇÃO DE AAVN

O efeito da variação da concentração do ácido violeta de alizarina

N foi estudado e os resultados obtidos indicam que para 10µg de Al(III) e

uma solução de AAVN 6,6x10-4M, considerando-se os 60% indicados

pelo fabricante, a concentração mínima necessária para se obter uma

absorvância máxima e constante é de 3mL. A seguir, a figura 7.8

apresenta o gráfico do comportamento do sistema .

Como é comum aos reagentes da família dos o,o’-di-hidroxiarilazo,

a pureza dos reagentes comerciais é muito baixa, o que não é diferente

para o AAVN. Porém, essa baixa pureza não interfere nos resultados de

análises de rotina, a não ser para experimentos fisico-químicos, como a

determinação da estequiometria dos complexos e cálculo de pK (2, 3, 21 e

22).

Efeito da concentração do ácido violeta de alizarina N sobre a absorvância do sistema

AAVN-Al(III)

-0,5

-0,4

-0,3

-0,2

-0,1

00,0E+00 6,0E-05 1,2E-04 1,8E-04 2,4E-04 3,0E-04

Concentração de AAVN (mol/L)

Abs

orvâ

ncia

Fig. 7.8 - Efeito da variação da concentração de complexante sobre a absorvância do sistema AAVN-Al(III). Al(III)=0,4µg/mL, em presença de tampão amoniacal pH 9,4 0,6M, EDTA 5,4x10-3M e de Triton-X100 0,04% / CTAB 0,004%, contra um branco do reagente.

58

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Em face aos resultados obtidos, adotou-se, como margem de

segurança, 5mL da solução do ácido violeta de alizarina N 6,6x10-4M no

procedimento geral, para garantir um excesso do complexante no meio

reacional.

7.2.4 - EFEITO DOS TENSOATIVOS Sabe-se que os agentes tensoativos têm a capacidade de alterar

algumas características do sistema, tais como, seletividade, solubilidade,

cinética e estabilidade. Em alguns casos, os agentes tensoativos podem

alterar o espectro do complexo, principalmente deslocando seu

comprimento de onda máximo.

Durante a fase de testes qualitativos, percebeu-se que, devido à

baixa seletividade do AAVN, havia uma superposição dos espectros

obtidos do reagente e de seus complexos. Embora o AAVN e seus

quelatos apresentassem uma alta solubilidade em água, lançou-se mão do

uso de tensoativos para provocar um deslocamento dos máximos

espectrais, reduzindo a superposição de espectros anteriormente

observada. Inicialmente, utilizou-se apenas o brometo de

cetiltrimetilamônio (CTAB) e observou-se os seguintes fenômenos:

i. apenas o AAVN teve o seu comprimento de onda máximo

modificado (555nm →565nm);

ii. complexos de metais como o Ni(II) e o Zn(II) não sofreram

alteração nos seus comprimentos de onda; porém, houve uma

queda no sinal de absorvância;

iii.complexos de metais como o Co(II) e o Al(III) apresentaram

uma turvação de suas soluções, e

iv.os fenômenos (1), (2) e (3) também se repetiram na presença de

EDTA.

59

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Testou-se também o efeito de tensoativos não-iônicos, entre eles

Triton-X100, Tergitol e Tween. Entre estes, o Triton-X100 foi o único

capaz de evitar a turvação, em presença de CTAB, dos complexos do

Co(II) e Al(III), o que levou a sua escolha. Assim, novos testes foram

feitos, usando-se Triton-X100 ou uma mistura do Triton-X100 com o

CTAB e os seguintes resultados obtidos:

i. o uso apenas do Triton-X100 não provocou nenhuma mudança

significativa nos respectivos espectros do AAVN e seus

complexos;

ii. houve um deslocamento muito maior do comprimento de onda

de máxima absorvância do AAVN na presença da mistura do

Triton-X100 com o CTAB (555nm → 575nm);

iii.quelatos como os de Ni(II) e Zn(II) não apresentaram alterações

significativas em seus espectros na presença da mistura de

tensoativos, embora apresentassem uma pequena queda nos

sinais de absorvância;

iv.quelatos como os de Co(II) e Al(III) não apresentaram turvações

na presença do Triton-X100 ou da mistura do Triton-X100 com

CTAB, como também não se observou deslocamento dos

máximos dos complexos e

v. os fenômenos (1), (2), (3) e (4) se repetem na presença de

EDTA.

A ação dos tensoativos Triton-X100 e CTAB, sobre o AAVN e o

AAVN-Al(III), pode ser melhor observada através dos espectros do

reagente e do seu complexo com alumínio na presença e na ausência

destes tensoativos, apresentados nas figuras 7.9 e 7.10. É possível

perceber que a adição dos tensoativos provoca um deslocamento,

60

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minimizando a superposição, dos espectros do AAVN e do AAVN-

Al(III) e, consequentemente, melhorando a seletividade do sistema.

Espectros do AAVN e do AAVN-Al(III), na ausência de Triton-X100/CTAB

00,10,20,30,40,50,60,70,80,9

350 450 550 650 750

Comprimento de onda (nm)

Abs

orvâ

ncia

AAVNAAVN-Al(III)

Fig. 7.9 - Espectros do AAVN e do AAVN-Al(III), contra a água, na ausência dos

agentes tensoativos Triton-X100 e CTAB.

Espectros do AAVN e AAVN-Al(III), na presença de Triton-X100/CTAB

00,10,20,30,40,50,60,70,8

350 450 550 650 750

Comprimento de onda (nm)

Abs

orvâ

ncia

AAVNAAVN-Al(III)

61

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Fig. 7.10 - Espectros do AAVN e do AAVN-Al(III), contra a água, na presença dos

agentes tensoativos Triton-X100 e CTAB.

Realizou-se também estudos do efeito da variação da concentração

de cada tensoativo na mistura e da concentração da mistura sobre a

absorvância do sistema AAVN-Al(III). Os resultados, para 0,4µg/mL de

Al(III), são apresentados nas tabelas 7.1 e 7.2 e na figura 7.11.

Observa-se, pelas tabelas 7.1 e 7.2, que a variação da concentração

dos tensoativos influencia muito a absorvância do sistema AAVN-Al(III).

Observa-se que é necessário também um excesso de Triton-X100 para

evitar o aparecimento de precipitados em solução. De forma preventiva, o

Triton-X100 deve ser adicionado antes ou juntamente com o CTAB, sob a

forma de uma mistura.

É provável que o Triton-X100 não forme nenhuma nova espécie

com o AAVN e seus quelatos, e apenas auxilie na solubilização da

miscela formada na presença do CTAB. Para o procedimento geral,

adotou-se um excesso de 10 vezes a concentração de Triton-X100 em

relação à concentração de CTAB.

Tabela 7.1 - Efeito da variação da concentração de Triton-X100, na presença de CTAB 0,004% (m/v), sobre a absorvância do sistema AAVN-Al(III), para 0,4µg/mL de Al(III).

Concentração de Triton-X100 (%) Absorvância

0,04 -0,389

0,08 -0,402

0,12 -0,408

0,20 -0,399

0,40 -0,420

62

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Tabela 7.2 - Efeito da variação da concentração de CTAB, na presença de Triton-X100 0,04% (m/v), sobre a absorvância do sistema AAVN-Al(III), para 0,4µg/mL de Al(III).

Concentração de CTAB (%) Absorvância

0,004 -0,387

0,008 -0,406

0,012 -0,429

0,020 -0,447

0,040 -0,471

É importante destacar que, na presença de uma concentração

mínima de 0,04% de Triton-X100, não há formação de precipitados,

mesmo aumentando-se a concentração de CTAB, como pode ser

observado na tabela 7.2. O aumento da concentração de CTAB faz com

que o complexo AAVN-Al(III), que é violeta, torne-se cada vez mais

azulado. Essa alteração da coloração pode ser devida a uma interação

entre o excesso de AAVN, agora sob a forma de HD-2, com o excesso de

CTAB formando um par-iônico.

Estudou-se também o efeito da variação da concentração da

mistura de tensoativos, tomando-se a proporção de Triton-X100/CTAB

de 10:1. Este resultado pode ser observado na figura 7.11. Embora a

figura demonstre que, à medida que se aumenta a concentração da mistura

de Triton-X100 1%/CTAB 0,1%, aumenta-se também o sinal da

absorvância do sistema, optou-se pelo volume de 1mL da mistura dos

tensoativos para o procedimento geral porque:

(a) Com esse valor mínimo já se obtém a seletividade desejada

(b) Altas concentrações de tensoativos dificultam a preparação e aferição

de balões, devido à intensa formação de espuma.

63

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Efeito da concentração dos tensoativos sobre a absorvância do sistema AAVN-Al(III)

-0,5

-0,4

-0,3

-0,2

-0,1

00 2 4 6 8

Volume de Triton X-100 1%/CTAB 0.1% (mL)

Abs

orvâ

ncia

10

Fig. 7.11 - Efeito da variação da concentração da mistura de tensoativos.

Al(III)=0,4µg/mL, em presença de AAVN 1,3x10-4M, tampão amoniacal pH 9,4 0,6M

e EDTA 5,4x10-3M, contra um branco do reagente.

7.2.5 - EFEITO DA CONCENTRAÇÃO DE EDTA

Sendo o ácido violeta de alizarina N um reagente da família dos

o,o’-di-hidroxiarilazo, é de se esperar que ele tenha baixa seletividade,

principalmente frente aos metais alcalinos-terrosos, especialmente os

metais cálcio e magnésio. Assim, foi estudado o efeito do EDTA e outros

reagentes similares, como o CDTA, EGTA e DTPA, a serem adicionados

ao sistema de forma preventiva à ação destes metais.

Pelos resultados apresentados na tabela 7.3 e na figura 7.12,

observa-se que, embora o Al(III) reaja facilmente com ácidos

poliaminocarboxílicos, principalmente CDTA, tais agentes mascarantes

não alteram significativamente a absorvância do sistema, e, mesmo na

presença de altas concentrações de EDTA, não há uma variação

significativa do sinal da absorvância do sistema.

64

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Tabela 7.3 - Efeito dos ácidos poliaminocarboxílicos sobre a absorvância do sistema AAVN-Al(III) para Al(III)=0,4µg/mL.

Mascarantes Concentração Absorvância

Sem mascarante ----- -0.370

CDTA 1,1x10-3M -0.354

EDTA 1,1x10-3M -0.359

EGTA 1,1x10-3M -0.361

DTPA 1,1x10-3M -0.363

Adotou-se o uso de 1 a 2mL de EDTA 1,3x10-1M, ou outro ácido

poliaminocarboxílico, dependendo da concentração e da natureza dos

interferentes presentes. Sendo a ordem de adição de tais reagentes muito

importante os mascarantes foram adicionados após a adição do AAVN.

Efeito da concentração de EDTA sobre a absorvância do sistema AAVN-Al(III)

-0,5

-0,4

-0,3

-0,2

-0,1

00,0E+00 6,0E-03 1,2E-02 1,8E-02 2,4E-02 3,0E-02

Concentração de EDTA (mol / L)

Abs

orvâ

ncia

Fig. 7.12 - Efeito da variação da concentração de EDTA sobre a absorvância do sistema AAVN-Al(III). Al(III)=0,4µg/mL, em presença de AAVN 1,3x10-4M, tampão amoniacal pH 9,4 0,6M e de Triton-X100 0,04% / CTAB 0,004%, contra um branco do reagente.

65

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7.2.6 - EFEITO DA CONCENTRAÇÃO DO TAMPÃO

Estudou-se o efeito da variação da concentração da solução tampão

amônia/cloreto de amônio, concentração 3M, e pH 9,4. A variação da

concentração de tampão amoniacal não influencia significativamente no

sinal de absorvância. Os resultados encontrados são apresentados na

figura 7.13.

Como pode ser observado no item 7.4.2, o pH é um fator crítico no

sistema AAVN-Al(III). Assim, para garantir que não haveria grandes

flutuações de pH no sistema, usou-se uma solução tampão bastante

concentrada, 3M em cloreto de amônio/amônia.

Em face aos resultados obtidos, adotou-se o valor de 5mL de

tampão amoniacal pH 9,4, e concentração 3M, para o procedimento geral.

Efeito da concentração do tampão amoniacal pH 9.4 sobre a absorvância do sistema AAVN-

Al(III)

-0,5

-0,4

-0,3

-0,2

-0,1

00 0,12 0,24 0,36 0,48 0,6 0,72 0,84 0,96 1,08 1,2

Concentração de tampão amoniacal (mol/L)

Abs

orvâ

ncia

Fig. 7.13 - Efeito da variação da concentração de tampão amoniacal sobre a absorvância do sistema AAVN-Al(III). Al(III)=0,4µg/mL, em presença de AAVN 1,3x10-4M, EDTA 5,4x10-3M e de Triton-X100 0,04% / CTAB 0,004%, contra um branco do reagente.

66

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7.2.7 - CARACTERÍSTICAS ANALÍTICAS DO MÉTODO

A obediência à lei de Beer foi verificada, medindo-se a absorvância

do complexo AAVN-Al(III) em 607nm, contra um ensaio em branco do

reagente, variando-se a concentração do alumínio de 50 a 400 ng/mL. Um

exemplo de curva analítica encontrada é apresentada na figura 7.14, a

qual correspondeu a equação A= -2,71x104CAl(III) (mol/L) + 0,000198,

com um coeficiente de correlação linear R=1,00. Outras características

analíticas se encontram nas tabelas 7.4 e 7.5.

Tabela 7.4 - Características Analíticas do Método Proposto

Absortividade Molar -2,71x104

Coeficiente de Correlação -1,00

Limite de Detecção (3σ) 41 ng.mL-1

Limite de Quantificação (10σ) 134 ng.mL-1

Faixa Linear Dinâmica 134 ng.mL-1 a 500 ng.mL-1

Número de experimentos 30

Variação instrumental do branco 0,31%

Tabela 7.5 - Reprodutibilidade do AAVN-Al(III) para Al(III) 0,4µg/mL

Média -0,371

Desvio Padrão 0,023

Mínimo -0,403

Máximo -0,330

Número de Experimentos 25

Coeficiente de Variação 6,2%

Intervalo de Confiança (95%) -0,371 + 0.009

67

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Curva Analítica do Sistema AAVN-Al(III) em 607nm

-0,5

-0,4

-0,3

-0,2

-0,1

00 100 200 300 400

Concentração de Alumínio (ng/mL)

Abs

orvâ

ncia

Fig. 7.14 - Curva analítica do sistema AAVN-Al(III). Al(III)= 0 a 0,4µg/mL, em presença de AAVN 1,3x10-4M, tampão amoniacal pH 9,4 0,6M, EDTA 5,4x10-3M e de Triton-X100 0,04% / CTAB 0,004%, contra um branco do reagente. 7.2.8 - EFEITO DA ORDEM DE ADIÇÃO

Estudou-se o efeito da adição dos reagentes envolvidos no

procedimento geral. Como o procedimento envolve a adição de 5

soluções, e haveria muitas combinações a serem testadas, selecionou-se

aquelas consideradas mais importantes. Vale salientar que, entre uma

adição e outra, executa-se uma rápida agitação, ocorrendo assim um

pequeno intervalo de tempo entre as adições.

Pelos resultados obtidos, e registrados na tabela 7.6, observou-se

que a ordem de adição altera o sinal da absorvância do sistema AAVN-

Al(III). Observa-se também que há uma grande diminuição do sinal

quando o EDTA é adicionado antes do AAVN, quando o Al(III) é

adicionado num meio onde já estejam presentes o EDTA e o AAVN ou

quando o tampão é adicionado antes o AAVN.

68

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O fato do EDTA não desfazer imediatamente o complexo AAVN-

Al(III), pode ser explicado como um mascaramento cinético, ou seja, a

reação de troca de ligante é muito lenta. Realizando-se a reação em meio

básico, quando ocorre a adição do tampão antes do AAVN, deve haver a

precipitação de hidróxido de alumínio que deve alterar a cinética da

reação.

O estudo foi realizado com Al(III)=0,4µg/mL, em presença de

AAVN 1,3x10-4M, tampão amoniacal 0,6M pH 9,4, EDTA 5,4x10-3M e

de Triton-X100 0,04% / CTAB 0,004%, contra um branco do reagente.

Tabela 7.6 - Efeito da ordem de adição dos reagentes

Ordem de Adição Absorvância

Al +R + T + D + M -0,399

R + T + Al + M + D -0,332

Al + T + R +D + M -0,331

Al + D + T + R + M -0,209

Al + D + R + T + M -0,183

R + T + D + M + Al -0,042

Al + M + R + T + D -0,037

Al + M + T + R + D -0,034

Al + T + M + R + D -0,034

R + M + Al + T + D -0,033

Al + R + M + T + D -0,032

M + T + Al + R + D -0,028

Al + D + M + R + T -0,024

Al-Al(III), R-AAVN, T-Tampão, M-EDTA, D-Detergentes

69

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7.2.9 - EFEITO DE OUTROS ÍONS

Estudou-se o efeito de vários íons, em diversas proporções, para

verificar o grau de interferências dos mesmos sobre o sistema AAVN-

Al(III). Assim, tomaram-se 10µg de Al(III), na presença de 5mL de

AAVN 6,6x10-4M, 5mL de tampão pH 9,4 3M, 1000µg do ânion, 1mL de

EDTA 1,3x10-1M e 1mL de Triton-X100 1%/CTAB 0,1%, levados a

25mL. Entre os ânions testados estão o citrato, sulfato, tartarato,

tiossulfato, fosfato, pirofosfato, cloreto e cianeto numa proporção de

100:1. Nenhum deles apresentou uma alteração significativa na

absorvância do sistema AAVN-Al(III) e posteriormente foram testados

como agentes mascarantes de alguns cátions interferentes.

O ácido violeta de alizarina N não é um reagente específico para o

alumínio, o que obrigou o uso de agentes mascarantes para aumentar a

sua seletividade. Para o estudo da interferência dos cátions tomaram-se

10µg de Al(III), 100-2000µg do cátion interferente, na presença de 5mL

do AAVN 6,6x10-4M, 5mL de tampão pH 9,4 3M, 1mL de EDTA 1,3x10-

1M e 1mL de Triton-X100 1%/CTAB 0,1%, levados a 25mL. Observou-

se que Pb(II) (200:1), W(VI), Mo(VI), Hg(II), Na(I) e K(I) (100:1),

Ca(II), Mg(II) e Ba(II) (50:1), Bi(II), Sb(III) e Sr(II) (10:1) não

apresentam interferência sobre o sinal de absorvância do sistema AAVN-

Al(III), na presença de EDTA 5,4x10-3M. Observou-se também que o

Zn(II) e Cd(II) (20:1) não apresentam interferência sobre o sinal de

absorvância do sistema AAVN-Al(III) em presença de EDTA 5,4x10-3M

e de KCN 6,2x10-3M.

Porém, para os mesmos 10µg de Al(III), os cátions Ni(II), Cr(III),

Co(II), Ti(IV), Cu(I), Cu(II), Fe(II), Fe(III), Sn(IV), Be(II), La(III),

Mn(II), V(IV) e V(V) (10:1) apresentaram interferência sobre o sinal de

absorvância do sistema AAVN-Al(III), mesmo na presença de EDTA

70

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5,4x10-3M e dos agentes mascarantes KCN, citrato, tartarato, fosfato,

CDTA, ácido ascórbico e ácido tioglicólico em concentrações em torno

de 0,01M.

7.2.10 - APLICAÇÃO

O procedimento proposto foi testado na determinação de alumínio

em amostras padrões de ligas e uma amostra de calcário. Para cada

análise foi construída uma curva analítica, conforme o procedimento

descrito no procedimento geral, e 5 replicatas (n=5) para cada amostra.

Foram adicionados agentes mascarantes, variando-se as concentrações e a

natureza dos mesmos, de acordo os interferentes encontrados nas

amostras. A abertura das amostras foi realizada tomando-se entre 0,01g a

0,1g da amostra, 10mL de HCl concentrado, aquecimento, e depois

levado a 100mL. Os resultados encontrados são descritos na tabela 7.7.

As ligas analisada são padrões do NIST, e contém a seguinte

composição: Liga de Zn 94b - Al (4,07%), Cu (1,01%), Mg (0,042%), Fe

(0,018%), Mn (0,014%), Pb (0,006%), Ni (0,006%), Sn (0,006%) e Cd

(0,002%). Liga de Mg 171 - Al (2,98%), Zn (1,05%), Mn (0,45%), Si

(0,012%), Cu (0,011%), Pb (0,0033%), Fe (0,0018%) e Ni (0,0009%).

A amostra de calcário foi analisada também por absorção atômica e

comparada as médias. Não há informações a respeito da composição desta

amostra.

Tabela 7.7 - Determinação de alumínio em amostras padrões

Amostras %Al(III) encontrado (n = 5) %Al(III)

Liga de Zn 94b 4,26 + 0.12 4,07

Liga de Mg 171 3,17 + 0.09 2,98

Calcário 2,06 + 0.29 2,03

71

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8 - DETERMINAÇÃO DE COBALTO COM ÁCIDO VIOLETA DE

ALIZARINA N

8.1 - PROCEDIMENTO GERAL

← Alíquota de Co(II)

← 1mL de Ác. Ascórbico 5,7x10-2M

← 5mL de AAVN 1,3x10-3M

← 5mL de tampão acetato pH 4,8

← 1mL de EDTA 1,3x10-2M

← 1mL de Triton-X100/CTAB(10:1)

Medir os sinais de absorvância contra os brancos apropriados.

Completar com água desionizada até o volume de 25mL.

Toma-se um balão de 25mL

As curvas de calibração seguem o mesmo procedimento, tomando-

se alíquotas de 0 a 0,8 mL de Co(II) 108 mg/L e medindo-se as

respectivas absorvâncias em 565nm contra um branco do AAVN 1,3x10-

3M. Em caso de amostras, sintéticas ou reais, mascarantes com fluoreto

ou citrato, são adicionados após a adição do EDTA 1,3x10-2M.

72

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8.2 - RESULTADOS E DISCUSSÃO

8.2.1 - ESPECTROS E ESTABILIDADE DO AAVN-Co(II)

O reagente ácido violeta de alizarina N reage imediatamente com o

Co(II), em meio fracamente ácido, na presença de tampão acetato pH 4,8,

formando um complexo vermelho-alaranjado, solúvel em água, que

atinge sua absorvância máxima em 565nm contra um branco do reagente

em presença dos tensoativos Triton-X100 e CTAB. A figura 8.1 mostra o

espectro deste complexo contra seu ensaio em branco, na presença de

1mL de ácido ascórbico 1%.

Espectro do sistema AAVN-Co(II) em presença de ácido ascórbico

-0,45

-0,25

-0,05

0,15

0,35

0,55

350 450 550 650 750

Comprimento de Onda (nm)

Abs

orvâ

ncia

Fig. 8.1 - Espectro do sistema AAVN-Co(II). Co(II)=1,6µg/mL, na presença de ácido ascórbico 2,3x10-3M, AAVN 2,6x10-4M, tampão acetato pH 4,8 0,4M, Triton-X100 0,04% / CTAB 0,004% e de EDTA 5,4x10-3M, contra um branco do reagente.

Alguns testes foram feitos para verificar qual o estado de oxidação

do cobalto, se Co(II) ou Co(III), na reação com o AAVN. Obtivemos

espectros do sistema AAVN-Co na ausência de ácido ascórbico e com o

Co(II) oxidado ao ar na presença de amônia concentrada. Esses espectros

apresentam o mesmo formato do espectro apresentado na figura 8.1,

73

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sugerindo a formação de uma mesma espécie química, com um mesmo

comprimento de onda máximo em 565nm. Embora não haja nenhuma

referência do uso do AAVN na determinação de cobalto, o Co(II) foi

citado como um interferente na determinação de alguns cátions por

polarografia. Em face destas informações, provavelmente a espécie

formada é o complexo AAVN-Co(II), como indicado por Budesínsky e

outros autores (19, 20, 30, 36).

Vale também salientar que este complexo é estável por cerca de 24

horas, mesmo na presença de agentes complexantes, como 1mL de EDTA

1,3x10-2M, para 20µg de Co(II). A figura 8.2 mostra o efeito do tempo

sobre o sinal de absorvância do complexo, para as primeiras 2 horas.

Efeito do tempo sobre a absorvância do complexo AAVN-Co(II)

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0 20 40 60 80 100 120

Tempo (min.)

Abs

orvâ

ncia

Fig. 8.2 - Efeito do tempo sobre a absorvância do AAVN-Co(II). Co(II)=0,8µg/mL, na presença de ácido ascórbico 2,3x10-3M, AAVN 2,6x10-4M, tampão acetato pH 4,8 0,4M, Triton X-100 0,04%/CTAB 0,004% e EDTA 5,4x10-3M, contra um branco do reagente.

74

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8.2.2 - EFEITO DO pH

O efeito da variação do pH sobre a absorvância do complexo

AAVN-Co(II) foi estudado e os resultados demonstraram que o sistema

possui absorvância máxima e constante na faixa de pH de 4,1 a 5,4. Os

testes foram realizados com tampão acetato de sódio/ácido acético 2M,

nas proporções de 1:10 até 10:1. A seguir, na figura 8.3, o gráfico

apresentando os resultados do efeito da variação do pH sobre o sistema

AAVN-Co(II).

Efeito da variação do pH na absorvância do sistema AAVN-Co(II)

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

3,6 4,1 4,6 5,1

pH

Abs

orvâ

ncia

Fig. 8.3 - Efeito da variação do pH sobre a absorvância do sistema AAVN-Co(II). Co(II)=0,8µg/mL, na presença de ácido ascórbico 2,3x10-3M, AAVN 2,6x10-4M, tampão acetato 0,4M (pH 3,6 - 5,4), Triton X-100 0,04% / CTAB 0,004% e EDTA 5,4x10-3M, contra um branco do reagente. Vale salientar que, abaixo de pH 1, ocorre a precipitação do

reagente e a partir do pH 7 ocorre a mudança da forma predominante do

reagente (H2D → HD-1) e sua respectiva mudança de coloração (laranja

→ vermelho). Em face aos resultados obtidos, adotou-se para o

75

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procedimento geral o pH 4,8 usando-se solução tampão ácido acético/

acetato de sódio concentração 2M.

8.2.3 - EFEITO DA CONCENTRAÇÃO DE AAVN

O efeito da variação da concentração do ácido violeta de alizarina

N foi estudado e os resultados obtidos indicam que, para 20µg de Co(II) e

uma solução de AAVN 1,31x10-3M, considerando-se os 60% de pureza

indicado pelo fabricante, a concentração mínima necessária para se obter

uma absorvância máxima e constante é de 3mL. A seguir, a figura 8.4

apresenta o gráfico do comportamento do sistema .

Efeito da concentração de ácido violeta de alizarina N sobre o sistema AAVN-Co(II)

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,0E+00 1,0E-04 2,0E-04 3,0E-04 4,0E-04 5,0E-04 6,0E-04

Concentração de AAVN (mol/L)

Abs

orvâ

ncia

Fig. 8.4 - Efeito da variação da concentração de complexante sobre a absorvância do AAVN-Co(II). Co(II)=0,8µg/mL, na presença de ácido ascórbico 2,3x10-3M, tampão acetato pH 4,8 0,4M, Triton X-100 0,04%/CTAB 0,004% e EDTA 5,4x10-3M, contra um branco do reagente. Como já foi dito anteriormente, embora a pureza do AAVN

comercial seja baixa, ela não interfere nos experimentos para análise de

rotina. Em face aos resultados obtidos, adotou-se 5mL da solução do

ácido violeta de alizarina N 1,31x10-3M, como margem de segurança no

76

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procedimento geral para garantir um excesso do complexante no meio

reacional.

8.2.4 - EFEITO DOS TENSOATIVOS

Na presença de agentes tensoativos, o sistema AAVN-Co(II)

apresentou um comportamento semelhante ao do AAVN-Al(III). Assim,

todas as observações qualitativas e sobre os espectros feitas no item 7.2.4

também são válidas aqui. No sistema AAVN-Co(II), a presença dos

tensoativos aumenta a seletividade do sistema, principalmente frente ao

níquel, como pode ser observado nas figuras 8.5 e 8.6, onde a o sinal do

níquel diminui na presença dos tensoativos.

Espectros dos complexos do AAVN com o Co(II) e o Ni(II), na ausência de tensoativos

-0,1

-0,05

0

0,05

0,1

0,15

0,2

350 450 550 650 750

Comprimento de onda(nm)

Abs

orvâ

ncia Co(II)+Ni(II)

Co(II)Ni(II)

Fig. 8.5 - Espectros dos complexos do AAVN-Co(II), AAVN-Ni(II) e da mistura Co(II) e Ni(II), contra um branco do reagente, na ausência de tensoativos.

77

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Espectros dos complexos do AAVN com o Co(II) e o Ni(II), em presença de tensoativos

-0,1

-0,05

0

0,05

0,1

0,15

0,2

350 450 550 650 750

Comprimento de onda (nm)

Abs

orvâ

ncia Co(II)+Ni(II)

Co(II)Ni(II)

Fig. 8.6 - Espectros dos complexos do AAVN-Co(II), AAVN-Ni(II) e da mistura Co(II) e Ni(II), contra um branco do reagente, na presença de tensoativos.

De maneira semelhante ao sistema AAVN-Al(III), foram realizados

estudos do efeito da variação da concentração de cada tensoativo na

mistura e da concentração da mistura sobre a absorvância do sistema

AAVN-Co(II). Os resultados, para Co(II) 0,4µg/mL, são apresentados nas

tabelas 8.1 e 8.2 e na figura 8.7.

Observa-se, pelas tabelas 8.1 e 8.2, que a variação da concentração

de tensoativos influencia o sinal de absorvância do sistema AAVN-

Co(II), mas não de maneira tão intensa quanto no sistema AAVN-Al(III).

Na tabela 8.1, observa-se que é necessário um excesso de Triton-X100

para evitar o aparecimento da turvação da solução. Como já foi dito

anteriormente, é provável que o Triton-X100 não forme nenhuma nova

espécie com o AAVN e seus quelatos, e apenas auxilie na solubilização

da miscela formada na presença do CTAB.

78

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Tabela 8.1 - Efeito da variação da concentração de Triton-X100, na

presença de CTAB 0,004%, para Co(II) 0,4µg/mL, sobre a absorvância

do sistema AAVN-Co(II)

Concentração de Triton-X100 (%) Absorvância

0,04% 0,135

0,08% 0,139

0,12% 0,141

0,20% 0,138

0,40% 0,145

Tabela 8.2 - Efeito da variação da concentração de CTAB, na presença

de Triton-X100 0,04%, para Co(II) 0,4µg/mL, sobre a absorvância do

sistema AAVN-Co(II)

Concentração de CTAB (%) Absorvância

0,004% 0,133

0,008% 0,137

0,012% 0,139

0,020% 0,143

0,040% 0,141

É importante destacar que, de maneira semelhante ao sistema

AAVN Al(III), na presença de uma concentração mínima de Triton-X100

0,04%, não há formação de precipitados, mesmo aumentando-se a

concentração de CTAB, como pode ser observado na tabela 8.2. Porém,

de maneira preventiva, o Triton-X100 deve ser adicionado primeiro ou

juntamente com o CTAB. Assim, o procedimento adotado para o AAVN-

Al(III) também foi adotado para o AAVN-Co(II),ou seja, usar uma

mistura de CTAB contendo Triton-X100. Para o procedimento geral

79

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adotou-se um excesso de 10 vezes a concentração de Triton-X100 em

relação ao CTAB.

Embora a figura 8.7 mostre que à medida que se aumenta a

concentração da mistura de Triton-X100 1%/CTAB 0,1%, aumenta-se

também o sinal da absorvância do sistema, optou-se pela concentração

mínima de Triton-X100 0,04%/CTAB 0,004% para o procedimento geral

pelos mesmos motivos já apresentados anteriormente, ou seja,

(a) Com esse valor mínimo já se obtém a seletividade desejada,

(b) Altas concentrações de tensoativos dificultam a preparação e aferição

de balões devido a intensa formação de espumas.

Efeito concentrção de tensoativos sobre a absorvância do sistema AAVN-Co(II)

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0 2 4 6 8 1

Volume de Triton X-100 1%/CTAB 0.1% (mL)

Abs

orvâ

ncia

0

Fig. 8.7 - Efeito da variação da concentração da mistura de tensoativos. Co(II)=0,8µg/mL, na presença de ácido ascórbico 2,3x10-3M, AAVN 2,6x10-4M, tampão acetato pH 4,8 0,4M e EDTA 5,4x10-3M, contra um branco do reagente.

80

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8.2.5 - EFEITO DA CONCENTRAÇÃO DE EDTA

Como já foi mostrado anteriormente, o AAVN apresenta uma baixa

seletividade, principalmente frente aos metais alcalinos-terrosos. Para

aumentar a seletividade, adicionou-se como parte integrante do

procedimento experimental o ácido etilenodiaminotetracético (EDTA) de

forma a prevenir a ação destes metais. Pelos resultados apresentados na

figura 8.8, mesmo na presença de altas concentrações de EDTA, não há

uma variação significativa do sinal da absorvância do sistema.

Efeito da concentração de EDTA sobre a absorvância do sistema AAVN-Co(II)

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,0E+00 1,0E-02 2,0E-02 3,0E-02 4,0E-02 5,0E-02 6,0E-02

Concentração de EDTA (mol/L)

Abs

orvâ

ncia

Fig. 8.8 - Efeito da variação da concentração de EDTA sobre a absorvância do sistema AAVN-Co(II). Co(II)=0,8µg/mL, na presença de ácido ascórbico 2,3x10-3M, AAVN 2,6x10-4M, tampão acetato pH 4,8 0,4M e Triton X-100 0,04%/CTAB 0,004%, contra um branco do reagente.

Como o sistema suportou concentrações relativamente elevadas de

EDTA, adotou-se o uso de 1 a 2mL de EDTA 1,3x10-2M para o

procedimento geral, dependendo da concentração e da natureza dos

interferentes presentes nas amostras a serem analisadas.

8.2.6 - EFEITO DA CONCENTRAÇÃO DO TAMPÃO ACETATO

81

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Estudou-se o efeito da variação da concentração de solução tampão

ácido acético/acetato de sódio. Observou-se que a variação da

concentração do tampão acetato influencia muito pouco na absorvância

do sistema. O resultado encontrado é apresentado na figura 8.9. Em face

aos resultados obtidos, adotou-se o valor de 5mL de tampão acetato pH

4,8 para o procedimento geral.

Efeito da concentração de tampão acetato pH 4,8 sobre a absorvância do sistema AAVN-Co(II)

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0 0,2 0,4 0,6 0,8

Concentração de tampão acetato (mol/L)

Abs

orvâ

ncia

Fig. 8.9 - Efeito da variação da concentração de tampão acetato sobre a absorvância do sistema AAVN-Co(II). Co(II)=0,8µg/mL, na presença de ac. ascórbico 2,3x10-3M, AAVN 2,6x10-4M, Triton X-100 0,04%/CTAB 0,004% e EDTA 5,4x10-3M, contra um branco do reagente. 8.2.7 - EFEITO DA CONCENTRAÇÃO DE ÁCIDO ASCÓRBICO

Embora os espectro obtidos experimentalmente demonstrem a

formação de uma única espécie química, mesmo na presença de agentes

redutores ou oxidantes, foi estudado o efeito do ácido ascórbico sobre o

sistema.

A figura 8.10 apresenta o efeito da variação da concentração do

ácido ascórbico sobre a absorvância do sistema. Observa-se que o ácido

ascórbico influencia muito pouco no sinal de absorvância do sistema

82

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AAVN-Co(II). A escolha do ácido ascórbico, que deve ser preparado

diariamente, também é justificada pela sua ação mascarante para alguns

metais, como o ferro, como veremos mais adiante no estudo da

interferência de outros cátions.

Para o procedimento geral adotou-se o uso de 1mL da solução de

ácido ascórbico 5,7x10-2M preparada diariamente, uma vez que o mesmo

se decompõe rapidamente e não pode ser estocado.

Efeito da concentração do redutor sobre a absorvância do sistema AAVN-Co(II)

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,0E+00 5,0E-03 1,0E-02 1,5E-02 2,0E-02 2,5E-02

Concentração de Ácido Ascórbico (mol/L)

Abs

orvâ

ncia

Fig. 8.10 - Efeito da concentração de ácido ascórbico sobre a absorvância do sistema AAVN-Co(II). Co(II)=0,8µg/mL, na presença de AAVN 2,6x10-4M, tampão acetato pH 4,8 0,4M, Triton X-100 0,04%/CTAB 0,004% e EDTA 5,4x10-3M, contra um branco do reagente.

83

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8.2.8 - CARACTERÍSTICAS ANALÍTICAS DO MÉTODO

A obediência à lei de Beer foi verificada, medindo-se a absorvância

do complexo AAVN-Co(II) em 565nm, contra um ensaio em branco do

reagente AAVN, variando-se a concentração do cobalto de 108 a

3456ng/mL. À curva analítica encontrada, representada na figura 8.11,

correspondeu a equação A= 1,92x104CCo(II) (mol/L) - 0,00210,

apresentando um coeficiente de correlação linear R=1,00. Outras

características analíticas se encontram nas tabelas 8.3 e 8.4.

Tabela 8.3 - Características Analíticas do Método Proposto

Absortividade Molar 1,92x104

Coeficiente de Correlação 1,00

Limite de Detecção (3σ) 22 ng.mL-1

Limite de Quantificação (10σ) 49 ng.mL-1

Faixa Linear Dinâmica 49 ng.mL-1 a 3456 ng.mL-1

Número de experimentos 30

Variação instrumental do branco 0,22%

Tabela 8.4 - Reprodutibilidade do AAVN-Co(II) para Co(II) 0,4µg/mL

Média 0,134

Desvio Padrão 0,005

Mínimo 0,122

Máximo 0,142

Número de Experimentos 19

Coeficiente de Variação 3,73%

Intervalo de Confiança (95%) 0,134 + 0,002

84

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Curva Analítica do Sistema AAVN-Co(II) em 565nm

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0 1000 2000 3000 4000

Concentração de Co(II) (ng/mL)

Abs

orvâ

ncia

Fig. 8.11 - Curva analítica do sistema AAVN-Co(II). Co(II)=108 a 3456ng/mL, na presença de ácido ascórbico 2,3x10-3M, AAVN 2,6x10-4M, tampão acetato pH 4,8 0,4M, Triton X-100 0,04%/CTAB 0,004% e EDTA 5,4x10-3M, contra um branco do reagente.

8.2.9 - EFEITO DA ORDEM DE ADIÇÃO

Estudou-se o efeito da adição dos reagentes envolvidos no

procedimento geral. Como o procedimento envolve a adição de 6

soluções, haveria muitas combinações a serem testadas, por isso,

selecionaram-se aquelas consideradas mais importantes. Vale salientar

que entre uma adição e outra, executa-se uma rápida agitação para

misturar as soluções, resultando assim em um pequeno intervalo de tempo

entre as adições.

Pelos resultados obtidos, e registrados na tabela 8.5, observou-se

que a ordem de adição altera o sinal da absorvância do sistema AAVN-

Co(II). Observa-se que não ocorre reação quando o EDTA é adicionado

85

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antes do AAVN ou quando o Co(II) é adicionado num meio onde já

estejam presentes o EDTA e o AAVN.

De maneira semelhante ao sistema AAVN-Al(III), o fato do EDTA

não desfazer imediatamente o complexo AAVN-Co(II), pode ser

explicado como um mascaramento cinético, ou seja, a reação de troca

entre ligantes é muito lenta.

Tabela 8.5 - Efeito da ordem de adição dos reagentes

Ordem de Adição Absorvância

Co + R + T + D + M + RED 0.136

Co + RED + R + T + D + M 0.134

Co + T + R + M + D + RED 0.133

Co + RED +T + R + D + M 0.133

Co + D + R + T + M + RED 0.132

Co + RED + T + D + M + R 0.000

Co + M + R + T + D + RED 0.000

Co + RED + M + R + T + D 0.000

Co + T + D + M + R + RED 0.000

Co + RED + D + M + R + T 0.000

Co + RED + T +M + D + R 0.000

R + T + M + RED + Co + D 0.000

R + T + M +Co + RED + D 0.000

R + T + M + RED +D + Co 0.000

Co-Co(II), R-AAVN, T-Tampão, M-EDTA, RED-Redutor, D-Detergentes

86

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O estudo da ordem de adição foi realizado tomando-se Co(II)

0,8µg/mL, na presença de ácido ascórbico 2,3x10-3M, AAVN 2,6x10-4M,

tampão acetato pH 4,8 0,4M, Triton X-100 0,04%/CTAB 0,004% e

EDTA 5,4x10-3M, contra um branco do reagente.

8.2.10 - EFEITO DE OUTROS ÍONS

Estudou-se o efeito de vários íons, em diversas proporções, para

verificar-se o grau de interferência dos mesmos sobre o sistema AAVN-

Co(II). Assim, tomaram-se 10µg de Co(II), na presença de 1mL de ácido

ascórbico 5,7x10-2M, 5mL de AAVN 1,3x10-3M, 5mL de tampão pH 4,8

2M, 1000µg do ânion, 1mL de EDTA 1,3x10-1M e 1mL de Triton-X100

1%/CTAB 0,1%, levados a 25mL. Entre os ânions testados encontram-se

o citrato, tartarato, tiossulfato, tiocianato, fosfato, pirofosfato, iodeto,

cloreto e fluoreto, todos numa proporção de 100:1. Observou-se que

nenhum dos ânions testados apresentou alterações significativas sobre a

absorvância do sistema AAVN-Co(II). Posteriormente, alguns deles

foram testados como agentes mascarantes de alguns cátions interferentes.

De maneira semelhante ao sistema AAVN-Al(III), o ácido violeta

de alizarina N não é um reagente específico para o cobalto, o que nos

obrigou ao uso de agentes mascarantes para aumentar a seletividade. Para

o estudo da interferência dos cátions tomaram-se 10µg de Co(II), na

presença de 1mL de ác. ascórbico 5,7x10-2M, 5mL de AAVN 1,3x10-3M,

5mL de tampão pH 4,8 2M, 25-1000µg do cátion, 1mL de EDTA 0,13 M

e 1mL de Triton-X100 1%/CTAB 0,1%, em 25mL.

Para 10µg de Co(II), observou-se que o Na(I), K(I), Ni(II), Ca(II),

Cd(II), Zn(II), Mo(VI), W(VI), Sn(IV), Bi(III), Mg(II), Ba(II), Hg(II),

Sr(II) (100:1), o Mn(II) (50:1) e o Cu(II) (20:1) não apresentam

interferência sobre a absorvância do sistema na presença de EDTA

87

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0,13M. Al(III) (100:1), U(VI) (20:1), La(III) (10:1) e Ti(IV) (2,5:1) não

apresentaram interferência significativa sobre a absorvância do sistema na

presença de EDTA 0,13M e NaF 0,24M. O Pb(II) (100:1), na presença de

EDTA 5% e citrato 1%, Fe(II) (5:1) na presença de EDTA 5% e ácido

ascórbico 1% e Fe(II) (10:1) na presença de TTHA 1% e ácido ascórbico

1%, não apresentaram interferência sobre a absorvância do sistema.

Os cátions Cr(III) (100:1), Cu(I) e Sb(III) (50:1), Fe(III) (10:1),

V(IV) e V(V) (5:1) apresentaram interferência sobre a absorvância do

sistema, mesmo na presença de EDTA 5% e dos agentes mascarantes

citrato, tartarato, fluoreto, ácido ascórbico, tiossulfato, oxalato e CDTA,

todos na concentração de 1%.

Vale destacar também a seletividade do Co(II) frente ao Ni(II),

sendo que também foram realizados alguns testes onde 1000µg de Ni(II)

não interferiram no sinal de absorvância para 5µg de Co(II), na presença

de EDTA 5%. Também não se observaram interferências sobre a

absorvância do sistema AAVN-Co(II) por parte de 1000µg de Mo(VI),

1000µg de W(VI) e 1000µg de Sn(IV) sobre 5µg de Co(II) na presença

de EDTA 5%.

8.2.11 - APLICAÇÃO

O procedimento proposto foi testado na determinação de cobalto

em amostras sintéticas, contendo uma mistura de íons. Para a análise foi

construída uma curva analítica, conforme o procedimento descrito no

procedimento geral, e 3 replicatas (n=3) para cada amostra. Em todas as

amostras foram adicionados o ácido ascórbico e o EDTA 1,3x10-1M como

mascarante.

As amostras sintéticas, contendo uma mistura de cátions, tinham a

seguinte composição: Amostra A - 0,8 µg/mL de Co(II), Amostra B -

88

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4µg/mL de Ni(II), 4µg/mL de Cu(II), 4µg/mL de Zn(II) e 4µg/mL de

Cd(II), Amostra C - 0,8 µg/mL de Co(II), 4µg/mL de Ni(II), 4µg/mL de

Cu(II), 4µg/mL de Zn(II) e 4µg/mL de Cd(II). Os resultados encontrados

encontram-se na tabela 8.6.

Tabela 8.6 - Determinação de cobalto em amostras sintéticas

Amostra

(n = 3)

Concentração encontrada

de Co(II) (µg/mL)

Concentração esperada

de Co(II) (µg/mL)

A 0,793 + 0,006 0,800

B 0,015 + 0,006 0,000

C 0,767 + 0,009 0,800

Curva analítica: Abs = 0,352CCo(II) - 0,00210 R = 1,00

89

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9 - CONCLUSÕES

O principal objetivo deste trabalho foi o estudo do ácido violeta de

alizarina N (AAVN) como um reagente espectrofotométrico para a

determinação do cobalto e do alumínio, e o desenvolvimento de

procedimentos analíticos para a determinação de traços dos mesmos. Com

base nos resultados obtidos conclui-se que:

• Apesar da sua pouca seletividade, o ácido violeta de alizarina N

(AAVN) apresentou-se como um reagente espectrofotométrico muito

sensível, e entre as suas virtudes, destacam-se a alta solubilidade do

reagente e seus complexos em solução aquosa, e sua estabilidade em

solução aquosa, quando estocado em recipiente escuro, ao contrário de

regentes similares.

• A baixa pureza do AAVN comercial, muito comum aos reagentes da

família dos o,o’-di-hidroxiarilazo compostos, não representou nenhuma

dificuldade no desenvolvimento de procedimentos

espectrofotométricos com este reagente.

• Os tensoativos apresentam uma grande influência sobre os espectros do

AAVN e seus complexos, melhorando a resolução espectral dos

mesmos e aumentando a sensibilidade e seletividade de alguns

sistemas.

• A determinação de cobalto é possível, operando-se numa faixa de pH

de 4,1 até 5,4, em presença da mistura de tensoativos Triton-

X100/CTAB. O sistema apresenta uma boa seletividade frente a muitos

metais, destacando-se a possibilidade da determinação de cobalto na

presença de grandes concentrações de níquel, usando-se EDTA como

mascarante.

90

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• O AAVN-Co(II), em meio ácido, apresenta-se como um sistema com

alta sensibilidade, comparável com outros métodos existentes, e

superior à sugerida por trabalhos envolvendo técnicas polarográficas,

onde o mesmo sistema foi descartado, pois apresentava ondas pequenas

e mal definidas.

• É possível a determinação de alumínio operando-se numa faixa de pH

de 9,2 até 9,8, na presença da mistura de tensoativos Triton-

X100/CTAB.

• O AAVN-Al(III), em meio básico, apresenta-se como um sistema com

alta sensibilidade, comparável com métodos envolvendo outros o,o’-di-

hidroxiarilazo, como a calmagita e o azul de hidroxinaftol, ou métodos

envolvendo técnicas fluorimétricas para o mesmo sistema AAVN-

Al(III). O sistema apresenta uma sensibilidade superior à obtida com o

mesmo reagente em métodos envolvendo técnicas polarogáficas, onde

o sistema foi muito estudado.

• O sistema AAVN-Al(III), em pH básico, forma-se com uma velocidade

de reação muito maior que as apresentadas em sistemas fluorimétricos

ou polarográficos. A reação é instantânea e a absorvância é estável por

muitas horas, ao contrário de outras técnicas, onde as medidas são

feitas após períodos de 1 a 3 horas.

• Em ambos os sistemas, a ordem de adição dos reagentes é muito

importante e o EDTA, ou outro mascarante, somente deve ser

adicionado após a formação do complexo AAVN-Al(III) ou AAVN-

Co(II).

• Em ambos os sistemas, a variação da concentração de cada tensoativo,

ou de sua mistura, exerce influência sobre o sinal de absorvância do

complexo.

10 - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

91

Page 104: UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA INSTITUTO DE … Dantas.pdf · universidade federal da bahia instituto de quÍmica uso do Ácido violeta de alizarina n (aavn) como reagente espectrofotomÉtrico

(1) - Patton, J. e Reeder, W., Anal. Chem., 1956, Vol. 28, No. 06, 1027.

(2) - Diehl, H. e Lindstron, F., Anal. Chem., 1959, Vol. 31, No. 03, 414.

(3) - Diehl, H. e Lindstron, F., Anal. Chem., 1960, Vol. 32, No. 09, 1123.

(4) - Schwarzenbach, G. e Biedermann, W., Helv. Chim. Acta, 1948,

Vol. 31, No. 03, 678.

(1) - Young, A. e Sweet, T.R., Anal. Chem., 1955, Vol. 27, No. 03, 418.

(2) - Diehl, H. e Ellingboe, J., Anal. Chem., 1960, Vol. 32, No. 09, 1121.

(3) - Itoh, A. e Ueno, K., Analyst, 1970, Vol. 95, 583.

(4) - Harvey, A.E., Komarmy, J.M. e Wyatt, G.M., Anal. Chem., 1953,

Vol. 25, No. 03, 498.

(1) - Menon, V.P. e Das, M.S., Analyst, 1958,Vol. 83, 434.

(2) - Lott, P.F., Cheng, K.L. e Kwan, B.C.H., Anal. Chem., 1960,

Vol. 32, No. 12, 1703

(1) - Korkisch, J., Talanta., 1961, Vol. 08, 583.

(2) - Curcio, P.J. e Lott, P.F., Anal. Chim. Acta., 1962, No. 26, 487.

(3) - Ingman, F. e Ringbom, A., Microchem. J., 1966, No. 10, 545.

(4) - Brittain, H. G., Anal. Chem., 1977, Vol. 49, No. 03, 969.

(5) - Brittain, H. G., Anal. Lett., 1978, No. 04, 355.

(6) - Gama, R.S., Andrade, M.G.M. e Costa, A.C.S., Química Nova,

1991, Vol. 14, No. 04, 90.

(17) - Ferreira, S.L.C., Santos, B.F., de Andrade, J.B. e Costa, A.C.S.,

Mikrochim. Acta, 1996, No. 122, 109.

(18) - Radley, J.A., Analyst, 1943, No. 68, 369, Chem. Abs., 1944, 38,

No.930-9.

(19) - Dean, J.A. e Bryan, H.A., Anal. Chim. Acta., 1957, Vol. 16, 87.

(20) - Budesínsky, B., Coll. Czech. Chem. Comms., 1958, Vol. 23, 895.

(21) - Coates, E. e Rigg, B., Trans. Faraday Soc., 1961, No. 57, 1088.

92

Page 105: UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA INSTITUTO DE … Dantas.pdf · universidade federal da bahia instituto de quÍmica uso do Ácido violeta de alizarina n (aavn) como reagente espectrofotomÉtrico

(22) - Coates, E. e Rigg, B., Trans. Faraday Soc., 1962, No. 58, 2058.

(23) - Khalifa, H. e Bishara, S.W., Z. Anal. Chem., 1960, No. 178, 184,

Anal. Abs., 1961, Vol.08, 07, No. 2737.

(1) - Korkish, J. e Osman, M., Z. Anal. Chem., 1959, No. 171, 107,

Anal. Abs., 1960, Vol.07, No. 2673.

(2) - Korkish, J. e Osman, M., Z. Anal. Chem., 1959, No. 171, 349,

Anal. Abs., 1960, Vol.07, No. 3224.

(3) - Khalifa, H. e Bishara, S.W., Z. Anal. Chem., 1961, No. 179, 345.

(4) - Pleniceanu, M. e Burnea, L., Revue roum. Chim., 1974, No. 19,

501, Anal. Abs., 1974, Vol. 27, No. 2543.

(1) - Pleniceanu, M. e Burnea, L., Revue roum. Chim., 1975, No. 20,

267, Anal. Abs., 1975, Vol. 28, No. 4B179.

(2) - Willard, H.H. e Dean, J.A., Anal. Chem., 1960, Vol. 22, No. 10,

1264.

(3) - Dean, J.A. e Bryan, H.A., Anal. Chim. Acta., 1957, Vol. 16, 94.

(4) - Perkins, M. e Reynolds, G.F., Anal. Chim. Acta., 1958, Vol. 18,

616.

(5) - Perkins, M. e Reynolds, G.F., Anal. Chim. Acta., 1958, Vol. 18,

625.

(6) - Perkins, M. e Reynolds, G.F., Anal. Chim. Acta., 1958, Vol. 19, 54.

(7) - Perkins, M. e Reynolds, G.F., Anal. Chim. Acta., 1958, Vol. 19,

194.

(1) - Latimer, G.W., Talanta, 1968, Vol. 15, 01.

(2) - Rooney, R.C. e McIver, P.J., Analyst, 1962, Vol. 87, 895.

(3) - Patzak, R. e Zaki, M.R., Mikrochim. Acta, 1959, 274.

(38) - Weissler, A. e White, C.E., Ind. Eng. Chem., Anal. Ed., 1946,

Vol. 18, No. 09, 530.

(39) - Bognar, J. e Szabo, M.P., Mikrochim. Acta, 1969, 221, Anal. Abs.,

93

Page 106: UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA INSTITUTO DE … Dantas.pdf · universidade federal da bahia instituto de quÍmica uso do Ácido violeta de alizarina n (aavn) como reagente espectrofotomÉtrico

1970, Vol. 18, No. 2281.

(40) - Flaten, T.P e Odegard, M., Fd Chem. Toxic., 1988, Vol. 26,

No. 11/12, 959.

(41) - Abreo, K., Sella, M. e Brown, S.T., J. Environ. Health, 1990,

Vol. 52, No. 05, 289.

(42) - Garcia, S.C., Gioda, A. e do Nascimento, D.B., Química Nova,

1996, Vol. 20, No. 04, 407.

(43) - Schwarzenbach, G. e Biedermann, W., Helv. Chim. Acta, 1948,

Vol. 31, No.02, 459.

(44) - Wänninen, E. e Ringbom, A., Anal. Chim. Acta., 1955, Vol. 12,

308.

(45) - Cimerman, Ch., Alon, A. e Mashall, J., Talanta, 1958, Vol. 01,

314.

(46) - Pribil, R. e Veselý, V., Talanta, 1962, Vol. 09, 23.

(47) - Snell, F.D., Photometric and Fluorimetric Methods Analysis,

Nova Iorque, Ed. Wiley, 1978, Parte 1, 585.

(48) - Marczenko, Z., Spectrophotometric Determination of Elements,

Inglaterra, Ed. Horwood, 1976, 110.

(49) - Ueno, K., Imamura, T. e Cheng, K.L., Handbook of Organic

Analytical Reagents, Florida, Ed. CRC Press, 1992, 2a. Edição.

(50) - Florence, T.M., Anal. Chem., 1965, Vol. 37, No. 06, 704.

(51) - Woodward, C. e Freiser, H., Talanta, 1968, Vol. 15, 321.

(52) - Ferreira, S.L.C., Dantas, A.F., Leite, N.O., Costa, A.C.S. e de

Andrade, J.B., Talanta, 1994, Vol. 41, No.10, 1631.

(53) - Ishibashi, N. e Kina, K., Anal. Letters, 1972, Vol. 5, No. 9, 637.

(54) - Suzuki, Y., Imai, S. e Kamiki, T., Analyst, 1989, Vol. 114, 839.

(55) - Raggi, M.A., Varani, G., Cavrini, V., Lacché, D. e Nobile, L., Anal.

Letters, Vol. 19, No. 13/14, 1435.

94

Page 107: UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA INSTITUTO DE … Dantas.pdf · universidade federal da bahia instituto de quÍmica uso do Ácido violeta de alizarina n (aavn) como reagente espectrofotomÉtrico

(56) - Hernández, F.H., Escriche, J.M. e Prats, J.V.M., Analusis, 1986,

Vol. 14, No. 04, 181.

(57) - Gardiner, P.E., Ottaway, J.M., Fell, G.S. e Halls, Anal. Chim. Acta.,

1981, Vol. 128, 57.

(57) - King, S.W., Wills, M.R. e Savory, J., Anal. Chim. Acta., 1981,

Vol. 128, 221.

(58) - Schwarzenbach, G. e Flaschka, H., Complexometric Titrations,

Inglaterra, Ed. Methuen, 1969, 242.

(59) - Harris, W.F. e Sweet, T.M., Anal. Chem., 1954, Vol. 26, No. 10,

1648.

(60) - Harris, W.F. e Sweet, T.M., Anal. Chem., 1954, Vol. 26, No. 10,

1649.

(61) - Snell, F.D., Photometric and Fluorimetric Methods Analysis,

Nova Iorque, Ed. Wiley, 1978, Parte 1, 931.

(62) - Marczenko, Z., Spectrophotometric Determination of Elements,

Inglaterra, Ed. Horwood, 1976, 224.

(63) - Amin, A.A.M., El Raheem, A.A.A. e Ozman, F.A., Z. Anal. Chem.,

1959, No 167, 8, Anal. Abs, 1960, Vol. 07, No. 149.

(64) - Rogers, D.W., Anal. Chem., 1962, Vol. 34, No. 12, 1657.

(65) - Bianchi e Gerlo, C.E., Afinidad, 1978, No. 35, 30.

(66) - Bhatnagar, R., Bishnoi, I.R. e Purohit, D.N., Reviews in Analyical

Chemistry, 1991, Vol 10, No. 01

(1) - Ferreira, S.L.C. e de Jesus, D.S., J. Braz. Chem. Soc., 1996,

Vol. 07, No. 02, 109

(2) - Maksimova, I.M. e Morosanova, E.I., J. Analyt. Chem., 1994,

Vol. 49, No. 06, 543.

(69) - Maksimova, I.M., Morosanova, E.I., Kukhto, A.A., Kuz’min, N.M.

e Zolotov, Y.A., J. Analyt. Chem., 1994, Vol. 49, No. 07, 628.

95

Page 108: UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA INSTITUTO DE … Dantas.pdf · universidade federal da bahia instituto de quÍmica uso do Ácido violeta de alizarina n (aavn) como reagente espectrofotomÉtrico

(70) - Nakashima, T., Yoshimura, K. e Waki, H., Talanta, 1990, Vol. 07,

No. 07, 735.

(71) - Liu, X. e Fang, Z., Anal. Chim. Acta, 1995, No. 316, 329.

(72) - Oxspring, D.A., Maxwell, T.J. e Smyth, W.F., Anal. Chim. Acta,

1996, No. 323, 97.

(73) - Cotton, F.A. e Wilkinson, G., Basic Inorganic Chemistry, Nova

Iorque, Ed. Wiley, 1976

(74) - Kolthoff, I.M. e Elving, P.J., Tretise on Analytical Chemistry,

Nova Iorque, Ed. Interscience Publishers, 1962, Parte 02, Vol. 04.

(75) - Kirk, R.E. e Othmer, D.F., Encyclopedia of Chemical Technology,

Nova Iorque, Ed. Wiley, 1979, 3a Edição, Vol. 02, 129.

(76) - Kirk, R.E. e Othmer, D.F., Encyclopedia of Chemical Technology,

Nova Iorque, Ed. Wiley, 1979, 3a Edição, Vol. 06, 481.

(77) - Martí, R.E., Conde, F.L., Jimeno, S.A. e Méndez, J.H., Quimica

Analitica Cualitativa, Madrid, Ed. Paraninfo, 1985, 12a Edição.

(78) - Russel, J.B., Química Geral, São Paulo, Ed. McGraw-Hill, 1981.

96