Unidade 1 - Química Analítica Instrumental

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Química Analítica instrumental. 
 
1. Introdução 
 
A Química Analítica instrumental compreende o conjunto de técnicas e 
métodos que visam caracterizar a natureza e determinar a composição de 
amostras de diferentes origens, em termos de elementos, espécies ou 
agrupamentos de átomos ou moléculas. 
 
As técnicas analíticas instrumentais têm-se destacado muito devido o avanços 
tecnológicos, tanto na montagem de sistemas analíticos mais robustos e de 
menor tamanho, quanto no desenvolvimento de softwares de operação e 
tratamento de dados e tudo isso otimizando o tempo de análise e de 
interpretação dos resultados obtidos, devido à necessidade de determinar 
concentrações extremamente baixas de diferentes espécies químicas, com 
rapidez, a análise química encontra-se dependente da disponibilidade de 
equipamentos modernos o que, em muitos casos, permite a automação das 
análises. Entretanto, não se deve esquecer que, na maioria dos casos, uma 
titulação ou um simples ensaio qualitativo por via úmida pode fornecer a 
informação procurada, e que os métodos volumétricos e gravimétricos 
tradicionais continuam sendo de extrema importância nos laboratórios 
acadêmicos, na pesquisa e industrial. 
 
À medida que o tempo passa o mercado interno ou externo das empresas 
tornam-se mais exigentes no que se refere à qualidade dos produtos e à 
própria análise química. 
 
Atualmente, os profissionais de varias áreas contam com vários equipamentos, 
a maioria controlada por computadores com softwares que fornecem curvas, 
resultados rápidos e variados das mais importantes análises químicas. 
 
Aliado a isso, para que a determinação ou a quantificação de componentes de 
uma amostra material forneça um resultado analítico preciso e confiável, é 
necessária uma calibração correta dos equipamentos, um espaço físico 
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conveniente, equipamentos funcionais e, principalmente a formação e 
treinamento adequado do profissional. Sendo assim podemos dizer que a 
Química Analítica é uma ciência fundamental para garantir a qualidade de um 
amplo conjunto de produtos industriais, não necessariamente químicos, e de 
que sem sua aplicação não seria possível à determinação de compostos 
químicos de importância ambiental, farmacológica, industrial, etc. 
 
2. ANÁLISE QUÍMICA: 
 
A análise química pode ser realizada de duas formas: 
 
a) Quando se deseja determinar quais substâncias estão presentes em 
determinada amostra, neste caso denomina-se Análise química 
Qualitativa. 
 
b) Quando se deseja determinar a quantidade de cada componente ou de 
certos componentes, presente na amostra e neste caso Análise Química 
Quantitativo. 
 
Portanto: A Química Analítica envolve métodos voltados para a determinação 
da composição da matéria. Os métodos qualitativos geram informações sobre a 
identidade das espécies atômicas ou moleculares ou mesmo grupos funcionais 
na amostra. Já os métodos quantitativos proporcionam resultados numéricos 
relacionados à quantidade dos componentes na amostra. 
 
3. CLASSIFICAÇÃO DOS MÉTODOS ANALÍTICOS: 
 
 Métodos Clássicos ou métodos de via úmida. 
 Métodos Instrumentais. 
 
Métodos clássicos: Baseiam-se na separação dos analíticos por precipitação, 
extração ou destilação envolvendo medidas de massa, volume, reações 
químicas. 
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Na Analise Qualitativa: reações específicas gerando produtos caracterizados 
por cor, ponto de fusão ou ebulição, solubilidade, etc. 
E na Analise Quantitativa: medidas volumétricas ou gravimétricas. 
Métodos instrumentais: compreendem o uso de algum instrumento para 
monitorar qualquer alteração física nas espécies químicas ou reações (emissão 
ou absorção de luz, potencial elétrico, temperatura, corrente elétrica, 
condutividade, razão massa/carga, etc). A evolução dos métodos instrumentais 
deve-se ao desenvolvimento de componentes eletrônicos e da informática. 
Os métodos instrumentais apresentam como característica principal a obtenção 
das informações por meio de instrumentos, diferentes aos utilizados nas 
análises clássicas. 
Métodos instrumentais mais utilizadas: 
 
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Para selecionar uma técnica ou método analítico de forma inteligente, é 
essencial definir claramente a natureza do problema analítico. E como as 
técnicas apresentadas têm diferentes graus de complicação, sensibilidade, 
seletividade, custo e tempo, é importante escolher a melhor técnica para 
realizar uma determinação analítica. Para isso, é necessário levar em 
consideração: 
a. Tipo de análise: elementar, molecular, rotineira ou episódica. 
b. Problemas decorrentes da natureza do material investigado: substâncias 
corrosivas, radioativas, afetadas pela água, calor, etc. 
c. Interferências de outros componentes do material. 
d. Intervalo de concentração que precisa ser investigado. 
e. Exatidão exigida. 
f. Facilidades disponíveis (tipo de equipamento) 
g. Tempo necessário para completar a análise 
h. Número de análises de mesmo tipo que devem ser efetuadas. 
i. Natureza da amostra 
 j. Espécie de informação que se procura 
 k. Quantidade da amostra disponível 
4. ETAPAS GERAIS DE UMA ANÁLISE QUÍMICA 
Uma análise qualitativa ou quantitativa típica envolve uma sequencia de 
etapas, tais como: 
 
 Formulação da questão (problema); 
 Seleção dos procedimentos analíticos; 
 Amostragem; 
 Preparação da amostra; 
 Análise química clássica ou instrumental; 
 Relatório e interpretação; 
 Estimativa da confiabilidade dos resultados; 
 
Atenção: uma vez escolhida à técnica analítica, a análise deverá ser realizada 
em duplicata ou, preferivelmente, em triplicata. No caso de técnicas analíticas 
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clássicas, os resultados experimentais devem ser anotados em um registro de 
análise. Para métodos de análise instrumentais, muitos instrumentos são 
acoplados a computadores e os resultados analíticos podem ser expostos num 
monitor e registrados na impressora. 
 
Um cálculo simples converterá os dados experimentais na percentagem do 
componente presente na amostra. Quando se utilizam computadores 
acoplados ao instrumento, o registro impresso dará o valor procurado em 
percentagem, direto. 
 
5. AMOSTRAGEM 
É uma técnica e/ou conjunto de procedimentos necessários para descrever e 
selecionar as amostras, de maneira aleatória ou não, e quando bem utilizado é 
um fator responsável pela determinação da representatividade da amostra. 
Quando se deseja colher informações sobre um ou mais aspectos de um 
grupo, torna-se, praticamente impossível fazer um levantamento do todo. Daí a 
necessidade de investigar apenas uma parte (amostra). 
Portanto a amostragem é um conjunto de operações com as quais se obtém, 
do material em estudo, uma porção relativamente pequena, de tamanho 
apropriado, mas que ao mesmo tempo represente corretamente todo o 
conjunto da amostra. 
Mas, a qualidade do resultado de uma análise química depende de muitos 
fatores, tais como: 
 Procedimento de coleta e armazenagem. 
 Transporte 
 Tipo de amostra a ser coletada 
 Metodologia analítica a ser aplicada; 
 Representatividade da amostra é essencial para o sucesso da 
análise; 
 Aspectos físicos e químicos (homogênea ou heterogênea); 
 Problemas de contaminação devem ser observados com cuidado. 
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Fatores que podem influenciar na composição química da amostra: 
 Temperatura 
 Reações com a atmosfera 
 Umidade (adsorção/absorção de água ) 
 Perdas das frações mais finas (poeira) 
 Desgaste mecânico. 
 
6. PREPARO DA AMOSTRA ANALÍTICA. 
 
No preparo da amostra estima-se que 65% do tempo e dos recursos 
financeiros são destinados à etapa de preparo de amostra, em uma análise 
laboratorial, conforme dados apresentados na figura abaixo: 
 
Os procedimentos de preparo dependem do estado físico da amostra (sólido, 
liquido e gasoso), a concentração dos analitos, o tipo de matriz, a presença de 
outras substancia e vários outrosfatores, a técnica de preparo de amostra 
poderá ser diferente depende muito do que tenho e onde quero chegar. 
 
 
 
 
 
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 Princípios básicos de preparo de amostras mais utilizados: 
 
 Quantidade do material; 
 Diluição; 
 Analise direta; 
 Decomposição por via seca ou úmida; 
 Extração; 
 Abertura; 
 Dissociação; 
 Pulverização; 
 Eliminação de contaminantes; 
 Procedimento químico; 
 Procedimento físico; 
 Controle de umidade 
 Embalagem e conservação; 
 Grau de preparo (cru, cozido, temperatura constante); 
 Filtragem; 
 Tempo gasto e etc. 
 
Atenção: A maioria das técnicas analíticas usadas para determinação de 
elementos em amostras orgânicas e inorgânicas requer que a amostra esteja 
na forma de solução aquosa. 
 
Classificação das reações analíticas quanto à forma de execução: 
 
 Reações por via úmida 
 Dissolvidos ou não em solução 
 Reações por via Seca 
 
Reações por via seca: é um método de analise bastante comum na 
determinação de possíveis sais presentes em uma amostra. As reações são 
realizadas por aquecimento tais como: 
 
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 Reação de coloração de chama; 
 Reação de formação de pérolas coloridas (de bórax ou de sal de 
fósforo); 
 Fusão alcalina, ácida ou oxidante; 
 Reação sobre carvão; 
 
Vários ensaios úteis podem ser conduzidos por via seca, isto é, sem dissolver a 
amostra. Esses ensaios, muitas vezes, são considerados etapas preliminares 
para a identificação das amostras em estudo. 
 
Reações por via úmida: São as reações mais usadas onde o reagente e a 
amostra estão no estado líquido ou em solução aquosa. Quando a amostra é 
sólida, para a realização da análise, o primeiro passo é dissolvê-la. O solvente 
usual é a água laboratorial. Caso a amostra não se dissolva é escolhido outro 
reagente necessário para a sua abertura (dissolução da amostra). Os 
reagentes preferenciais são os ácidos, pois a maioria das amostras sólidas 
apresentam características alcalinas ou sais e óxidos que sofrem ataque por 
estes compostos. 
A ação dos ácidos mais comumente usados pode ser: 
 
 Ácido clorídrico (HCl) 
 Ácido nítrico ( HNO3) 
 Ácido fluorídrico (HF) 
 Acido sulfúrico ( H2SO4) 
 Ácido perclórico (HClO4) 
 Ácido fosfórico (H3PO4) 
 Ácido acético a 10% e etc. 
 
Neste caso o uso de ácido pode ocorrer uma transformação química da 
substância insolúvel em água: 
 
Exemplo: CuO(s) + H2SO4 CuSO4 + H2O 
 
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Técnicas de dissolução mais usadas em ensaios por via úmida podem ser: 
 Convencional (sistema aberto/fechado); 
 Forno de micro ondas (sistema focalizado ou com cavidade); 
 
Na análise química clássica ou instrumental é necessário calibrar e utilizar 
materiais volumétricos e equipamentos. 
 
Calibração: é um conjunto de operações que estabelece, sob condições 
especificadas, a relação entre as medidas obtidas pelo instrumento e a 
quantidade do analito. 
 
Os únicos métodos que são absolutos e não necessitam de calibração são a 
gravimetria e coulometria, uma vez que a relação entre a medida e a 
concentração do analito pode ser calculada diretamente a partir de constantes 
físicas conhecidas. 
Todos os outros métodos analíticos são relativos e necessitam de calibração. 
 
Nos métodos instrumentais incluem as curvas de calibração, uso de padrões 
internos e métodos de adição de padrão. 
 
Curva de calibração é o conjunto de operações que estabelece, sob 
condições especificadas, a relação entre os valores indicados por um 
instrumento de medição ou sistemas de medição ou valores representados por 
uma medida materializada ou material de referência, e os valores 
correspondentes das grandezas estabelecidas por padrões. 
 
Modos de calibração: 
 
Calibração Pontual – determina-se o valor de uma constante (K), com um 
único padrão, a qual expressa à relação entre a medida instrumental e a 
concentração do analito de interesse (experimentalmente). 
 
Calibração Multipontual – calibração com mais de dois padrões. *O método 
mais empregado consiste na calibração multipontual com até 5 níveis de 
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concentração, podendo apresentar uma relação linear (sensibilidade constante 
na faixa de concentração de trabalho) ou não linear (sensibilidade é função da 
concentração do analito). 
 
Nas análises químicas, a resposta para o procedimento analítico deve ser 
avaliado para quantidades conhecidas de constituintes (padrões), de forma que 
a resposta para uma quantidade desconhecida possa ser interpretada através 
de uma: 
 
1. Curva de calibração externa; 
2. Curva de adição de padrão; 
3. Padrão interno; 
 
1.Métodos de calibração externa: As curvas analíticas são obtidas com 
soluções de padrões analíticos, e a amostra é analisada sob as mesmas 
condições. Esse método é mais utilizado quando os efeitos de matriz e a 
presença de interferentes não são significativos. 
 
2.Métodos de adição de padrão: é útil quando a amostra é complexa, nas 
quais a probabilidade de efeito de matriz é alta. Consiste na adição crescente 
de quantidades conhecidas do analito em porções de amostra. O sinal é 
medido antes e após a adição o padrão. 
 
Método do padrão interno: é um composto, geralmente com características 
estruturais similares ao analito, adicionado aos padrões de calibração e 
amostras em concentrações conhecidas e constantes, para facilitar a 
determinação do analito. Muito usado em cromatografia, pode também ser 
aplicado a outras técnicas. A padronização interna pode ser empregada em 
espectrometria de absorção atômica, espectrometria de emissão ótica com 
fonte de plasma indutivamente acoplado (ICP-OES) e espectrometria de 
massas com fonte de plasma indutivamente acoplado (ICP-MS) para 
compensar vários tipos de erros sistemáticos e randômicos. 
O princípio desse método baseia-se na comparação de um ou mais sinais 
analíticos (analito) com um ou mais sinais de referência de elementos 
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previamente selecionados (padrão interno). Um padrão interno deve ser 
adicionado aos brancos, soluções de referência e às amostras, ou quando 
presente na amostra deve-se adicionar uma quantidade elevada desse 
elemento à amostra para anular o efeito da concentração original da amostra. 
Quando a padronização interna é usada, todos os cálculos são baseados na 
suposição de que tanto o analito como o padrão interno sofrem influências 
similares da matriz da amostra e de que ambos são perturbados igualmente 
pelas alterações. 
 
Os brancos indicam a interferência de outras espécies na amostra e os traços 
de analito encontrados nos reagentes usados na preservação, preparação e 
análise. Medidas frequentes de brancos também permitem detectar se analitos 
provenientes de amostras previamente analisadas estão contaminando as 
novas análises, por estarem aderidos aos recipientes ou aos instrumentos. 
 
7. VALIDAÇÃO DO MÉTODO ANALÍTICO. 
 
A validação de determinado procedimento analítico é demonstrar que o mesmo 
é adequado aos objetivos propostos, ou seja, que os parâmetros de 
desempenho avaliados atendem aos critérios de aceitação preconizados. 
Trata-se de é um estudo experimental e integralmente documentado. A 
validação visa garantir a qualidade dos resultados analíticos, conferindo-lhes 
rastreabilidade, comparabilidade e confiabilidade para a tomada de decisões. 
 
Todos os itens acima nos permitiram identificar aspectos que não estão claros 
ou são impraticáveis e exigem modificação para evitar erros. 
 
Todas as medidas físicas possuem certo grau de incerteza. Quando se faz uma 
medida, procura-se manter esta incerteza em níveis baixos e toleráveis, de 
modo que o resultado analítico possua uma confiabilidade aceitável, sem a 
qual a informação obtida não terá valor. Aceitação ou não dos resultados de 
uma medida dependerá de um tratamento estatístico. 
 
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A estatística fornece ferramentasque são capazes de interpretar resultados 
com grande probabilidade de correção e de rejeitar resultados sem condição. 
 
Principais fontes de erros na amostragem: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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7. Referências Bibliografia 
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