Professora Mirian Maya Sakuno
Introdução a Química Analítica
Química Analítica ou Química Quantitativa
QUÍMICA ANALÍTICA: É a parte da química que estuda
os princípios teóricos e práticos das análises químicas.
Tem como objetivo prático a determinação da
composição química de substâncias puras ou de suas
misturas.
Química Analítica Qualitativa
O que tem ?
Química Analítica Quantitativa
O quanto tem ?
Procedimento analítico
Qualitativo
Objetivo
Envolve a identificação de um
ou mais componentes
de uma amostra
Este procedimento não
Informa a quantidade
dos analitos
Quantitativo
É utilizada para determinar
a quantidade de um
componente na amostra
A presença do analito
deve ser confirmada antes
da análise
Análise
Análise é um processo que fornece informações
químicas ou físicas sobre os constituintes de uma
amostra ou sobre a própria amostra.
Ex: Análise de glicose em uma amostra de sangue
Analito
Analitos são os constituintes de interesse na
amostra.
Ex: Análise de glicose em uma amostra de sangue, o analito
é a glicose.
Matriz
Todos os constituintes da amostra com exceção
dos analitos.
Medida
Determinação experimental de uma propriedade
química ou física do analito.
Técnicas & métodos
Técnica: uma técnica é um princípio químico ou físico que pode ser
usado para analisar uma amostra.
Exemplo: Titulometria de neutralização, espectrofotometria de
absorção molecular, fotometria de chama, etc.
Método: é a aplicação de uma técnica para a determinação de um
analito específico em uma matriz específica.
Exemplo: Determinação do teor de vitamina C em suplementos
vitamínicos por titulometria de oxi-redução.
Procedimento & Protocolo
Procedimento: é um conjunto de diretivas escritas, que detalham
como aplicar um método para uma amostra particular, incluindo
informações sobre amostragem adequada, eliminação de
interferências e validação de resultados.
Exemplo: determinação de vitamina C segundo procedimento
do Instituto Adolfo Lutz
Protocolo: é um conjunto escrito de orientações estritas, que
detalham um procedimento que deve ser seguido para a aceitação
da análise pelo organismo oficial que estabeleceu o protocolo.
Exemplo: Determinação de um medicamento segundo
procedimento da farmacopéia brasileira.
Processo Analítico
Processo Analítico
1. Problematizarão
2.Elaboração de um procedimento
2.1. Amostragem
2.2. Exatidão
2.3. Seleção de métodos
2.4. Análise de resultados e validação
2.5. Conclusão
Processo Analítico
1. Formulando a questão: Traduzir questões gerais em questões específicas
acessíveis para serem respondidas por meio de medidas químicas.
2. Selecionando procedimentos analíticos: Procurar na literatura para
encontrar procedimentos apropriados, ou desenvolver procedimentos
originais.
3. Obter uma amostra bruta representativa do lote.
4. Preparação da amostra: 1)extrair da amostra bruta uma amostra
laboratorial homogênea. 2) Converter a amostra laboratorial em uma forma
apropriada para análise.
5. Análise: medir a concentração do constituinte em análise em várias
alíquotas. A incerteza da medida é tão importante quanto a medida em si.
6. Análise: medir a concentração do constituinte em análise em várias
alíquotas. A incerteza da medida é tão importante quanto a medida em si.
7. Análise dos dados: analisar os resultados obtidos, comparar com outros
dados da literatura. Fazer o estudo estatístico.
8. Conclusão
Amostragem
Amostragem: é o processo de seleção do material representativo
para análise.
Lote
Amostragem
Amostra bruta representativa
Preparo da amostra
Amostra homogênea de
laboratório
Alíquota
Alíquota
Alíquota
Critérios usados na seleção de um
método analítico
Na escolha de um método analítico devemos
considerar os seguintes critérios:
exatidão, precisão, sensibilidade
escala de operação
tempo de análise,
disponibilidade de equipamento
custo.
Exemplo: Quanto de cafeína possui uma barra de
chocolate?
???
cafeína
I. Pesquisa bibliográfica
II. Procedimento analítico
Procedimento Analítico
*Sólido sem
gordura
Extração da cafeína em água
Pesar e anotar a massa
Solvente orgânico
centrifugação
Solução
aquosa
Resíduo
insolúvel
filtração
Agitação
Resíduo
(filtro)
Solução contendo
os constituintes.
centrifugação
Solvente
+ gordura
Sólido sem
gordura*
Análise cromatográfica
Erros experimentais
Toda medida possui uma incerteza, a qual é
chamada de erro experimental.
Conclusões podem ser expressa com um alto ou
baixo grau de confiança, mas nunca com completa
certeza .
O erro experimental é classificado em:
Sistemático
Erro
Aleatório
Erros sistemáticos:
Um erro sistemático, também chamado de erro determinado, aparece de
uma falha no projeto de um experimento ou em uma falha de equipamento.
O erro é reprodutível se conduzir o experimento várias vezes exatamente
da mesma maneira.
A princípio o erro pode ser descoberto e corrigido, embora isso não possa
ser muito fácil.
Por exemplo, uma balança que não está zerada (tarada). Vamos supor que
o ponteiro esteja no 0,5kg, todas as medidas estarão 0,5kg maiores que na
realidade. Podemos então corrigir esse erro fazendo a subtração de 0,5kg de
todas medidas para assim chegar no valor real.
Uma característica-chave do erro sistemático é que ele reprodutível. Com
cuidado e habilidade, pode ser detectado e corrigido.
Erros aleatórios:
Um erro sistemático, também chamado de erro indeterminado e
resulta dos efeitos variáveis descontroladas (e possivelmente
incontroláveis).
Ele está sempre presente, não é corrigido.
Um tipo de erro aleatório está relacionado com à leitura de escala.
Outro tipo de erro indeterminado pode resultar do ruído de um
instrumento elétrico.
A princípio o erro pode ser descoberto e corrigido, embora isso
não possa ser muito fácil.
Exatidão e Precisão
Exatidão: se refere a quão próximo um valor de uma medida está do
valor “verdadeiro” (padrão, valor teórico). Pode ser descrita pelo erro
relativo.
% erro = resultado obtido – resultado esperado x 100
resultado esperado
% erro < 1 % alta exatidão
% erro ≤5% exatidão moderada
% erro > 5% baixa exatidão
Precisão: é uma medida de reprodutibilidade de um resultado. As
medida é considerada precisa quando medimos várias vezes e
obtemos resultados próximos. A precisão pode ser estimada pelo
desvio padrão.
(a) Exato porém sem precisão
(b) Preciso e Exato!
(c) Nem Precisão e nem exatidão;
(d) Preciso mas não exato;
Algarismo Significativos
O número de algarismos significativos é o número de dígitos
necessários para escrever um dado valor em notação científica sem
perda da exatidão.
Ex1: o número 142,7 possui quatro algarismo significativos, porque
pode ser escrito 1,427 x 102.
Ex2: o número 6,302x10-6possui quatro algarismos significativos ,
porque todos os quatro dígitos são necessários.
O algarismo zero é significativo quando :
1. No meio do número (ex: 105, 2.01x102)
Zero
2. No final de um número do lado direito (ex: 230, 5,50x10-6)
Algarismo Significativos
O último (o mais afastado a direita) algarismo significativo numa
quantidade medida terá sempre uma incerteza.
A incerteza mínima deverá ser de ± 1no último dígito.
Há incertezas em qualquer quantidade de medida, mesmo que o
instrumento possua uma leitora digital.
Ex: Quando um medidor de pH indica um pH de 3,51, há incerteza
pelo menos no dígito 1.
Por contraste, alguns número são exatos.
Ex: cálculo de média da altura de 4 pessoas, você irá dividir a soma
das alturas por 4 e não por 4,00.
Incerteza Absoluta e Relativa
Incerteza Absoluta expressa a margem de incerteza associada a
uma medida .
Ex: Se a incerteza de uma bureta é de ± 0,02 mL , isso significa que, quando
a leitura é 13,33mL, o valor verdadeiro pode estar em qualquer lugar da
faixa 13,31 a 13,35.
Incerteza Relativa é a expressão que compara tamanho da incerteza
absoluta com tamanho de suas medidas associadas. A incerteza relativa é
um quociente adimensional.
Incerteza relativa = incerteza basoluta
magnitude da medida
Ex: A incerteza relativa de 12,35± 0,02mL
= 0,02mL = 0,002
12,35mL
ou Incerteza relatica %= 100 x 0,002= 0,2%
Estatística
A estatística nos fornece ferramentas que são capazes de
interpretar resultados com grande probabilidade de correção e de
rejeitar resultados não confiáveis.
Vamos discutir alguns conceitos estatísticos muito usados na
química analítica:
1)Distribuição Gaussiana
2) Média
3) Desvio-padrão
4) Intervalo de confiança
5) Teste Q para descarte de dadosincorretos
Distribuição Gaussiana
Se um experimento é repetido várias vezes, e se os erros são puramente
aleatórios, então os resultados tendem a se agrupar simetricamente
sobre o valor médio.
Quanto mais vezes o experimento for repetido, mais perto os resultados
se aproximam de um curva ideal chamada distribuição gaussiana
Média Aritmética (x)
Soma dos valores medidos dividida por número de medidas (n).
Média =
Exemplo: Suponha que foram feitas
quatro medidas :821, 783, 834 e 855.
Calcule a média aritmética .
Média= (821 + 783+ 834+ 855) = 823
4
Desvio-Padrão (s)
Mede a proximidade dos dados agrupados em torno da média.
Quanto menor o desvio padrão, mais perto os dados estarão
agrupados em torno da média.
Exemplo: Suponha que foram feitas
quatro medidas :821, 783, 834 e 855.
Calcule a média aritmética .
Desvio padrão = 30
Intervalo de confiança
O test t de Student é uma ferramenta estatística para representar
intervalos de confiança.
Ex: O teor de carboidrato de uma glicoproteina está
determinado como 12.6, 11,9 , 13 , 12,7 e 12,5 g
por 100g de proteína. Calcule o intervalo de 90% e
50%. Sabendo que a média= 12,5 e s= 0,4
Para intervalo de 50%:
12,9
12,5 ± 0,1
Para intervalo de 90%:
12,6
12,5
12,4
12,5 ± 0,3
12,1
50% de
chance
de que o
valor
verdadei
ro fique
nesse
intervalo
90% de
chance
de que o
valor
verdadei
ro fique
nesse
intervalo
Teste Q para dados incorretos
O teste ajuda a decidir se descartamos ou não um dado.
a. Colocar os valores obtidos em ordem crescente.
b. Determinar a diferença entre o maior valor e o menor valor da série (faixa)
c. Determinar a diferença entre o menor valor da séries e o resultado mais
próximo (em módulo)
d. Dividir esta diferença (em módulo) pela faixa, obtendo o valor Q.
e. Se Q > Q 90%(tabela 1.4) valor rejeitado
f. Se o menor valor é rejeitado, determinar a faixa para os valores restantes.
g. Repetir o processo até que o menor e o maior valores sejam aceitos.
Teste Q para dados incorretos
a. Colocar os valores obtidos em ordem crescente.
b. Determinar a diferença entre o maior valor e o menor valor da série (faixa)
c. Determinar a diferença entre o menor valor da séries e o resultado mais
próximo (em módulo)
d. Dividir esta diferença (em módulo) pela faixa, obtendo o valor Q.
e. Se Q > Q 90%(tabela 1.4) valor rejeitado
f. Se o menor valor é rejeitado, determinar a faixa para os valores restantes.
g. Repetir o processo até que o menor e o maior valores sejam aceitos.
Fazer o teste Q para o seguintes resultados :
% Cu: 15,42; 15,51; 15,52; 15,53;15,68;15,52;15,56;15,53;
15,54; 15,56.