Resenha - Química Analítica de Processos

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QUÍMICA ANALÍTICA DE PROCESSOS 
 
Apesar de ser uma das áreas que tem apresentado grande crescimento nos 
últimos 20 anos, a Química Analítica de Processos (“Process Analytical Chemistry” – 
PAC) tem ocupado um papel pouco relevante nos programas acadêmicos de 
graduação e pósgraduação. Um centro pioneiro no desenvolvimento da PAC, é o 
“Center for Process Analytical Chemistry” (CPAC), situado na Universidade de 
Washington – Seattle, que produziu aplicações clássicas na área, como a medida de 
octanagem em gasolinas utilizando espectroscopia no infravermelho próximo. 
Inicialmente, Kowalski e colaboradores propuseram que a PAC deveria ser 
considerada como uma subdisciplina da Química Analítica. No entanto, a tendência 
atual é considerar a PAC como um ramo da Tecnologia Analítica de Processos 
(“Process Analytical Technology” – PAT), uma área mais ampla que envolve tanto 
determinações químicas como físicas (análises reológicas, de superfícies, etc), além 
de conceitos específicos, como instrumentação, amostragem, transporte de amostra, 
comunicação com controladores, administração de projetos, quimiometria e 
engenharia de fluxo. Existe uma grande diferença entre a PAC e a Química Analítica 
Instrumental ministrada nos programas de graduação. Embora a instrumentação 
seja essencialmente a mesma, na análise tradicional ou acadêmica a precisão é 
frequentemente preferida, seguida pelo custo e tempo de medição. Em geral, em 
processos industriais, o tempo é o parâmetro mais importante, seguido pelo custo e 
precisão. Em análises de laboratório, as amostras são processadas sob condições 
estritamente controladas e podem ser pré-tratadas para aumentar a seletividade e / 
ou sensibilidade. Além disso, os instrumentos não são expostos a meios corrosivos 
ou amostras, permitindo o uso de técnicas analíticas convencionais. Muitas 
medições em laboratórios analíticos são usadas apenas para garantia da qualidade 
do produto e não para controle de processo. As medidas de controle de qualidade 
apenas determinam a aceitabilidade ou não de um produto, sem reduzir os custos 
de preparação do produto, uma vez que as informações geralmente são coletadas 
após o término do processo. 
Os sensores de processo, aqui definidos como dispositivos analíticos 
realizados em uma linha de processo, devem ser resistentes ao ambiente de uma 
planta química, às mudanças bruscas de temperatura e umidade, além de poderem 
amostrar e analisar materiais em condições extremas. Amostragem, manuseio de 
amostra, medição, coleta de dados e processamento devem ser automatizados. O 
objetivo da análise de processos é eliminar ou minimizar as causas de variação na 
linha de produção, aumentando a qualidade, produtividade e competitividade do 
produto. Embora tenha sido sugerido que o ganho financeiro com a implementação 
de sensores automatizados em processos é devido a uma redução nas medições de 
laboratório e, portanto, uma redução no pessoal do laboratório, este fator é 
responsável por uma pequena fração do lucro obtido a médio ou longo prazo. 
A lucratividade na implantação de sensores em linha se deve ao aumento da 
otimização e controle, portanto, um laboratório analítico é sempre necessário para 
realizar medições, calibração e manutenção de rotina. Período em que os sensores 
são alocados durante o processo. O objetivo do PAT é fornecer informações 
quantitativas e qualitativas sobre processos químicos, físicos e biológicos. Essas 
informações podem ser utilizadas não só para monitorar e controlar o processo, mas 
também para otimizar a eficiência do processo em termos de energia, tempo e uso 
de materiais, contribuindo para a sustentabilidade e reduzindo o impacto ambiental. 
No controle de processos, são necessárias medidas que sejam rápidas o suficiente 
para permitir que o sistema central se contraia, na chamada malha de controle, em 
caso de perturbação ou alteração do "setpoint" ou valor desejado. Quando o sistema 
de análise é rápido o suficiente para permitir que o controlador reajuste as variáveis 
do processo às condições normais, chamamos essas medições de análise em 
tempo real, embora haja uma diferença de tempo significativa entre a medição e o 
processamento do controlador. Embora a taxa de resposta do analisador seja um 
parâmetro importante, a velocidade operacional do controlador determina o quão 
robusto um processo é para distúrbios. Para um analisador se qualificar como 
"tempo real", o tempo obtido de duas ou mais medições (para estimar a variância 
das medições do analisador) e do seu processamento pelo analisador. O sistema 
central não deve exceder o tempo de permanência ("tempo de permanência"). 
O desenvolvimento de sensores analíticos para análise em processos 
industriais pode ser visto como uma área de pesquisa promissora na academia. No 
entanto, poucos estudos levaram em consideração o fator tempo de análise em seu 
desenvolvimento. Como resultado, apenas uma pequena fração dos muitos sistemas 
analíticos oferecidos são realmente úteis para monitoramento e controle de 
processos, além de demorar muito para serem realmente implementados no 
processo industrial. Hassel e Bowman discutem os pontos interessantes da 
implementação de sistemas analíticos em processos industriais. Com a abordagem 
espectroscópica, os autores descrevem em detalhes as realidades da escolha de um 
sistema analítico, levando em consideração aspectos como tempo, precisão, 
exatidão e o tipo de informação necessária para o analisador. 
Neste artigo, os principais usos de sistemas analisadores em processos 
industriais são: Controle de Processos: o analisador é geralmente utilizado como um 
indicador de tendência, mais preciso, porém menos exato, que outros sensores. 
Velocidade é o fator principal de escolha, empregandose analisadores em tempo 
real. Controle de Qualidade: a análise é utilizada como um parâmetro de qualidade 
absoluto (exato), em uma faixa de concentração específica, podendo apresentar 
menor precisão. Métodos certificados são empregados, proporcionando resultados 
exatos mas com maior tempo de análise. 
Planta Piloto: os sensores empregados em pesquisa e desenvolvimento de 
processos devem ser flexíveis na determinação de diversos analitos e não para 
análises específicas, mostrandose sensíveis para diversas aplicações. 
Monitoramento de segurança e meio ambiente: regulados por regulamentação, 
essas análises permitem monitorar a presença de compostos nocivos, 
principalmente relacionados a sensores de vapor e fumaça, que exigem um alto grau 
de exatidão, precisão, exatidão e alta confiabilidade. Dependendo do sistema de 
medição, os analisadores de processo podem ser classificados em 5 categorias: 
“offline”, “inline”, “online”, “online” e “não invasivo”, que podem ser distribuídos para 
determinados pontos de interesse estratégico. 'Um progresso. 
“Offline” e “Inline”: Esses analisadores utilizam amostragem manual por meio 
da válvula de amostragem e o transportam para um laboratório central. No modo 
"offline", as amostras são analisadas usando ferramentas sofisticadas e geralmente 
são automatizadas. As vantagens do sistema “offline” incluem a maior utilização dos 
equipamentos, a disponibilidade de um técnico profissional como consultor e a 
facilidade de desenvolvimento e manutenção dos métodos. As desvantagens do 
sistema “offline” incluem o atraso entre o envio do formulário e a comunicação dos 
resultados, o que resultou no método “inline”. Nestes sistemas, um instrumento está 
localizado próximo aos pontos de amostragem. As vantagens incluem maior rapidez 
na obtenção dos resultados, controle no condicionamento da amostra (apesar de 
amostragem manual) e emprego de instrumentos simples, com baixo custo, 
manutenção simples e facilidade de uso. Devido ao consumo de tempo, estes 
analisadores dificilmente são empregados no controle e monitoramento de 
processos, sendo utilizados para medidasde especificação técnica da matériaprima 
e controle de qualidade do produto final. “Online”: é a partir deste sistema que a 
Química Analítica de Processos começa a se separar da Química Analítica 
Instrumental ministrada no meio acadêmico. Neste tipo de analisador, um sistema 
automatizado é empregado para extrair parte da amostra através de um duto, 
condicionar e medir, coletar os dados e processálos. É possível subdividir esta 
classe em duas categorias: sistemas intermitentes, onde ocorre a transferência de 
uma porção do fluxo do processo para um instrumento analisador (por ex., métodos 
cromatográficos) e sistemas contínuos, em que a amostra passa continuamente 
através de uma cela de medição retornando ou sendo descartada do processo. 
Exemplos dos seguintes sistemas são células de fluxo para medir a 
refletância interna em espectroscopia, também conhecidas como dispositivos 
CIRCLE, um acrônimo para "Cylindrical Inner Reflective Cells for Liquid Evaluation". 
A grande desvantagem desses sistemas é o processo de amostragem, que envolve 
a separação de uma linha analítica do processo. Como em outros procedimentos, a 
amostragem deve ser adequada para que a amostra seja representativa e mantenha 
suas características. 
 
REFERÊNCIAS 
 
TREVISAN, Marcello G.; POPPI, Ronei J. Química analítica de processos. 
Química Nova, v. 29, p. 1065-1071, 2006.