Relatório Técnico-Cientifico 3 (2)

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO JOÃO DEL-REI
CAMPUS ALTO PARAOPEBA
ENGENHARIA QUÍMICA
DETERMINAÇÃO DE COBRE EM CACHAÇA POR ESPECTROMETRIA DE
ABSORÇÃO ATÔMICO
Relatório apresentado como parte das
exigências da disciplina de Laboratório de
Análise Instrumental
Coordenadora: Prof. Dra. Ana Maria de
Oliveira
Ana Clara Nóbrega Zacarias
Diogo Dinalli Ribeiro
Hiago Magalhães Prates
Letícia Pasquenelli Senna Gonçalves Corrêa
OURO BRANCO
2024
RESUMO
A Espectrometria de Absorção Atômica é uma técnica analítica amplamente utilizada
para a determinação quantitativa de elementos metálicos, semi-metálicos e alguns não metais
em uma variedade de amostras. Esta técnica é altamente eficaz e sensível, permitindo a
análise de elementos em baixas concentrações, independentemente do estado das amostras
(sólido, líquido ou gasoso).
No contexto específico da cachaça brasileira, o teor máximo de cobre permitido pela
legislação é de 5 mg. .Dado o potencial prejudicial do cobre para a saúde, é necessário a𝐿−1
determinação da concentração desse elemento na cachaça, para garantir que os níveis não
ultrapassem o limite legal estabelecido. Para isso, a técnica de Espectrometria de Absorção
Atômica em chamas foi empregada para analisar a concentração de cobre em amostras de
cachaça artesanal.
Durante o experimento, foram criadas três curvas analíticas para a determinação do
cobre. Duas dessas curvas foram obtidas por padronização externa, utilizando água pura e
água com etanol, enquanto a terceira curva foi gerada por meio da adição de um padrão à
amostra de cachaça. Essas abordagens permitem uma análise precisa e confiável da
concentração de cobre, contribuindo para garantir a qualidade e a conformidade dos produtos
com as normas regulatórias. A parti dos dados obtidos com a curva analitica da agua ,
encontrou-se uma concentração de 5,5 (±0,2) mg e pela curva analítica em água mais𝐿−1
etanol, encontrou-se uma concentração de 8,2 (±0,2) mg . Utilizando -se a curva analítica𝐿−1
por adição padrão foi possível determinar a concentração de cobre, de 11,25 mg . Os𝐿−1
resultados obtidos foram utilizados para a comparação com valor que é permitido pela
legislação brasileira para cobre, de 5 mg , com isso observou-se que todos apresentaram𝐿−1
valores maiores que o permitido por lei .
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1 RESULTADOS E DISCUSSÃO
Conforme discutido por Silveira et al. (2008), o processo de produção da cachaça pode
ser dividido em duas abordagens distintas: a industrial, que faz uso de colunas ou torres de
destilação, e a artesanal, que utiliza alambiques de cobre. No entanto, na produção artesanal,
existe o risco potencial de contaminação por cobre. Isso ocorre devido à capacidade do cobre
de oxidar gradualmente em contato com o ar úmido contendo dióxido de carbono, resultando
na formação de uma camada esverdeada conhecida como 'azinhavre', composta por
CuCO3Cu(OH)2. Durante o processo de destilação, essa camada pode ser dissolvida pelos
vapores alcoólicos ácidos, levando à contaminação do produto final (SOUZA, 2015).
Apesar de ser um elemento essencial para o funcionamento adequado de vários
sistemas enzimáticos no corpo humano, o cobre em excesso pode causar danos devido à
interferência nas atividades catalíticas normais de algumas enzimas (SANTOS, 2011). Por
essa razão, é crucial quantificar a presença de cobre para garantir o controle de qualidade,
especialmente considerando que o Decreto nº 2314 de 04/09/1997 da Legislação Brasileira
estabelece um limite de 5,00 mg L-1 de cobre em bebidas destiladas (BRASIL, 1997). Diante
desse cenário, a espectrometria de absorção atômica tem sido uma técnica amplamente
utilizada para esse controle e monitoramento.
A espectrometria de absorção atômica é uma técnica analítica utilizada para identificar
e quantificar a presença de metais em uma amostra. Ela se fundamenta no princípio de que
átomos livres em um estado estável têm a capacidade de absorver luz em um comprimento de
onda específico. Essa absorção é característica de cada elemento, e nenhum outro elemento
absorve na mesma faixa de comprimento de onda, tornando a técnica altamente seletiva e
específica para a detecção de elementos metálicos (SKOOG et al., 2015).
O objetivo do experimento foi determinar a concentração de cobre em cachaça
utilizando a técnica de espectrometria de absorção atômica em chamas. Para isso, foram
elaboradas três curvas analíticas visando medir a quantidade de cobre nas amostras. Estas
curvas foram obtidas através da calibração externa utilizando água pura e água contendo
etanol, além da adição de um padrão à amostra de cachaça. O propósito principal foi analisar
possíveis interferências decorrentes do efeito da matriz e realizar uma comparação entre os
métodos utilizados, visando avaliar a eficácia de cada um deles na determinação da
concentração de cobre na cachaça.
1.1 Padronização externa
Para a elaboração da curva analítica em água, inicialmente, foram preparados nove
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balões volumétricos de 50 mL. A partir do segundo balão, foram adicionados volumes
crescentes de uma solução padrão de cobre (II) com concentração de 50 mg L-1, conforme
indicado na Tabela 1.
Posteriormente, os volumes foram completados com água destilada, as soluções foram
homogeneizadas e foram medidas as absorbâncias de todas as soluções padrão no
espectrômetro de absorção atômica, utilizando uma lâmpada de catodo oco de cobre como
fonte de luz. Todos os valores obtidos estão apresentados na Tabela 1.
Para a confecção da curva analítica em água e etanol, foi utilizado 60% de água e 40%
de etanol, de forma a tentar imitar a matriz da cachaça. Foi realizado o mesmo procedimento
mencionado anteriormente, porém, antes de preencher os balões volumétricos com água
destilada, adicionou-se 20,00 mL de etanol em cada um deles, para que em cada balão
houvesse 40% de etanol. Os valores obtidos encontram-se na Tabela 1.
Tabela 1: Medidas dos volumes, concentrações e absorbâncias, da água e da água e etanol, das
soluções padrão.
N° do balão
(50mL)
Volume de solução
padrão estoque de
cobre (mL)
Concentração de
cobre (mg/L )
Absorbância
A (água)
Absorbância B
(água e etanol)
1 0,00 0,00 0,000 0,000
2 0,50 0,50 0,025 0,019
3 1,00 1,00 0,060 0,039
4 2,00 2,00 0,127 0,079
5 3,00 3,00 0,182 0,118
6 4,00 4,00 0,239 0,163
7 6,00 6,00 0,325 0,235
8 8,00 8,00 0,400 0,313
9 10,00 10,00 0,441 0,367
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Com base nos dados coletados, foi possível criar o gráfico representando tanto a curva
analítica na água, quanto a curva analítica na mistura de água e etanol:
Figura 1: a) Curva análitica em água b) Curva analítica em água e etanol.
Os gráficos revelaram que a partir do sétimo balão os dados da reta deixaram de seguir
uma tendência linear e passaram a formar uma curva, sugerindo que a concentração de cobre
estava fora da faixa ideal de operação. Contudo, ao restringir a concentração de cobre a até 4
mg L-1, os resultados foram mais favoráveis, como demonstrado na figura 2, a e b.
Figura 2: a) Curva analítica em água na faixa ótima de trabalho.
b) Curva analítica em água e etanol na faixa ótima de trabalho.
Com base nos gráficos apresentados anteriormente, foi possível gerar um novo
5
gráfico, ilustrado na Figura 5, que possibilita a comparação das curvas analíticas obtidas tanto
em água quanto na mistura de água e etanol.
Figura 3: Comparação entre as curvas analíticas obtidas por padronização externa.
Ao examinar o comportamento das curvas de calibração através do coeficiente
angular, é possível identificar a presença do efeito de matriz. Se as duas curvas não
apresentarem a mesma inclinação, ou seja, não forem paralelas, isso indica a influência do
efeito de matriz. Logo, podemos concluir que o efeito de matriz está presente devido à
diferença nas inclinações das curvas, indicando que a presença de etanol impacta as leituras
de absorção do cobre. Assim, torna-se essencial adicionar padrões para reduzir os efeitos da
matriz na análise e obter comparaçõesmais precisas com os resultados anteriores.
O processo de análise por padronização externa foi realizado em seguida, utilizando os
balões 10, 11 e 12, que representam as replicatas 1, 2 e 3. Para cada replicata, a concentração
do analito foi determinada utilizando as equações das retas obtidas anteriormente,
substituindo os valores de y pelas absorbâncias encontradas, conforme demonstrado na Tabela
2.
Segue abaixo o cálculo para a equação da reta obtida pela curva analítica em água na
faixa ideal de trabalho, para a replicata 1:
y = 0,0607x - 0,0007
0,341=0,0607 x−0,0007
x = 5,6293244 mg L
Os cálculos foram efetuados para todas as replicatas, assim como para a equação da
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reta obtida através da curva analítica realizada na água e etanol na faixa ideal de trabalho. Os
resultados, acompanhados da média e do desvio para cada curva, estão detalhados na Tabela
2.
Tabela 2: Valores das concentrações de cobre obtidos para cada curva, incluindo a média e o desvio,
calculados a partir das absorbâncias registradas
N° do
balão
(50mL)
Absorbância Concentração de
cobre (mg/L )
(água)
Média ± Desvio
(água)
Concentração de
cobre (mg L-1 )
(água e etanol)
Média ±
Desvio (água e
etanol)
10 -
replicata 1
0,341 5,629324
5,5 ±0,2
8,449382
8,2 ± 0,211 -
replicata 2
0,319 5,26689 7,96172
12 -
replicata 3
0,335 5,53048 8,301234
Sabe-se que o etanol é um composto orgânico que pode afetar a intensidade do sinal
analítico na técnica de espectrometria de absorção atômica influenciando a absorção de
energia pelo cobre presente na amostra (SANTOS, 2011), ao fazer uma análise de uma
amostra contendo cobre por meio da espectrometria de absorção atômica, a intensidade do
sinal é diretamente proporcional à concentração de cobre na amostra. A interferência do
etanol pode ser referente a vários fatores entre eles o efeito matriz em que etanol pode atuar
como uma matriz que interfere na absorção de energia pelo cobre, mas também pode ser dado
pela interação do etanol com o solvente utilizado assim como a interação química do etanol
com o cobre presente na amostra , a diluição das amostras podem afetar a concentração de
cobre nas amostras o que irá influenciar na intensidade do sinal. A compreensão desses efeitos
é crucial para uma interpretação mais precisa dos resultados analíticos.
Por outro lado, a água apresenta menor capacidade de interferência na técnica, o que
pode resultar em uma menor intensidade do sinal analítico e, consequentemente, em uma
menor concentração de cobre medida na curva analítica em água em comparação com a curva
analítica em água mais etanol. Portanto, a escolha da curva analítica a ser utilizada deve levar
em consideração as características da amostra e as possíveis interferências do efeito matriz,
interação com o solvente, interação química e o efeito das diluições . Portanto, se faz
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necessário a adição de padrão para avaliar e corrigir possíveis interferências de matriz e
garantir a precisão e exatidão das medições na análise de cobre em cachaças.
1.2 Adição de padrão
Para a confecção da curva analítica por adição de padrão, inicialmente, numerou-se, de
13 a 16, 4 balões volumétricos de 50 mL, adicionou-se 15 mL de cachaça em cada um e o
volume foi completado com água destilada e homogeneizado. Nos balões de número 14 a 16,
foi realizado o mesmo procedimento mencionado anteriormente, porém, antes de preencher os
balões volumétricos com água destilada, adicionou-se 1,00 mL, 2,00 mL e 3,00 mL de
solução estoque de cobre (II) em cada um, respectivamente.
Calculou-se a concentração de cobre (II) em cada balão por meio da equação · =𝐶
1
𝑉
1
· , conforme demonstrado abaixo para o balão 14.𝐶
2
𝑉
2
· = ·𝐶
1
𝑉
1
𝐶
2
𝑉
2
1,00 mL x 50 mg L-1 = x 50mL𝐶
2
C2 = 1,00 mg L-1
Tabela 3: Concentrações nos ensaios da calibração por adição de padrão.
N° do balão (50mL) Volume de solução
padrão estoque de
cobre (mL)
Concentração de
cobre (mg L-1 )
Absorbância
13 0,00 0,00 0,131
14 1,00 1,00 0,164
15 2,00 2,00 0,208
16 3,00 3,00 0,244
Figura 4 - Curva analitica do cobre por adição
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A partir da equação da reta obtida, sendo y = 0, é possível encontrar a concentração de
cobre na amostra de cachaça, conforme demonstrado abaixo.
y = 0,0383x + 0,1293
x = 3,37597911 mg L-1
Para obter o valor real, foi necessário corrigir o resultado obtido para a amostra
diluída, multiplicando pelo fator de diluição de 50/15.
x = 3,375 * (50/15)
x = 11,25 mg L-1
Com os resultados obtidos, foi possível fazer uma comparação entre as curvas
analíticas obtidas para cada método, conforme demonstrado na figura 5.
Figura 5: Comparação entre as três curvas analíticas que foram montadas durante o relatório.
Referentes a água, água mais etanol e pela adição de padrão.
A observação revelou que a inclinação da curva analítica em água diferiu
significativamente daquela da adição de padrão. No entanto, ao empregar uma matriz
semelhante à da cachaça, composta por água e etanol, a inclinação da curva mostrou-se
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bastante similar, indicando retas praticamente paralelas e evidenciando a ausência de
interferência do efeito da matriz. Esse resultado destaca a importância de identificar se há
presença de efeito de matriz para garantir resultados precisos e corretos. Para minimizar esse
efeito, técnicas como adição de padrão ou construção de uma curva matrizada podem ser
empregadas. Porém a mais indicada seria a adição de padrão, devido ao fato de que foi
observada uma diferença significativa na inclinação da curva analítica em água em
comparação com a curva obtida pela adição de padrão, sugerindo uma forte interferência da
matriz. A adição de padrão é especialmente útil quando há suspeita de interferência da matriz,
pois permite corrigir essa interferência e obter resultados mais precisos e confiáveis.
Analisando os dados numéricos obtidos a partir da adição de padrão e pela curva
analítica em água e etanol ,11,41 mg L-1 e 8,2 mg L-1 respectivamente . Foi analisada a
significativa diferença entre os resultados que indicam a interferência do efeito matriz na
determinação da concentração do cobre, a divergência entre os resultados obtidos evidenciam
a necessidade da correção desse efeito de forma a obter resultados com maior precisão e
confiabilidade. Esses resultados analisados ultrapassam o valor limite pré estabelecido para o
cobre em bebidas destiladas de 5 mg. definido pela Legislação Brasileira (BRASIL,𝐿−1
1997), portanto o consumo dessas amostras analisadas é inviável .
2. CONCLUSÕES
Em vista dos resultados encontrados, pode-se considerar que a curva analítica em água
pode ser uma escolha eficaz para amostras com baixo teor de etanol ou quando a interferência
da matriz é mínima. Por outro lado, a curva analítica em água junto ao etanol pode ser mais
apropriada para amostras com alto teor de etanol, pois essa composição pode ajudar a reduzir
as interferências de matriz. A adição de padrão, por sua vez, é uma técnica valiosa para
avaliar a presença de interferências de matriz. Ela pode ser especialmente útil quando há
incertezas sobre as interferências da matriz ou quando a amostra possui uma composição
complexa.
Os valores obtidos com a curva analítica em água, encontrou-se uma concentração de
5,5 (±0,2) mg e pela curva analítica em água mais etanol, encontrou-se uma concentração𝐿−1
de 8,2 (±0,2) mg . Com a curva analítica por adição padrão foi possível determinar a𝐿−1
concentração de cobre, de 11,25 mg . Os resultados obtidos foram comparados com valor𝐿−1
permitido pela legislação brasileira para cobre, que é de 5 mg. , mostrando que todos𝐿−1
10
apresentaram valores maiores do que permitido.
3. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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setembro de 1997. Publicado no Diário Oficial da União de 05/09/1997, Brasília, seção 1,
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Ciências Exatas e Tecnológicas, Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri.
Diamantina, p.62. 2011.
SILVEIRA DÓREA, H.; CARDOSO, M. G.; NAVICKIENE, S.; EMÍDIO, E. S.; SILVA, T.
S.S.; SILVA, M. S. S. Análise de Poluentes Orgânicos Tóxicos na Cachaça. Revista da
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SKOOG, D.A.; WEST, D.M.; HOLLER, F.J.; CROUCH, S.R. Fundamentos de Química
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SOUZA, J, C, de. Determinação íons cobre(II) em aguardente de cana–de–açúcar
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(Mestre em Química) - Instituto de Química, Universidade Estadual Paulista “Júlio de
Mesquita Filho”. Araraquara, p.119. 2015.