Técnicas de coleta e manuseio de materiais

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técnicas de coleta e manuseio de materiais
analise quimica
A análise química serve para identificar os
elementos (substâncias), além de determinar a
dosagem de cada elemento presente no
material estudado, determina-se também a
fórmula química.
a fórmula química é utilizada em laboratórios e
indústrias, determinando várias coisas (grau de
pureza de reagentes, concentração das
soluções, impurezas presentes na água etc)
para realização de análise química é
necessário:
a) definição de problema
b) escolha do método (pesquisa
bibliográfica)
c) amostragem (redução do volume
estudado)
d) pré tratamento da amostra (remoção dos
interferentes)
e) calibração e mediação
f) avaliação estatística dos resultados
g) ação (o que fazer com o resultado)
alguns fatores afetam a escolha do método:
● o tipo de análise que se quer fazer
(elementar ou molecular; rotineira ou
episódica; etc)
● problemas da natureza do material
estudado (radioatividade, corrosão, etc)
● presença de interferentes
● faixa de concentração
● a exatidão necessária
● disponibilidade de equipamento
● tempo necessario
● custo
escolhendo-se o método apropriado para uma
determinação, faz-se a análise em duplicata ou
em triplicata. deve-se fazer uma avaliação para
ver o melhor resultado e estabelecer os
prováveis limites de erro. os métodos
estatísticos servem para demonstrar o grau de
confiança dos resultados obtidos.
volumetria
a análise volumétrica (titulometria) determina o
volume de uma solução (de concentração
conhecida) necessário para reagir com outra
solução (de concentração a se determinar).
classificação:
acidimetria: determinação da quantidade de
um ácido com o emprego de uma solução
titulada de uma base
alcalimetria: determina-se a quantidade de
uma base (álcali)
tanto a acidimetria quanto a alcalimetria são
casos da volumetria de neutralização
volumetria de precipitação: quando as duas
soluções geram precipitado (geralmente ocorre
entre dois sais com a formação de um sal
insolúvel)
de oxi-redução: determina-se a quantidade de
um oxidante com o emprego de uma solução
titulada de um redutor ou vice-versa
soluções químicas
solução são dispersões em que o tamanho da
molécula é menor que um nanômetro (10
angstrons). pode ainda ser caracterizada por
formar um sistema homogêneo (a olho nu/
microscópio).
as soluções são compostas por moléculas ou
íons comuns, podem envolver sólidos, líquidos
ou gases como dispersantes (maior
quantidade) e como dispersos (solutos). pode
se apresentar nos três estados da matéria.
soluções gasosas são formadas apenas por
solutos e solventes gasosos
uma solução é sempre composta por duas
coisas: solvente (que dissolve) e soluto (que é
dissolvido).
classificações
as soluções podem ser classificadas de
diversas maneiras
➔ estado da matéria
➔ condução de corrente elétrica
◆ soluções eletrolíticas (compostas
por íons)
◆ soluções não eletrolíticas (apenas
por moléculas)
➔ quantidades proporcionais de soluto e
solvente
➔ soluções saturadas, insaturadas e
supersaturadas
o coeficiente de solubilidade é definido como a
máxima quantidade de soluto que se é possível
dissolver de uma quantidade fixa de solvente.
a saturação indica a capacidade em suportar
quantidades crescentes de solutos,
mantendo-se homogêneas.
uma solução é dada como insaturada/ não
saturada se ainda tem capacidade de dissolver
soluto (ainda sem precipitação). a solução
saturada é a que chegou a sua capacidade
máxima (qualquer adição gerará precipitação).
já a solução supersaturada é aquela que tem
precipitação.
concentração
em uma solução expressa a quantidade de
soluto (gramas) contida em um litro de solvente
(Concentração=massa/Volume). a
determinação também pode ocorrer com base
em sua molaridade (Concentração =
Molaridade.Massa Molar)
molaridade: concentração molar de uma
solução. representada pela letra M é calculada
por M= n/V, com a unidade em mol/L.
número de mols: representado pela letra n,
expressa pela unidade mols. refere-se ao
número escrito na frente da fórmula química,
esse número representa quantas vezes se
utiliza a massa molar (MM) de um elemento ou
fórmula química.
massa molar: somatória da massa expressa na
tabela periódica, definida pra cada elemento. a
fórmula utilizada para calcular o número de
mols de um elemento é n= m/MM (onde m é a
massa em gramas disponível do elemento)
número de avogadro: representa quantas
moleculas ou atomos de um elemento estão
contidos em 1 mol do mesmo.
normalidade: o cálculo leva em consideração
os íons formados durante a diluição do soluto
no solvente. representada pela letra N através
da expressão
N= massa/Equivalentegrama.Volume(litros)
equivalente grama (Eq): o cálculo considera
qual o composto utilizado e sua dissociação. é
calculado pela expressão Eq=e/MM.
tratando-se de ácidos ou bases, e (equivalente)
é o número de hidrogênios ou hidroxilas
ionizáveis.
quando se tratar de sais ou óxidos, será o
numero total de cargas positivas ou negativas.
molaridade x normalidade: o cálculo da
normalidade pode ser realizado partindo de
sua molaridade, na expressão N=M.k (k=Eq)
densidade: é a relação entre massa (gramas) e
o volume (L/ml) de uma substância. o cálculo
ocorre por D= m/V. quando o volume for em
litros - g/L de unidade, mas quando for feito em
ml - g/ml ou g/cm³.
gravimetria: utiliza-se uma série de operações
para determinar a quantidade de um
constituinte de uma amostra (pesagem direta
do elemento puro/ derivado). isso ocorre num
método de extensa aplicação na determinação
de macro constituintes de uma amostra.
solubilidade nos gases: quando se aumenta a
pressão, a solubilidade aumenta (lei de Henry).
mas se aumenta a temperatura a solubilidade
diminui.
expressões de concentração: a quantidade de
soluto dissolvida em uma quantidade de
solvente resulta na concentração da solução, a
concentração é tão maior quanto mais soluto
estiver dissolvido na mesma quantidade de
solvente.
quando duas soluções têm a mesma
concentração são chamadas de isotônicas, já
quando a concentração é diferente, a mais
concentrada é chamada de hipertônica
(hiperosmótica) e a menos concentrada é
chamada hipotônica (hiposmótica).
metodo instrumental
também conhecido como físico-químico, se
baseia na comparação de propriedades das
amostras. existe uma grande variedade de
métodos instrumentais disponíveis e a escolha
depende das necessidades do laboratório
(recursos disponíveis, pessoal especializado,
substância a serem analisadas, etc). alguns
fatores devem ser levados em consideração;
seletividade, capacidade de determinação,
sensibilidade, limite de detecção, velocidade,
amostrador automático, facilidade de
calibração, quantidade de amostras, etc.
calibração de métodos instrumentais
todos os métodos analíticos requerem
calibração(com exceção de três). os três tipos
de calibração incluem a preparação e o uso de
uma curva de calibração, o método de adição
de padrão e o método de padrão interno.
curvas de calibração: vários padrões que
contêm concentrações do analito são
introduzidos no instrumento. normalmente a
resposta é corrigida para o valor obtido com o
branco no instrumento. o branco contém todos
os componentes da amostra original (exceto o
analito). os dados são colocados em um gráfico
com a resposta corrigida versus a
concentração.
gráficos lineares são os mais comuns (e os
almejados) pois estão menos sujeitos a erros.
os gráficos não lineares necessitam de um
grande número de dados de calibração para
ter a resposta exata da concentração.
método de adição padrão: é particularmente
útil na análise de amostras mais complexas.a
forma mais comum de se utilizar esse método é
adicionar um ou mais incrementos de uma
solução padrão a alíquota da amostra (mesmo
volume) - spiking.
as medidas são realizadas com a amostra
original, depois a amostra + padrão, após cada
adição. na maioria das vezes a matriz da
amostra não se altera após as adições, com a
única diferença sendo a concentração de
analito.
método de padrão interno: uma substância é
adicionada em quantidade constante em
todas as amostras, brancose padrões de
calibração em uma análise. pode ser um
componente principal das amostras e padrões
presente em uma quantidade suficiente de
modo que possa ser considerada constante
para todos os casos. a calibração deve então
colocar em um gráfico a razão entre o sinal do
analito e o padrão interno.
uma grande dificuldade é encontrar uma
substância adequada para servir como padrão
interno. o mesmo deve estar ausente da matriz
da amostra de forma que a única quantidade
seja a adicionada.
seleção de um metodo analitico: a escolha de
um método apropriado requer:
➔ que exatidão/precisão é necessária?
➔ quanto de amostra há disponível?
➔ qual o intervalo de concentração do
analito?
➔ quais componentes da amostra podem
causar interferência?
➔ quais as propriedades físico/químicas
da matriz?
➔ quantas amostras serão analisadas?
➔ quais são os recursos disponíveis?
obs: exceto a gravimetria e coulometria, toda
análise requer a realização da calibração.
escolha do método:
➔ eficiente, simples e rápido
➔ não implicar danos aos materiais
➔ não passível a erros sistemáticos
➔ ter boa seletividade
➔ ter mínima manipulação
➔ resultados obtidos com máxima
segurança operacional
introdução aos métodos instrumentais de
análise
classificação:
➔ métodos qualitativos; de identificação ou
caracterização
➔ espectrometria no infravermelho
➔ ressonancia magnetica nuclear
➔ massa
➔ raio x
➔ ressonância spin eletrônico
➔ métodos quantitativos
espectro analíticos: baseados em absorção e
emissão da radiação UV-visível.
➔ espectrometria de absorção molecular
➔ espectrometria de emissão atômica
➔ espectrometria de emissão de
fluorescência atômica e molecular
➔ espectrografia de emissão
eletroanalíticos: baseados em medidas de
propriedades elétricas (corrente, tensão e
resistência)
➔ potenciometria
➔ coulometria
➔ voltametria
➔ conductometria
➔ eletrogravimetria
radioanaliticos: baseados em medidas das
radiotividades emitidas
➔ análise por ativação neutrônica
➔ análise por diluição isotópica
termoanalíticos: baseados em medidas de
calor emitido ou absorvido
➔ termogravimetria
➔ análise térmica diferencial
➔ calorimetría diferencial exploratoria
cromatográficos: baseados na combinação de
um método instrumental de análise de uma
técnica de separação (usa-se colunas
empacotadas ou superfícies porosas)
- cromatografia em camada delgada
- cromatografia liquida
- cromatografia gasosa
espectro eletromagnético: intervalo completo
da radiação eletromagnética, contém as ondas
de rádio, as microondas, infravermelho, luz
visível, raios ultravioleta, raios-x e raios gama.
os tipos de ondas diferem pelo valor da
frequência e a maneira como são produzidas.
sempre que a carga elétrica é acelerada, ela
irradia certo tipo de onda eletromagnética, que
deve variar conforme o valor de aceleração.
espectro visível: ondas eletromagnéticas de
frequências compreendidas entre 4,6 x 1014 Hz
e 6,7 x 1014 Hz constituem as radiações
luminosas, capazes de estimular a visão
humana
espectro ultravioleta: a espectrometria no
ultravioleta visível (UV/VIS) envolve a
espectrofotometria) utilizando a luz na faixa do
visível, do ultravioleta próximo e infravermelho
próximo.
raios-x: constituído pelas ondas
eletromagnéticas de frequências superiores às
radiações ultravioletas.
espectrometria no infravermelho: é um tipo de
espectrometria de absorção, que usa a região
do infravermelho. a radiação infravermelha é
emitida em grande quantidade pelos átomos
de um corpo aquecido, que se encontram em
constante vibração. o calor sentido ao se
aproximar de um metal aquecido é devido aos
raios que são emitidos e absorvidos pelo nosso
corpo (radiação térmica)
as ondas tem frequência de 1011 Hz à 1014 Hz
espectrometría de resonancia magnética
nuclear: explora as propriedades magneticas
de certos nucleus atomicos, determinando
propriedades fisicas ou quimicas de atomos ou
moleculas contidos.
podem prover informações detalhadas sobre a
estrutura, dinâmica, estado de reação e
ambiente químico das moléculas.
espectrometria de massa: um espectrômetro de
massa bombardeia uma molécula da fase de
vapor com feixe de elétrons de alta energia
para produzir íons ou átomos eletricamente
carregados. os íons atravessam o campo
magnético que curva as trajetórias de modo
diferente, dependendo da massa, separando os
íons em espectros de massa.
a massa e a carga dos íons podem ser medidas
por sua posição no espectro.
espectrometria de raio-x: ilumina-se a amostra
com raios-x e coleta-se os fotoelétrons por ela
emitidos em um analisador de elétrons,
dispositivo capaz de resolvê-los em função das
velocidades (energia cinética) e contá-los.
espectrometria de ressonância de spin
eletrônico: detecta espécies contendo elétrons
desemparelhados (paramagnéticas). verifica-se
quando a espécie é um radical livre, uma
molécula orgânica, ou quando possui metais
em transição (complexos inorgânicos ou
metaloproteínas)
espectroanalítica
baseada na quantidade de radiação emitida
ou absorvida por moleculas/especies atomicas
de interesse. na espectroscopia de absorção
mede-se a quantidade de luz absorvida em
função do comprimento de onda da radiação,
sendo possível obter informações tanto
quantitativas quanto qualitativas sobre a
amostra.
inicialmente o analito deve estar em seu estado
fundamental, predominantemente. recebendo
um estímulo de radiação (P0) algumas espécies
sofrem transições eletrônicas para o estado
agitado, retornando para o estado
fundamental, liberam parte dessa energia (P). é
possível determinar a fração de radiação
incidente transmitida por uma solução do
analito (transmitância[t]).
T= 𝑃𝑃0
a partir da transmitância define-se também a
absorbância (A) de uma solução
A= - log T
a lei de lambert-beer permite encontrar A
estabelecendo que a intensidade de um feixe
de luz monocromática, que passa por um
caminho óptico de comprimento (b) diminui
exponencialmente quando a concentração ©
da substância absorvente aumenta
A= ε𝑏𝑐
onde é a absortividade.ε
o espectrofotômetro óptico possui um sistema
óptico que dispersa a radiação
eletromagnética e permite a medida da
quantidade de radiação transmitida em
determinados comprimentos de onda
selecionada da faixa espectral.
antes que a amostra seja analisada é comum
que ela seja previamente preparada, por ter
variáveis que podem influenciar na
absorbância de certos compostos:
➔ natureza do solvente
➔ ph da solução
➔ temperatura
➔ altas concentrações de eletrólito
➔ presença de substâncias interferentes
outra maneira de se determinar a absorbância
de uma solução é construindo uma curva de
calibração.
eletroanalítica
compreende um grupo de metodos analiticos
baseado nas propriedades elétricas de um
analito em solução
potenciometria
medida da diferença de potencial de uma
célula eletroquímica na ausência de corrente. é
utilizado para detectar o ponto final de
titulações específicas
coulometria
medida de quantidade de carga elétrica
requerida para converter uma amostra de um
analítico quantitativamente a um diferente
estado de oxidação. tem como vantagem não
depender de padrões.
voltametria
envolve o registro de curvas corrente-potencial,
feitas durante a eletrólise da espécie em uma
cela eletroquímica constituída de, pelo menos,
dois eletrodos, sendo um deles um
microeletrodo e o outro um eletrodo de
superfície relativamente grande.
o potencial é aplicado entre os dois eletrodos
em forma de varredura. o potencial e a
corrente resultante são registrados
simultaneamente. a curva corrente vs potencial
é chamada de voltamograma.
conductometria
monitora a capacidade da análise de conduzir
uma corrente elétrica. em soluções líquidas a
corrente é conduzida entre os eletrodos pelos
íons dissolvidos, a condutância depende do
número e dos tipos de íons na solução. o
tamanho dos íons determina a velocidade com
que os íons podem se propagar, íons menores
movem-se mais rápido que íons maiores.
eletrogravimetria
baseada na determinação da massa de um
composto a ser analisado, depositado
eletroliticamente sobre um eletrodo (pesado
previamente).radioanalítica
analise por ativação com nêutrons: consiste no
bombardeamento de um dado material
seguido da medida da radioatividade induzida.
a irradiação é feita com nêutrons térmicos e a
radioatividade resultante é medida usando-se
a espectrometria dos raios gama emitido por
cada radioisótopo.
cada isótopo produzido no processo de
ativação possui características de emissão
próprias é possível efetuar determinações
quantitativas da concentração por
comparação com padrões.
AAN é um método de análise não destrutivo
que permite determinar as concentrações de
20 a 40 elementos numa única amostra. para
análise, os elementos são divididos em grupos
dependendo da meia vida de seus produtos da
irradiação com nêutrons:
a) curta: 2min - 15 horas
b) intermediaria: 12 horas - 5 dias
c) longa: maior que 5 dias
diluição isotópica: as propriedades químicas
dos elementos são determinadas pelo número
e arranjo dos elétrons na eletrosfera do átomo,
que são dependentes da carga do núcleo, ou
seja, do número prótons. os isótopos de um
mesmo elemento terão praticamente as
mesmas propriedades químicas.
a tecnica de diluição isotópica baseia-se na
adição de uma quantidade conhecida de um
traçador em uma quantidade conhecida do
elemento desejado.
a importância do método dos traçadores
isotópicos é que eles podem ser identificados
numa mistura normal dos isótopos do
elemento, é utilizado:
a) no isolamento/ purificação e
identificação de intermediários
desconhecidos numa cadeia de reações
b) na obtenção de evidências da síntese e
relações precursor-produto entre
compostos desconhecidos
c) ferramenta analitica no
acompanhamento no curso de uma
reação de compostos conhecidos
procedimentos analiticos da diluição
isotopica
a) dissolução da amostra desconhecida
b) dividir a solução desconhecida em duas
alíquotas
1) adição do traçador em uma das
alíquotas
2) homogeneização da amostra +
traçador
3) extração do elemento desejado
4) medição em espectrômetro de
massa nas soluções
5) cálculo da concentração do
elemento
vantagens: a análise da amostra é absoluta.
se a medida de concentração do traçador for
realizada no mesmo espectrometro de massa, a
discriminação do aparelho pode ser
cancelada, uma vez que pode ser considerada
igual.
a técnica envolve apenas medidas de razões
isotópicas, qualquer espectrômetro de massa
pode ser utilizado.
quanto mais diferente a composição isotópica
do traçador e da amostra, melhor a
acuracidade da análise.
desvantagens: poucos elementos pra cada
procedimento.
muito sensível a problemas de contaminação.
termo analitica
análise térmica é um termo que abrange um
grupo de técnicas nas quais uma propriedade
física ou química de uma substância é
monitorada em função do tempo ou
temperatura, enquanto a temperatura da
amostra é submetida a uma programação
controlada.
esses métodos encontram ampla aplicação
tanto em controle de qualidade quando em
pesquisa de produtos industriais
diferença dos métodos termoanalíticos
cromatografia: processo de separação,
identificação e quantificação onde os
componentes da amostra são arrastados por
uma fase móvel através de um leito de fase
estacionária, onde as espécies são separadas
por interações.
com fins analíticos, utilizado em laboratórios
industriais, todas as técnicas usam uma fase
estacionária e uma móvel, a fase estacionária é
formada de um material que retenha de forma
diferenciada os componentes que se deseja
separar.
é o material que se desloca pela fase
estacionária, arrastando consigo a amostra.
em camada delgada (CCD): separa os analíticos
em solução.
a fase móvel é um solvente e a fase
estacionária é um líquido sobre um suporte
sólido.
líquida em coluna clássica (CCC): separa
analitos em solução (incluindo íons metálicos e
compostos orgânicos)
a fase móvel é um solvente
gasosa (CG): aplicada a compostos orgânicos
voláteis; a fase móvel é um gás; a fase
estacionária é frequentemente um líquido de
alto p.e.