Aspectos gerais sobre
preparo de amostras
Joaquim A. Nóbrega
[email protected]
Técnicas Espectroanalíticas
-
FAAS
GFAAS
ICP OES
ICP-MS
- Aspecto comum: amostras são usualmente
introduzidas como soluções
A sequência analítica: as
principais etapas de uma análise
1. Definição do problema
2. Seleção do método
3. Amostragem: coleta de uma amostra representativa; preparo
4.
5.
6.
7.
8.
da amostra laboratorial; replicatas
Preparo da amostra: obtenção de soluções a partir da amostra
Separação: eliminação de interferências
Execução de medidas (sinal analítico x concentração:
calibração)
Cálculo dos resultados e estimativa de confiabilidade
(validação)
Ação
Preparo de Amostra
- A etapa de preparo da amostra é
geralmente a mais cara e que envolve mais
consumo de tempo e esforço
- O tempo total envolvido na análise pode ser
determinado pelo tempo gasto na etapa de
preparo da amostra (“Amostragem e
preparo de amostra ainda determinam o
tempo total de análise e são etapas
limitantes do processo”.)
Preparo de Amostra
- O melhor preparo de amostra é não ter que
-
prepará-la (Determinação direta de Cd em
urina por ETV-ICP OES)
Procedimentos “Dilua-e-determine”
- Determinação da composição inorgânica de
leite por ICP’s
Diluição com água: resultados inexatos!
Diluição com aminas: OK!
Escolha do Método
- Determinação de Ca em água
- Determinação de Ca em carbonato de cálcio
- Determinação de Ca em vidro
Escolha do Método
- Formas de Hg em urina
- Formas de As em frutos do mar
- Cr(VI) em ligas, cimentos, carros etc.
Cr(VI) – Especiação Redox
US EPA Método 3060A: “…é um procedimento
de digestão alcalina desenvolvido para
extrair compostos solúveis e insolúveis de
solos, lodos e sedimentos. O método foi
desenvolvido para extrair todas formas
solúveis, adsorvidas e precipitadas de
cromo hexavalente e ao mesmo tempo
assegurar que nenhum cromo trivalente é
oxidado e que nenhum cromo hexavalente é
reduzido”.
Cr(VI) – Especiação Redox
-
2,5 g amostra
0,28 mol/L Na2CO3 + 0,5 mol/L NaOH
90 – 95 oC
1h
- Determinação?
Escolha do Método: Parâmetros
-
-
Quais espécies serão determinadas? Quais as
faixas de concentrações dessas espécies?
Qual informação se busca? qualitativa 
semiquantitativa  quantitativa
Qual o grau de exatidão necessário?
Quais são os constituintes da matriz da amostra?
Quais são as propriedades químicas e físicas da
amostra bruta? (homogeneidade)
Quantas amostras serão analisadas? Qual a
quantidade de cada amostra disponível para
análise?
Escolha do Método: Requisitos Gerais
-
Precisão
Exatidão
Seletividade
Sensibilidade
Limite de detecção
Frequência analítica
Esciolha do Método: Requisitos Especiais
-
Microanálise
Controle de produção
Química Forense
Variação temporal
Especiação química (As, Hg, Cr…)
Escolha do Método: Restrições
-
Custo
Espaço laboratorial
Infra-estrutura laboratorial
Tempo disponível
Habilidade do analista
Escolha do Método: Questões
-
-
-
Trata-se da aplicação de um método padrão ou
será necessário desenvolver ou modificar um
método e demonstrar sua eficiência?
Tratando-se da aplicação de um método padrão, o
mesmo se aplica para o tipo de matriz presente na
amostra?
Quais os teores de analitos esperados nas
amostras?
Qual a exatidão e a precisão requeridas para
efetivo uso dos resultados gerados?
Trata-se de uma amostra que implica em toxicidade
para o analista?
A amostra requer algum procedimento especial de
manipulação (e.g. radioativa, sensível ao ar,
higroscópica)?
Escolha do Método: Questões
-
Quantas replicatas são necessárias?
Qual a quantidade de amostra necessária?
Qual a quantidade de amostra disponível?
Qual tipo de frasco deveria ser usado?
As amostras devem ser preservadas?
Qual o custo aceitável para a análise?
Qual a urgência (real) para emissão de
resultados?
Pré-tratamento de Amostra
- Pré-tratamento da amostra inclui todos
-
procedimentos para o preparo da amostra no
laboratório
Pré-tratamento depende do estado original
da amostra
A maioria das técnicas instrumentais de
medida requer uma etapa prévia de digestão
da amostra
Pré-tratamento de Amostra
- As principais razões para o pré-tratamento
de amostra são:
- Homogeneização
- Dissolução de materiais sólidos
- Separação de substâncias interferentes
- Pré-concentração de analitos
-
Ph. Quevauviller, Sci. Tot.
Environ.,176:141,1995.
Pré-tratamento de Amostra
- Operações preliminares de tratamento
geralmente são físicas
- Moagem
- Secagem
- Filtração
- Centrifugação
- Destilação
Preservação de Amostras
- Liofilização (meio aquoso, alimentos, resíduos)
- Irradiação (amostras biológicas) – estabilidade do
-
analito precisa ser estabelecida
Antioxidantes (amostras líquidas) – avalie efeitos de
interferência específicos
Anticoagulantes (sangue e amostras clínicas) –
contaminação
Autoclave (fluidos biológicos e solos) – avalie efeitos
de interferência específicos
Ácidos (água) – evite hidrólise
Preparo de Amostra: Homogeneização
- Homogeneização – visando obter uma
-
amostra representativa
Etapa importante na análise da maioria dos
materiais
Grau de homogeneidade requerido depende
predominante/e do tamanho da subamostra
Identificação de heterogeneidades por
análises paralelas de várias subamostras do
mesmo material
Preparo de Amostra: Homogeneização
- Aspecto crítico: contaminação (amostra pode ser
-
-
mais dura que o material do dispositivo usado para
moagem)
Reações químicas: oxidação Fe(II); perda de água
Materiais moles:
- Moinhos de alta velocidade
- Liofilização  pulverização
Materiais duros:
- Moinhos de bolas
Engelsen & Wibetoe, Fresenius J. Anal. Chem.,366:494,2000.
Temperatura ambiente
Moagem criogênica
Sequência Analítica
-
Amostragem
Moagem / homogeneização (10 min – 2 h)
Amostra representativa
Pesagem (3 - 5 min)
Digestão (30 min to 48 h)
Diluição (3 – 5 min)
Medida (2 – 10 min)
Digestão de Amostra
Dissolução é definida como o simples processo de
dissolver uma substância em um líquido sob
temperatura relativamente baixa
O termo digestão (decomposição) se refere a um
processo mais complexo que geralmente é
conduzido sob maior temperatura e/ou sob maior
pressão com a ajuda de reagentes e dispositivos
especiais.
Digestão de Amostra
Biológica
C2H4 + 12 HNO3 Δ 12 NO2↑ + 8 H2O + 2 CO2↑
Geológica
SiO2 + 4 HF Δ 2 H2O + SiF4↑
Metais
Cu + 2 HCl Δ H2↑ + Cu2+ + 2 Cl-
Digestão de Amostra
“A digestão de amostra desempenha uma
papel central na maioria dos processos
analíticos, mas não é frequentemente
reconhecida como uma etapa importante
em química analítica, com atenção especial
sendo direcionada para a etapa de
determinação.”
H. Matusiewicz, Wet digestion Methods, In: Z. Mester and R.E.
Sturgeon, Eds., Sample Preparation for Trace Element
Analysis. Elsevier, 2003.
Digestão de Amostra
1. Digestão por via úmida
2. Combustão
3. Fusão
Digestão de Amostra
1. Digestão por via úmida
1.1. Sistemas abertos
1.2. Sistemas fechados
2. Combustão
2.1. Sistemas abertos
2.2. Sistemas fechados
2.3. Sistemas dinâmicos
3. Fusão
Digestão de Amostra
1. Digestão por via úmida
1.1. Sistemas abertos
1.2. Sistemas fechados
com aquecimento convencional
com aquecimento assistido por radiação micro-ondas
2. Combustão
2.1. Sistemas abertos
Via seca
Combustão sob baixa temperatura
2.2. Sistemas fechados
Combustão em frasco fechado
com aquecimento convencional
com aquecimento assistido por radiação micro-ondas
2.3. Sistemas dinâmicos
3. Fusão
com aquecimento convencional
com aquecimento assistido por radiação micro-ondas
Preparo de Amostra – Ideal
Segurança
Multi-elementar
Frequência analítica (tempo)
Volume do digerido? Reagentes? Custo?
Resíduos? (Química Verde)
Experiência do analista
Baixa acidez residual
Baixo conteúdo de sólidos dissolvidos
Baixo teor de carbono residual (RCC)
Efeito do Teor de Carbono Residual
sobre Determinações Analíticas
1. ICP-MS Interferência poliatômica: e.g. 52Cr+ (12C40Ar+) e 53Cr+ (13C40Ar+)
2. HGAAS: As e Se (elevado sinal de fundo e supressão de sinal)
3. Polarografia: Supressão de sinal de Cd e Pb
4. Digestão incompleta pode diminuir a liberação do analito da matriz
A etapa de pré-tratamento pode
afetar…
- A exatidão e confiabilidade do resultado.
- A quantidade total de tempo e esforço
envolvidos na execução da análise. Muitos
métodos instrumentais de análise requerem
pré-tratamento de amostra mais simples que
os métodos clássicos.
Avaliação de um procedimento de digestão
- Perda de analitos (As, Hg, S, Se, I)
- Contaminação (adsorção, dessorção)
- Eficiência de digestão (teor de carbono residual –
-
RCC)
Tempo
Energia necessária
Trabalho requerido
Frequência analítica
Automação
Preparo de Amostra – Desafios Críticos
- Frequência analítica
- Procedimentos gerais
- Reagentes: propriedades, compatibilidade com
-
técnica instrumental, pureza, segurança e custo
Análise de Traços
- 1 ppb = 1 µg / L  1 s em 31,7 anos
Análise de especiação
- Castanha do Pará
- Elevados teores de Se
- Elevados teores de Ba
- Formas químicas?