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UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA - “JÚLIO MESQUISTA FILHO” Química Analítica Ambiental – Prof. Dr. André Henrique Rosa Campus Sorocaba - Engenharia Ambiental UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA - “JÚLIO MESQUISTA FILHO” Química Analítica Ambiental – Prof. Dr. André Henrique Rosa Campus Sorocaba - Engenharia Ambiental 1 Química Analítica é a aplicação de um ou uma série de procedimentos para identificar e/ou quantificar uma substância, ou os componentes de uma solução ou mistura, ou ainda, para determinar a estrutura de compostos químicos”. “Análise Química está associada ao conjunto de procedimentos utilizados para a identificação e/ou quantificação de uma substância, ou os componentes de uma solução ou mistura”. ORIGEM DOS PROCEDIMENTOS ANALÍTICOS Caius Plinius Secundus (23-79 D.C.) idealizou um teste qualitativo para detectar a contaminação do sulfato de cobre, normalmente adulterado como sulfato de ferro. Tira de papiro umedecido numa solução do extrato de noz-de-galha (excrescências causadas por insetos parasitos sobre os galhos e troncos das plantas), a qual era tratada com a solução a ser examinada. Se a solução contivesse sulfato de ferro o papiro se tornava negro. UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA - “JÚLIO MESQUISTA FILHO” Química Analítica Ambiental – Prof. Dr. André Henrique Rosa Campus Sorocaba - Engenharia Ambiental 2 APLICAÇÕES DA QUÍMICA ANALÍTICA E A IMPORTÂNCIA PARA O ENGENHEIRO AMBIENTAL 1) Determinação e controle da qualidade e/ou nível da poluição ambiental através da análise do ar, água e solos. 2) Controle de qualidade de matérias-primas (como óleo cru, minérios) e de produtos (p.e. medicamentos, alimentos, materiais etc.); 3) Indústrias necessitam de análises para monitoramento do processo industrial; Determina a identidade dos constituintes presentes em uma substância ou produto. Determina a quantidade dos constituintes presentes em um substância ou produto. UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA - “JÚLIO MESQUISTA FILHO” Química Analítica Ambiental – Prof. Dr. André Henrique Rosa Campus Sorocaba - Engenharia Ambiental 3 4) Desenvolvimento de novos produtos é sempre necessário estabelecer a composição da mistura (identidade e quantidade) para garantir as características exigidas para a qual o produto foi desenvolvido; O aerogel – composto por 99,8% de ar e 0,2 de sílica. Leve, transparente e resistente. 5) Em hospitais a análise química é muito utilizada para diagnóstico de doenças e controle da condição dos pacientes; 6) Na agricultura, a natureza e a as quantidades dos fertilizantes, nutrientes básicos (N, P, K) e traços de outros elementos são determinados através da análise química do solo; 7) Mapeamentos geológicos para determinação da composição de rochas; 8) Cumprimento de leis, acordos nacionais e internacionais sobre regulamentações ambientais, manuseio e uso de substâncias nocivas à saúde, uso controlado de drogas etc. 9) Análise de especiação de metais: caracterização da forma como os elementos se encontram na natureza. Biodisponibilidade de poluentes no ambiente.Biodisponibilidade de poluentes no ambiente. UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA - “JÚLIO MESQUISTA FILHO” Química Analítica Ambiental – Prof. Dr. André Henrique Rosa Campus Sorocaba - Engenharia Ambiental 4 “... a análise qualitativa é um modo de introduzir a química descritiva que, se olharmos a fundo, pode despertar o interesse dos estudantes por reações. Eu considero as reações como sendo o coração da química...”. Henry Taube Prêmio Nobel da Química de 1983 “... o que se busca conseguir é um ensino verdadeiramente formativo, e que o estudante seja estimulado a pensar, raciocinar com base nos conhecimentos que vai adquirindo e desenvolver sua capacidade criativa... é principalmente a Química Analítica que pode desempenhar, sob o aspecto pedagógico, este papel”. Prof. Paschoal E. A. Senise Química Nova 5, 137 (1984) O PRINCÍPIO FUNDAMENTAL DA ANÁLISE QUALITATIVA ENVOLVE A DISSOLUÇÃO DA AMOSTRA E A ANÁLISE DA SOLUÇÃO ATRAVÉS DE REAÇÕES QUÍMICAS. Os íons são classificados em grupos baseando-se em algumas propriedades comuns a todos os íons de um determinado grupo. Os cátions são subdivididos em cinco grupos analíticos, cada um dos quais tem um reagente precipitante que forma compostos insolúveis com todos os cátions desse grupo em particular. Para análise dos ânions não existe uma separação sistemática propriamente dita. O que se faz é tratar a solução contendo os ânions com certos reagentes que precipitarão alguns deles. Se nenhum precipitado ocorrer, todos os possíveis ânions que deveriam precipitar estarão eliminados. UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA - “JÚLIO MESQUISTA FILHO” Química Analítica Ambiental – Prof. Dr. André Henrique Rosa Campus Sorocaba - Engenharia Ambiental 5 Grupos Cátion Insolubilidade Solubilidade Grupo I Na+, K+, NH4+ ----- ---- Grupo II Mg2+, Ca2+, Sr2+, Ba2+ Carbonatos Sulfetos Grupo III Zn2+, Al3+, Cr3+, Fe3+, Mn2+, Ni2+, Co2+ Sulfetos e hidróxidos Ácidos diluídos Grupo IV Cu2+, Cd2+, Pb2+, Hg2+, Bi3+, As3+, As5+, Sb3+, Sb5+, Sn2+, Sn4+ Sulfetos e ácidos diluídos ---- Grupo IV-A Cu2+, Cd2+, Pb2+, Hg2+, Bi3+ Sulfetos e ácidos diluídos Ácido nítrico Grupo IV-B As3+, As5+, Sb3+, Sb5+, Sn2+, Sn4+ Sulfetos e ácidos diluídos Hidróxido de sódio ou polissulfeto de amônio Grupo V Ag+, Hg22+, Pb2+ Cloretos NH3, NH4OH, ∆ UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA - “JÚLIO MESQUISTA FILHO” Química Analítica Ambiental – Prof. Dr. André Henrique Rosa Campus Sorocaba - Engenharia Ambiental 6 HCl (pH≈0,5) / H2S(g) (NH4)2CO3 (NH ) S NH4OH / NH4Cl NH4OH / (NH4)2S Solução contendo: PbCl2+, Hg22+, Ag+, Hg2+, Bi3+, Cu2+, Cd2+, Fe3+, Mn2+, Cr3+, Al3+, Zn2+, Co2+, Ni2+, Ba2+, Sr2+, Ca2+, Mg2+, NH4+, K+, Na+. HCl (aq) Sobrenadante S1 Sobrenadante S2 Sobrenadante Mg2+, Ma+, K+, NH4+ Sobrenadante S3 Precipitado HgS, PbS, Bi2S3, CuS, CdS Precipitado Pb2+Cl2, Hg2Cl2, AgCl Precipitado FeS, Fe(OH)3, MnS, Cr(OH)3, Al(OH)3, ZnS, NiS,CoS Precipitado BaCO3, SrCO3, CaCO3 UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA - “JÚLIO MESQUISTA FILHO” Química Analítica Ambiental – Prof. Dr. André Henrique Rosa Campus Sorocaba - Engenharia Ambiental 7 Reagente Sódio, Na+ Potássio, K+ Amônio, NH4+ TTeessttee ddee cchhaammaa amarelovioleta incolor NNaa33CCoo((NNOO22))66 ppt amarelo K2NaCo(NO2)6 ppt Amarelo (NH4)2 NaCo(NO2)6 ppt amarelo ZZnn((UUOO22))33 .. ((CC22HH33OO22)) NaZn(UO2)3. (C2H3O2)9 Ppt amarelo não ppt não ppt NNaaOOHH não reage não reage Desprende NH3 UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA - “JÚLIO MESQUISTA FILHO” Química Analítica Ambiental – Prof. Dr. André Henrique Rosa Campus Sorocaba - Engenharia Ambiental 8 Reagente Ba2+ Sr2+ TTeessttee ddee cchhaammaa amarelo-esverdeado vermelho-carmim NNHH33 não ppt não ppt NNaaOOHH Ba(OH)2, ppt branco só de soluções concentradas. Solúvel HAc, Solúvel NH4Cl Sr(OH)2, ppt branco só de soluções concentradas. Solúvel HAc, Solúvel NH4Cl ((NNHH44))22CCOO33 BaCO3, ppt branco, Solúvel HAc, Insolúvel NH4Cl SrCO3, ppt branco, Solúvel HAc, Insolúvel NH4Cl ((NNHH44))22CC22OO44 BaC2O4, ppt branco, Solúvel HCl, Solúvel HAc SrC2O4, ppt branco, Solúvel HCl, insolúvel HAc ((NNHH44))22SSOO44 BaSO4, ppt branco, Insolúvel HCl, Solúvel em H2SO4 conc. SrSO4, ppt branco, insolúvel HCl, insolúvel NH3S 6 M KK22CCrr22OO77,, ++ HHAAcc,, ++ NNaaAAcc BaCrO4, ppt amarelo não ppt UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA - “JÚLIO MESQUISTA FILHO” Química Analítica Ambiental – Prof. Dr. André Henrique Rosa Campus Sorocaba - Engenharia Ambiental 9 Reagente Ca2+ Mg2+ TTeessttee ddee cchhaammaa vermelho-tijolo Não empresta coloração à chama NNHH33 não ppt Mg(OH)2, ppt branco, Solúvel HAc, Solúvel NH4Cl NNaaOOHH Ca(OH)2, ppt branco só de soluções concentradas. Solúvel HAc, Solúvel NH4Cl Mg(OH)2, ppt branco, Solúvel HAc, Solúvel NH4Cl ((NNHH44))22CCOO33 CaCO3, ppt branco, Solúvel HAc, Insolúvel NH4Cl MgCO3, Mg(OH)2, ppt branco, Solúvel HAc, Solúvel NH4Cl ((NNHH44))22CC22OO44 CaC2O4, ppt branco, Solúvel HCl, insolúvel HAc Mg2C2O4, só ppt soluções concentradas. ((NNHH44))22SSOO44 CaSO4, ppt branco, Solução Solúvel HCl, Insolúvel HAc, solúvel NH3 6 M não ppt KK22CCrr22OO77,, ++ HHAAcc,, ++ NNaaAAcc não ppt não ppt UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA - “JÚLIO MESQUISTA FILHO” Química Analítica Ambiental – Prof. Dr. André Henrique Rosa Campus Sorocaba - Engenharia Ambiental 10 Ca2+ NH4OH 6M (NH4)2SO4 2,5M Teste de Chama Sr2+, Ca2+ Ca2+ , Sr2+ , Ba2+ NaAc 3M K4Cr2O7O 2M HCl 6M Na2HPO2 2M NH4OH 6M HAc 6M (NH4)2C2O4 0,25M Mg2+ , Ca2+ , Sr2+ , Ba2+ HCl 6M CaCO3, SrCO3, BaCO3 CaC2O4 BaCrO4 NH4OH + (NH4)2CO3 1,5M Mg2+ MgNH4PO4 . 6H2O Teste de Chama SrSO4 Teste de Chama UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA - “JÚLIO MESQUISTA FILHO” Química Analítica Ambiental – Prof. Dr. André Henrique Rosa Campus Sorocaba - Engenharia Ambiental 11 Sensibilidade de um teste está associado a concentração mínima que o íon de interesse deve estar em solução, para que seja possível identifica-lo. Uma reação é seletiva quando ela ocorre somente com um número restrito de íons em determinadas condições. A seletividade de uma reação é tanto maior quanto menor for o número de íons que dá teste positivo. Solução tampão: São soluções que tem a propriedade de fazer com que o pH do meio varie pouco, quer pela adição de ácido ou base. Os exemplos mais simples de soluções tampão são aqueles constituídos por uma mistura de um ácido fraco e seu sal e a de uma base fraca e seu sal. [H+] = Ka [Ácido] [Sal] Onde: Ka é a constante de dissociação do ácido fraco e [Ácido] e [Sal] são respectivamente as concentrações do ácido fraco e do sal. [OH-] = Kb [Base] [Sal] Onde: Kb é a constante de ionização da base e [Base] e [Sal] são respectivamente as concentrações da base fraca e do sal. A formação de precipitados a partir de íons em solução, bem como a dissolução dos mesmos, são operações comuns no laboratório de análise. Por isto é importante considerar os equilíbrios heterogêneos estabelecidos entre sólidos iônicos e íons em solução. BaSO4 Ba2+ + SO4-2 A constante de equilíbrio é dada por: UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA - “JÚLIO MESQUISTA FILHO” Química Analítica Ambiental – Prof. Dr. André Henrique Rosa Campus Sorocaba - Engenharia Ambiental 12 K = [Ba2+] [SO4-2] [BaSO4] K [ BaSO4 ] = [Ba2+] [SO4-2] Como a concentração de [BaSO4] na fase sólida é constante, temos: KsO = [Ba2+] [SO4-2] Onde: KsO é chamada de “produto de solubilidade” e o produto [Ba2+] [SO4-2] é chamado produto iônico. Quando: KsO = produto iônico, temos uma solução saturada; KsO > produto iônico, temos uma solução insaturada; KsO < produto iônico, temos uma solução super saturada; Substância Fórmula KsO Hidróxido de Alumínio Al(OH)3 2,0 x 10-32 Carbonato de Bário BaCO3 4,9 x 10-9 Cromato de Bário BaCrO4 1,2 x 10-10 Oxalato de Bário BaC2O4 2,3 x 10-8 Sulfato de Bário BaSO4 1,0 x 10-10 Carbonato de Cádmio CdCO3 2,5 x 10-14 Oxalato de Cádmio CdC2O4 9,0 x 10-8 Sulfeto de Cádmio CdS 1,0 x 10-28 Carbonato de Cálcio CaCO3 4,8 x 10-9 UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA - “JÚLIO MESQUISTA FILHO” Química Analítica Ambiental – Prof. Dr. André Henrique Rosa Campus Sorocaba - Engenharia Ambiental 13 A concentração da solução saturada de um soluto é chamada de “solubilidade” e é representada pela letra S. Sabendo-se a concentração de um dado íon, qual a concentração de outro íon necessária para que ocorra a precipitação ? Queremos separar Ba2+ e K+ de uma solução. Adiciona-se um ânion que forme um composto pouco solúvel com apenas um dos cátions por exemplo, SO42-. Precipita o sulfato de bário e o potássio permanece em solução. UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA - “JÚLIO MESQUISTA FILHO” Química Analítica Ambiental – Prof. Dr. André Henrique Rosa Campus Sorocaba - Engenharia Ambiental 14 1ª Lista de Exercícios – Assunto: Química Analítica Qualitativa 1) Uma amostra desconhecida pode conter um ou mais dos seguintes compostos: NH4Cl, NaOH, KOH, K2Cr2O7. É dissolvida em água originando uma solução incolor, com odor acre. Estasolução dá uma coloração violeta, que logo se extingue na chama do Bico de Bunsen. Com estas informações, quais compostos estão presentes e ausentes? Justifique. 2) Descrever como é possível distinguir os seguintes pares: a) Na+ e K+ b) Na+ e NH4+ c) K+ e NH4+ d) NH4Cl e NaCl e) NH3 e NH4+ 3) Que reagente ou combinação de reagentes se poderia usar para separar em uma única etapa os cátions: a) Ba2+ e Ca2+ b) Sr2+ e Ba2+ c) Sr2+ e Mg2+ d) Sr2+ e Ca2+ 4) Descreva uma marcha analítica para separação dos cátions do Grupo I, Grupo II e dos ânions cloretos, nitratos e sulfatos, destacando as reações de identificação dos íons. 5) Calcule o pH da solução resultante da adição de 10 mL de HCl 1 M a um litro de uma solução 0,1 M de ácido acético e 0,1 M de acetato de sódio (Ka = 1,75 x 10-5 mol/L). A variação de volume pode ser desprezada. 6) Sabendo-se que Mg2+ e Fe3+ formam complexos insolúveis em solução aquosa mas, que os produtos de solubilidades (Ks) deles são bem diferentes 5,9 x 10-12 e 1,5 x 10-36, respectivamente, seria possível separa-los? Explique como através da fundamentação teórica envolvida. UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA - “JÚLIO MESQUISTA FILHO” Química Analítica Ambiental – Prof. Dr. André Henrique Rosa Campus Sorocaba - Engenharia Ambiental 15 Química Analítica Quantitativa: determina a quantidade dos constituintes presentes em uma substância ou produto. Estágios da análise: Fluxograma com as principais etapas envolvidas em uma análise química. 1) Estudo do problema: Os principais aspectos a serem considerados são: a) natureza da informação procurada; b) a quantidade de amostra disponível e a percentagem do constituinte a ser determinado; c) faixa de concentração a ser medida; d) utilização dos resultados da análise (acurácia da análise); e) disponibilidade de instrumentos; f) tempo analítico (controle de qualidade); g) número de amostras; h) necessidade de métodos não destrutivos para a análise; i) Conhecer as condições na qual cada método é confiável; j) Conhecer as possíveis interferências que podem atrapalhar e saber como resolvê-las; UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA - “JÚLIO MESQUISTA FILHO” Química Analítica Ambiental – Prof. Dr. André Henrique Rosa Campus Sorocaba - Engenharia Ambiental 16 2) Coleta e amostragem Para a obtenção de resultados confiáveis, a correta amostragem é essencial, devendo ser representativa do sistema em estudo. 3) Preparação de uma amostra Envolve a redução do tamanho das partículas, secagem, trituração, peneiramento etc., visando a homogeneização da amostra. 4) Dissolução da amostra Através de procedimentos adequados (p.e. tratamento ácido ou com solventes) permitir a solubilização dos analítos de interesse para sua posterior quantificação. 5) Remoção de interferentes Filtração, extração com solventes, cromatografia, resinas etc, separar interferentes que podem afetar o resultado da análise. Exemplo: Co2+ reagem com SCN- produzindo uma coloração azul. O Fe2+ também reage com o SCN- produzindo coloração vermelha, ou seja a coloração produzida pelo Fe(SCN)6 irá mascarar a observação da cor azul produzida pelo Co(SCN)4-2. ou seja, os íons Fe3+ interferem na identificação do Co2+. 6) Medidas na amostra e controle de fatores instrumentais Padronização, calibração, otimização, medida de resposta (p.e. absorbância, sinal de emissão, potencial, corrente). 7) Resultados Cálculo do(s) resultado(s) analítico(s) e avaliação estatística dos dados. Métodos clássicos ou tradicionais: baseiam-se no acompanhamento quantitativo de reações químicas. Exemplos: Gravimetria: a substância a ser determinada é convertida em um precipitado insolúvel que é isolado e pesado. Titrimetria: reage-se a substância a ser determinada com um reagente adequado e padronizado. Exemplos: reações de neutralização, complexação, precipitação e óxido-redução. Volumetria: mede-se o volume de gás desprendido ou absorvido em uma reação química. Métodos instrumentais: são aqueles que requerem um instrumento para medir a propriedade de interesse (p.e. elétrica, absorção, emissão etc.). UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA - “JÚLIO MESQUISTA FILHO” Química Analítica Ambiental – Prof. Dr. André Henrique Rosa Campus Sorocaba - Engenharia Ambiental 17 a) Métodos elétricos (voltametria, coulometria e potenciometria): compreendem a medida da variação da corrente, da voltagem ou da resistência em função da concentração de certas espécies em solução. b) Métodos espectrométricos (visível ou colorimetria, ultravioleta, infravermelho, espectrometria de absorção e emissão atômica): dependem da quantidade de energia radiante que é absorvida ou emitida pela amostra em determinado comprimento de onda sob determinadas condições. Características Métodos tradicionais Métodos instrumentais Custo de equipamentos baixo alto Custo de reagentes baixo alto Tempo de otimização do aparelho baixa médio-alta Rapidez analítica baixa alta Quantidade de amostra média baixa Sensibilidade baixo-média alta Capacidade de automação baixa Média Classificação Quantidade de amostra Macro ≥ 0,1 g Meso (semimicro) 10 -2 a 10 -1 g Micro 10 -3 a 10 -2 g Submicro 10 -4 a 10 -3 g Ultramicro < 10 -4 g UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA - “JÚLIO MESQUISTA FILHO” Química Analítica Ambiental – Prof. Dr. André Henrique Rosa Campus Sorocaba - Engenharia Ambiental 18 Análises químicas feitas com substâncias presentes no ambiente são importantes para estudos ambientais ou monitoramento da qualidade ambiental. Qual a origem da chuva ácida em uma região ? Quais as diferentes formas de Hg encontradas em um lago ? Quantas vezes os níveis de CO2 ultrapassou o LMP em São Paulo ? O efluente lançado está de acordo com as normas para o manancial ? UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA - “JÚLIO MESQUISTA FILHO” Química Analítica Ambiental – Prof. Dr. André Henrique Rosa Campus Sorocaba - Engenharia Ambiental 19 Tanto nos estudos ambientais como no monitoramento ambiental de espécies químicas o ideal é que as medidas sejam feitas “in-situ” ou “on-site” ! Medidas “on-site”: a amostra é coletada e os parâmetros analisados no próprio local. UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA - “JÚLIO MESQUISTA FILHO” Química Analítica Ambiental – Prof. Dr. André Henrique Rosa Campus Sorocaba - Engenharia Ambiental 20 Medidas “in-situ”: o(s) parâmetro(s) é analisado diretamente no reservatório de interesse, sem a necessidade da coleta da amostra. • Os resultados são obtidos em tempo real; • As medidas são mais “reais”. Exemplo: o simples fato de uma amostra de água ser coletada e colocada em contato com as paredes de um recipiente, o equilíbrio químico, físico e biológico é alterado. Principais motivos: • A espécie a ser medida precisa passar portransformações químicas ou purificação para separarem interferentes; • Disponibilidade de equipamentos; • Seletividade de medidas; • Sensibilidade da medida. O analito (espécie a ser medida) encontra-se em concentração muito baixa na matriz (meio em que está dispersa). Exemplo: formaldeído; UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA - “JÚLIO MESQUISTA FILHO” Química Analítica Ambiental – Prof. Dr. André Henrique Rosa Campus Sorocaba - Engenharia Ambiental 21 Quando não é possível a medida direta, para se proceder a análise é necessário COLETAR a amostra através de uma AMOSTRAGEM e procedimentos adequados, para que esta seja analisada em laboratório. O princípio fundamental dos procedimentos de coleta e amostragem é que a amostra deve retratar o mais próximo possível o meio do qual foi retirado. Processo de amostragem é uma série sucessiva de etapas operacionais especificadas para assegurar que a amostra seja obtida com a necessária condição de representatividade. - Os resultados de uma análise quantitativa somente poderão ter o valor que dela se espera na medida em que a porção do material submetida ao procedimento analítico representar, com suficiente exatidão, a composição média do material em estudo. Amostra: porção limitada de material tomado do conjunto, ou seja, o universo, selecionada de maneira a possuir características essenciais no conjunto. UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA - “JÚLIO MESQUISTA FILHO” Química Analítica Ambiental – Prof. Dr. André Henrique Rosa Campus Sorocaba - Engenharia Ambiental 22 - A amostra é obtida através de incrementos recolhidos segundo critérios adequados. - A reunião dos incrementos forma a amostra bruta. - A amostra de laboratório é o resultado da redução, da amostra bruta mediante operações conduzidas de maneira a garantir a continuidade da condição de representatividade da amostra. - A amostra para a análise é uma porção menor da amostra de laboratório, suficientemente homogeneizada para poder ser pesada e submetida à analise (geralmente varia de décimos de grama a alguns gramas). Em resumo, o processo da amostragem compreende 3 etapas principais: a) coleta da amostra bruta; b) preparação da amostra de laboratório; c) preparação da amostra para análise. - Os detalhes operacionais de cada uma destas etapas variam conforme as características físicas do universo interessado. - Às vezes, a amostra bruta tem tamanho apropriado para ser tomada imediatamente como amostra de laboratório. - Às vezes, é preciso aplicar um laborioso tratamento para obter uma porção do material adequada para a manipulação no laboratório. - Geralmente, os resultados de uma análise se referem a materiais somando dezenas ou centenas de toneladas. - Isto mostra a complexidade que o problema pode assumir, principalmente quando se trata de materiais com alto grau de heterogeneidade. Exemplos: depósito de minério formado de fragmentos de tamanho irregular e composição variável ou um aterro sanitário. - Neste caso, a pequena porção tomada para a análise tem que ser convenientemente selecionada para poder preencher a necessária condição de representatividade. - O material interessado também pode ser um sistema homogêneo, por exemplo, uma solução. UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA - “JÚLIO MESQUISTA FILHO” Química Analítica Ambiental – Prof. Dr. André Henrique Rosa Campus Sorocaba - Engenharia Ambiental 23 - Quando prevalece a condição de homogeneidade, a menor porção retirada de qualquer ponto do material é representativa do conjunto. - A planificação de um processo de amostragem é feita com base em critérios estatísticos, mas há uma série de fatores preliminares a considerar devidamente antes de delinear o processo de amostragem. São principalmente, os seguintes: - Devido sua enorme importância, técnicas de amostragens, têm sido objeto de estudos, por organizações privadas e estatais em vários países. - Essas, com base em considerações estatísticas e observações adquiridas com experiências de muitos anos, estabeleceram normas para a amostragem de produtos comercialmente importantes. - Exemplos.: carvão, minérios, metais e ligas, tintas, combustíveis, produtos de petróleo, materiais de construção, fertilizantes etc.. AMOSTRAGEM OBJETIVO DO ESTUDO/ANÁLISE EXATIDÃO E PRECISÃO DOS RESULTADOS ESTADO FÍSICO DO MATERIAL DISPONIBILIDADE CUSTO / VALOR ELEMENTOS DE INTERESSE (FAIXA DE CONCENTRAÇÃO ESPERADA) LOGÍSTICA/CONDIÇÕES METEROLÓGICAS UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA - “JÚLIO MESQUISTA FILHO” Química Analítica Ambiental – Prof. Dr. André Henrique Rosa Campus Sorocaba - Engenharia Ambiental 24 Número mínimo de amostras a serem coletadas em uma amostragem Quantas amostras são necessárias para que o analista possa estar certo de que a resposta obtida está no intervalo de ± 5 % do valor médio (95 % de confiança) ? Distribuição t-student: permite estimar o intervalo de confiança de uma medida em relação a uma margem de incerteza escolhida. É calculada pela seguinte expressão: n S tX ±=µ ( ) 1 2 − − = ∑ n xx S i 100 x X SR = 2 1 n R tx =−µ 2 1 n R tE = 2 22 E Rt n ==== Para 95 % de confiança e um grande número de amostras, t é aproximadamente 2. E: erro permitido (estimado pelo analista) e pode ser definido como a diferença entre o resultado verdadeiro e o valor médio. R: desvio padrão relativo da operação da amostragem. UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA - “JÚLIO MESQUISTA FILHO” Química Analítica Ambiental – Prof. Dr. André Henrique Rosa Campus Sorocaba - Engenharia Ambiental 25 Inicialmente deve-se fazer uma avaliação preliminar do desvio padrão da operação de amostragem de um único lote para determinar o desvio-padrão relativo da amostragem do analito (Suponhamos que seja 9,9 %). Em seguida, a partir do erro permitido (suponhamos 5 %), calcula-se o número de amostras utilizando-se t igual a 2 (número grande amostras). Exemplo: 2 22 E Rt n ==== n = 4 x (9,9)2 / (5)2 = 16 amostras Repete-se o cálculo utilizando-se o valor de t para 16 amostras (t16 = 2,13), obtendo-se n = 17,78. Repete-se o cálculo com t para 18 amostras (t18 = 2,11) e obtêm-se n = 17,45 e assim sucessivamente até um encontrar um valor constante de n (18 amostras). Valores de t para vários graus de liberdade e níveis de confiança n -1 = graus de liberdade Níveis de confiança Graus de liberdade 50% 90% 95% 99% 99,5% 1 1,000 6,314 12,706 63,657 127,32 2 0,816 2,920 4,303 9,925 14,089 3 0,765 2,353 3,182 5,841 7,453 4 0,741 2,132 2,776 4,604 5,598 5 0,727 2,015 2,571 4,032 4,773 6 0,718 1,943 2,447 3,707 4,317 7 0,711 1,895 2,365 3,500 4,029 8 0,706 1,860 2,306 3,355 3,832 9 0,703 1,833 2,262 3,250 3,690 10 0,700 1,812 2,228 3,169 3,581 15 0,691 1,753 2,131 2,947 3,252 20 0,687 1,725 2,086 2,845 3,153 25 0,684 1,700 2,060 2,787 3,078 ∞ 0,674 1,645 1,960 2,576 2,807 UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA - “JÚLIO MESQUISTA FILHO” Química Analítica Ambiental – Prof. Dr. André Henrique Rosa Campus Sorocaba - Engenharia Ambiental 26 TIPOS DE AMOSTRAGEM- Há dois tipos de amostragem: amostragem ao acaso e amostragem representativa ou sistemática. A AMOSTRAGEM AO ACASO - Aplica-se aos materiais com distribuição inteiramente casual. Então, os incrementos são tomados ao acaso. Logo, cada porção do universo tem a mesma probabilidade de ser incluída na amostra. Ex.: Amostragem de peixes. A AMOSTRAGEM REPRESENTATIVA - Aplica-se, particularmente, aos universos caracterizados por variações sistemáticas. - Neste caso, universo é dividido em um certo número real ou imaginário de cada estrato ou seção. - De cada estrato ou seção, deve-se tomar um número proporcional de incrementos ao acaso, segundo um plano sistemático. Ex.: Amostragem de solo para fins de fertilidade. Esquema representativo para demarcar pontos de amostragem de solo para fins de fertilidade, em uma propriedade rural. Exemplo de amostragem sistemática. UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA - “JÚLIO MESQUISTA FILHO” Química Analítica Ambiental – Prof. Dr. André Henrique Rosa Campus Sorocaba - Engenharia Ambiental 27 Esquema representativo para amostrar solo para fins de fertilidade. Quarteamento de amostra de solo. AMOSTRAGEM DE MATERIAIS SÓLIDOS Materiais sólidos em fragmentos grosseiros - O caso típico é o de minérios, geralmente extraídos na forma de fragmentos de diferentes tamanhos e composição variável. - O processo de amostragem é relativamente difícil devido a possibilidade de segregação. UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA - “JÚLIO MESQUISTA FILHO” Química Analítica Ambiental – Prof. Dr. André Henrique Rosa Campus Sorocaba - Engenharia Ambiental 28 ESQUEMA REPRESENTATIVO DE POSSIBILIDADES DE SEGREGAÇÃO DE MATERIAIS SÓLIDOS Locais escolhidos para ilustrar a segregação: A - Ocorrência na estocagem industrial da areia seca em silo; B - Ocorrência no carregamento à granel em caminhão; C - Ocorrência no caminhão durante transferência da areia à granel do consumidor; D - Ocorrência no descarregamento à granel do caminhão; E - Ocorrência em laboratório, no manuseio da amostra para análise. UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA - “JÚLIO MESQUISTA FILHO” Química Analítica Ambiental – Prof. Dr. André Henrique Rosa Campus Sorocaba - Engenharia Ambiental 29 - Porções do material são intermitentemente removidas de uma correia transportadora ou o material pode ser forçado através de uma calha ou série de calhas resultando na separação contínua de uma certa fração do fluxo. - Os incrementos para formar a amostra bruta são preferentemente tomados do material em movimento. - No caso de materiais estacionários, é preciso considerar que, raramente se tem uma completa distribuição ao acaso. - Então, o depósito é dividido em seções pela superfície e, de cada seção, retira-se de alto a baixo um numero regular de incrementos. ESQUEMA REPRESENTATIVO DE PONTOS DE AMOSTRAGEM PARA MATERIAIS SÓLIDOS EM GERAL. UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA - “JÚLIO MESQUISTA FILHO” Química Analítica Ambiental – Prof. Dr. André Henrique Rosa Campus Sorocaba - Engenharia Ambiental 30 MATERIAIS SÓLIDOS GRANULADOS Sondas para amostragens de materiais granulados (cereais). Muitas matérias primas e produtos da indústria química ocorrem na forma de pós, pequenos grãos ou cristais, com variabilidade relativamente pequena na composição. Os incrementos podem ser tomados, de alto a baixo ou de lado a lado de cada unidade, com o auxilio de sondas para sólidos. Amostragens de granulados (cereais, fertilizantes). UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA - “JÚLIO MESQUISTA FILHO” Química Analítica Ambiental – Prof. Dr. André Henrique Rosa Campus Sorocaba - Engenharia Ambiental 31 EXEMPLO DE AMOSTRAGEM DE SOLOS EM ESTUDOS AMBIENTAIS PROJETO RIO NEGRO-AM MATERIAIS / EQUIPAMENTOS DE APOIO UTILIZADOS PARA AMOSTRAGENS. Barco principal (Paloma), utilizado para amostragens de água, peixes, sedimentos e solos na Bacia do Rio Negro-AM. Barco de apoio utilizado para amostragens de água, peixes, sedimentos e solos na Bacia do Rio Negro-AM. UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA - “JÚLIO MESQUISTA FILHO” Química Analítica Ambiental – Prof. Dr. André Henrique Rosa Campus Sorocaba - Engenharia Ambiental 32 Barco de apoio retornando de coleta de amostras de solos na Bacia do Rio Negro-AM. Laboratório montado no Barco “Paloma” para fazer algumas análises em amostras da Bacia do Rio Negro-AM. Laboratório montado no Barco “Paloma” para fazer algumas análises em amostras da Bacia do Rio Negro-AM. Bacia do Médio Rio Negro-AM UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA - “JÚLIO MESQUISTA FILHO” Química Analítica Ambiental – Prof. Dr. André Henrique Rosa Campus Sorocaba - Engenharia Ambiental 33 Quadro 1 – Caracterização, classificação pedológica e características da região de coleta das amostras de solo da Bacia do Médio Rio Negro-AM. AMOSTRAS CLASSIFICAÇÃO PEDOLÓGICA CARACTERÍSTICAS DA REGIÃO Iara Solo gley húmico Região alagável por rio de coloração escura Carvoeiro 3 Solo hidromórfico alúvel Região alagável por rio de coloração escura Ramada Solo hidromórfico alúvel Região alagável por rio de coloração escura Araçá 2 Solo gley pouco húmico Região alagável pelo Rio Branco (coloração clara) Carvoeiro 1 Solo pdzólico vermelho amarelo Mata da região de carvoeiro não alagável Tucandera Solo plíntico, laterita hidromórfico Região não alagável próxima ao barranco de Barcelos Araçá 1 Solo pdzólico vermelho amarelo plíntico Região não alagável, próxima ao lago Araçá Bacia do Médio Rio Negro-AM UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA - “JÚLIO MESQUISTA FILHO” Química Analítica Ambiental – Prof. Dr. André Henrique Rosa Campus Sorocaba - Engenharia Ambiental 34D1 C1 B1 A1 D3 C 3 B3 A3 D2 C 2 B2 A2 Pr o fu n di da de de co le ta (cm ) 0-10 10-20 20-40 40-60 D1 C1 B1 A1 D3 C 3 B3 A3 D2 C 2 B2 A2 Pr o fu n di da de de co le ta (cm ) 0-10 10-20 20-40 40-60 R eg iã o X A = ∑ A D = ∑ D 1- 3- R eg iã o X A = ∑ A A = ∑ B = ∑ B C = ∑ C B = ∑ B B = ∑ C = ∑ C C = ∑ C D = ∑ D D = ∑ D 1- 3 1- 3 1- 3 D1 C1 B1 A1 D3 C 3 B3 A3 D2 C 2 B2 A2 Pr o fu n di da de de co le ta (cm ) 0-10 10-20 20-40 40-60 D1 C1 B1 A1 D3 C 3 B3 A3 D2 C 2 B2 A2 Pr o fu n di da de de co le ta (cm ) 0-10 10-20 20-40 40-60 R eg iã o X A = ∑ A D = ∑ D 1- 3- R eg iã o X A = ∑ A A = ∑ B = ∑ B C = ∑ C B = ∑ B B = ∑ C = ∑ C C = ∑ C D = ∑ D D = ∑ D 1- 3 1- 3 1- 3 R eg iã o X A = ∑ A D = ∑ D 1- 3- R eg iã o X A = ∑ A A = ∑ B = ∑ B C = ∑ C B = ∑ B B = ∑ C = ∑ C C = ∑ C D = ∑ D D = ∑ D 1- 3 1- 3 1- 3 Esquema utilizado para amostrar solos da Bacia do Rio Negro-AM Amostragem com Sonda Amostragem com sonda: dificuldades em solos arenosos UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA - “JÚLIO MESQUISTA FILHO” Química Analítica Ambiental – Prof. Dr. André Henrique Rosa Campus Sorocaba - Engenharia Ambiental 35 Amostragem de solo (Serrapilheira) em área alagável da Floresta Amazônica na Bacia do Rio Negro-AM. Amostragem de solo com trado manual. Amostras retiradas em várias profundidades (0 - 0,6 m) em área alagável da Floresta Amazônica - Bacia do Rio Negro-AM. Amostragem de solo com trado manual e facão. Amostras retiradas em várias profundidades em área não alagável da Floresta Amazônica - Bacia do Rio Negro-AM. Amostragem de solo na floresta Amazônica com trincheira. Determinação da densidade UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA - “JÚLIO MESQUISTA FILHO” Química Analítica Ambiental – Prof. Dr. André Henrique Rosa Campus Sorocaba - Engenharia Ambiental 36 Amostragem de solo com facão e boca de lobo. Amostras retiradas em várias profundidades (0 - 0,6 m) em área não alagável da Floresta Amazônica - Bacia do Rio Negro-AM. Perfil do solo (área não alagável) da Floresta Amazônica - Bacia do Rio Negro-AM. Solo na barranca do Rio Aracá-AM Solo na barranca do Rio Aracá-AM Amostras de solo da região do Rio Aracá-AM Transporte de amostras de solos até o barco UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA - “JÚLIO MESQUISTA FILHO” Química Analítica Ambiental – Prof. Dr. André Henrique Rosa Campus Sorocaba - Engenharia Ambiental 37 AMOSTRAGEM DE SEDIMENTOS “Chemical Time Bomb” ? A mobilização de metais de sedimentos em recursos hídricos é causada, principalmente, por quatro tipos de mudanças químicas na água: 1) Elevada concentração salina; 2) Modificações nas condições redox; 3) Diminuição do pH; 4) Aumento de agentes complexantes naturais e sintéticos; É muito útil para coleta de silte, lodo e matéria orgânica em água de pouca correnteza. Não se adapta a sedimentos de natureza arenosa e pedregosa. Devido seu peso 14-17 kg e sistema de alavanca, permite amostrar substrato de areia, cascalho e argila. Amostragem de sedimentos no Reservatório de Ibitinga-SP - Rio Tietê. Transporte de amostras de solos até o barco UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA - “JÚLIO MESQUISTA FILHO” Química Analítica Ambiental – Prof. Dr. André Henrique Rosa Campus Sorocaba - Engenharia Ambiental 38 Detalhes de amostrador de sedimentos desenvolvido no INPA e utilizado em amostragens na Bacia do Rio Negro-AM. Amostragem de sedimentos na Bacia do Rio Negro-AM. UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA - “JÚLIO MESQUISTA FILHO” Química Analítica Ambiental – Prof. Dr. André Henrique Rosa Campus Sorocaba - Engenharia Ambiental 39 Mergulhamento: principal procedimento para coleta de sedimentos. Sedimentos coletados no Reservatório de captação de água superficial “Anhumas” Araraquara-SP. REPRESA ANHUMAS, ARARAQUARA-SP Exemplo de amostragem de sedimentos/solos em estudos ambientais. Amostragem de solos em aterro de resíduos sólidos Amostragem sistemática em leiras de cana de açúcar UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA - “JÚLIO MESQUISTA FILHO” Química Analítica Ambiental – Prof. Dr. André Henrique Rosa Campus Sorocaba - Engenharia Ambiental 40 - A amostragem de um líquido homogêneo é, obviamente, uma operação muito simples, a qual consiste em recolher a quantidade de líquido requerida. - No caso de líquidos viscosos, líquidos contendo componentes em suspensão, sistemas formados por líquidos imiscíveis etc. onde é caracterizada a condição de heterogeneidade, a amostra requer uma técnica apropriada a cada caso. - Quando não há indicação de material sólido sedimentado ou líquido imiscíveis, a amostra pode ser recolhida em um recipiente adequado, o qual se deixa, primeiramente, descer até o fundo do recipiente e depois, sem pausa, se faz subir até o alto a mesma velocidade. - Emulsões e suspensões bastante estáveis podem ser amostradas de forma semelhante. Entretanto, sempre que possível, é recomendável, agitar previamente o material. - Um caso especial é o de líquidos em movimentos, nos quais a composição pode variar com o tempo ou de ponto na corrente. - Então, toma-se uma amostra simples, contínua ou intermitente por meio de um tubo introduzido no líquido em movimento. - O material é recolhido continuamente ou os incrementos tomados em intervalos definidos formando a amostra composta. UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA - “JÚLIO MESQUISTA FILHO” Química Analítica Ambiental – Prof. Dr. André Henrique Rosa Campus Sorocaba - Engenharia Ambiental 41 COLETORES PARA LÍQUIDOS Amostrador de Zobell: É constituído, basicamente de uma estrutura de metal (A), um dispositivo pesado de metal (mensageiro) (B), um tubo de vidro fechado (C)acoplado em tubo de borracha (D) e um frasco de vidro de aproximadamente 350 ml (E). Para a coleta, faz-se descer o equipamento no corpo de água até que o mesmo atinja a profundidade desejada. Solta- se o mensageiro (B) para que ele quebre o tubo de vidro (C). Pelo tubo de borracha (D), a água é succionada para dentro do amostrador. Amostrador de Kemmerer: É constituído de um cilindro de latão ou tubo de plástico com capacidade de aproximadamente 1.200ml (F) que contém, nas duas extremidades, uma válvula e um tampão de borracha (G e D). As válvulas são conectadas por m tubo que passa pelo centro do cilindro (F) e por dentro do qual corre o cordel que suspende o equipamento. Quando o aparelho desce através da água, as duas extremidades permanecem abertas, de maneira que o liquido passa livremente pelo interior do cilindro, não havendo possibilidade de mistura da água das camadas superiores com as inferiores. Amostragem de líquido em movimento Amostragem de líquido em movimento Município de Bertioga-SP UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA - “JÚLIO MESQUISTA FILHO” Química Analítica Ambiental – Prof. Dr. André Henrique Rosa Campus Sorocaba - Engenharia Ambiental 42 Ao atingir a profundidade desejada, deixa-se cair o mensageiro de bronze, de extremidade cônica, que, ao se chocar com a tampa superior, produz a abertura de um dispositivo, através do qual passa o tubo central de latão. Este tubo puxa a tampa inferior e deixa cair a superior de maneira que as extremidades do cilindro se fecham hermeticamente. Garrafa de Van Dorn: O princípio de funcionamento é semelhante ao do amostrador de Kemmerer. O amostrador é mergulhado aberto em ambas as extremidades e, após atingir a profundidade desejada, deixa-se cair o mensageiro que fecha hermeticamente esse amostrador. O equipamento se destina à coleta de amostras estratificadas, principalmente para estudar a distribuição vertical do plâncton e as condições do corpo de água. Uma das limitações de amostragem efetuada com a garrafa de van Dorn é a dificuldade de amostrar animais que apresentam maior mobilidade. Frasco amostrador para água, desenvolvido no Laboratório de Química Ambiental. Descendo Enchendo UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA - “JÚLIO MESQUISTA FILHO” Química Analítica Ambiental – Prof. Dr. André Henrique Rosa Campus Sorocaba - Engenharia Ambiental 43 A coleta de amostra em campo é, provavelmente, o passo mais importante de um Programa de Monitoramento de Qualidade de Água. POSSÍVEIS FONTES DE CONTAMINAÇÃO DE AMOSTRAS DURANTE A COLETA 1) No caso de ser necessária a utilização de agentes preservantes ou fixadores, deve-se empregar reagentes de grau analítico. Minimizando o comprometimento da integridade da amostra através da redução dos riscos de contaminação e introdução de substâncias interferentes; 2) Observar o prazo de validade, condição física dos frascos de armazenamento, presença de contaminantes grosseiros (material em suspensão) etc.; 3) Deve-se ter cuidado para não tocar a parte interna dos frascos e equipamentos de coleta, ou ainda evitar sua exposição a pó e outras impurezas que possam ser grande fonte de contaminação como gasolina, óleo, fumaça de exaustão de veículos. 4) As cinzas e fumaça de cigarro podem ser fontes potenciais de contaminação, principalmente no que diz respeito a metais pesados, fosfatos, amônia e outras substâncias, Qual o fator que pode levar a contaminação da amostra na Figura? AMBIENTAÇÃO DO COLETOR E DO FRASCO DE ARMAZENAMENTO PARA EVITAR CONTAMINAÇÃO DA AMOSTRA. Coletas feitas no Rio Itapanhaú (Parque Estadual da Serra do Mar). UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA - “JÚLIO MESQUISTA FILHO” Química Analítica Ambiental – Prof. Dr. André Henrique Rosa Campus Sorocaba - Engenharia Ambiental 44 Definição dos pontos de coleta - Deve-se defini-los baseado nas informações em que se busca. - Evitar locais de difícil acesso como trilhas, pontes, regiões com muita vegetação, locais com grande tráfego de veículos. - Deve-se evitar a coleta de sedimento de fundo e organismos bentônicos a partir de pontes, já que o sedimento “sob ponte” não é o natural do curso do corpo ’água. Pontos de amostragem em grandes cursos de água. A - Controle na região superior da área em estudo; B - Monitoramento de fontes poluidoras não pontuais (exemplo: poluição agrícola); C - Amostragem de descargas no ponto de lançamento no corpo receptor; D - Pontos múltiplos a jusante dos lançamentos, para verificar a sua mistura no sentido lateral; E - Amostragem em tributários, na área de sua desembocadura no corpo receptor em estudo; F - Monitoramento a jusante do tributário, após sua mistura no corpo receptor). Desinfecção da torneira de amostragem antes de coletar amostra de água. Desinfecção da torneira de amostragem antes de coletar amostra de água. Em tributário cuja vazão corresponde de 10% a 20% da vazão do corpo principal não precisa ser realizada amostragem, a não ser que esteja altamente poluído. UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA - “JÚLIO MESQUISTA FILHO” Química Analítica Ambiental – Prof. Dr. André Henrique Rosa Campus Sorocaba - Engenharia Ambiental 45 SONDAS DE MEDIÇÃO “IN SITU” 1) Antes da utilização da sonda, verificar a execução dos procedimentos de calibração, geralmente descritos no manual do instrumento; 2) A “cabeça” da sonda, onde ficam encaixados os eletrodos de medição, deve ficar imersa em solução condicionante específica ou em água deionizada para manter as membranas dos eletrodos hidratadas. No entanto, este procedimento não exclui a necessidade de calibração periódica da sonda com soluções padrões para cada parâmetro ou solução de calibração única como descrito no manual do instrumento; 3) Deve-se ter cuidado para não encostar a “cabeça” da sonda no sedimento de fundo. Este erro pode ser evitado através da determinação prévia da profundidade do perfil amostrado. Caso ocorra, a sonda deve ser lavada com a própria água do corpo d’água amostrado antes da próxima medição. 4) Antes de começarem as medidas em um próximo ponto do mesmo corpo d’água, deve-se lavar a cabeça da sonda, onde ficam os eletrodos, com água destilada ou deionizada ou, opcionalmente, com a própria água do manancial naquele ponto. Sonda para medidas “in-situ” Disco de Secchi: a transparência da coluna d’água é uma das mais importantes variáveis utilizadas para avaliação do metabolismo/reações químicas e bioquímicas em um ecossistema aquático. UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA - “JÚLIO MESQUISTA FILHO” Química Analítica Ambiental – Prof. Dr. André Henrique Rosa Campus Sorocaba - Engenharia Ambiental 46 TÉCNICAS DE PRESERVAÇÃO E ARMAZENAMENTO DE AMOSTRAS Os principais objetivos dos métodos de preservação de amostras são: 1) Retardar a ação biológica e a hidrólise dos compostos químicos e complexos; 2) Reduzir a volatilidade dos constituintes e os efeitos de absorção; 3) Preservar organismos, evitando alterações morfológicase fisiológicas. TÉCNICAS DE PRESERVAÇÃO DE AMOSTRA DE ÁGUA Adição Química: consiste na adição de um ou mais reagentes químicos que irão preservar (aprisionar) o(s) analito(s) de interesse. Exemplos: Utilização de sulfato de manganês e iodeto de azida na quantificação do OD e solução de formalina para a identificação-quantificação da população fito e zooplanctônica. Congelamento: é um procedimento aceitável para algumas análises (p.e. Hg), mas não deve ser vista como técnica de preservação universal. Porém, esta técnica é inadequada para algumas determinações biológicas e microbiológicas, podendo ocasionar ruptura das células com perda de funcionalidade e caracteres morfológicos. Refrigeração: embora não mantenha completa a integridade de todos os parâmetros, interfere de modo insignificante na maioria das determinações de laboratório. É uma técnica muito utilizada na preservação de amostras para determinações microbiológicas e algumas determinações químicas, além de agregar um custo muito baixo. Armazenamento: os tipos de frascos mais utilizados no armazenamento de amostras são os de plástico, vidro borossilicato e do tipo descartável, sendo estes últimos empregados quando o custo da limpeza torna-se muito oneroso. A escolha dos frascos geralmente é feita de acordo com o conjunto de determinações a serem realizadas na amostra coletada, por exemplo, frascos para coleta de amostras destinadas à análise biológica, microbiológica, físico-química, biocidas, etc MATERIAL CONDIÇÕES OPERACIONAIS VIDRO POLIETILENO Interferência com a amostra Inerte a todos os constituintes exceto a forte alcalinidade Inerte a todos constituintes exceto pesticidas, óleos e graxas Peso Pesado Leve Resistência Muito frágil Durável Limpeza Fácil Dificuldade na remoção de componentes adsorvíveis Esterelizáveis Sim Difícil. Óxido de etileno e radiações gama. Alguns autoclaváveis UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA - “JÚLIO MESQUISTA FILHO” Química Analítica Ambiental – Prof. Dr. André Henrique Rosa Campus Sorocaba - Engenharia Ambiental 47 CUIDADOS E RECOMENDAÇÕES PARA PRESERVAÇÃO E ARMAZENAMENTO DE AMOSTRAS. FRASCO AMOSTRA PRESERVAÇÃO PRAZO NOTAS Acidez P, V 200 mL R 24h ---- Alcalinidade P 200 mL R ---- Reduzir ao máximo a exposição ao ar DBO P, V 200 mL R 24h ---- DQO P, V 200 mL R 7 dias Efluentes contendo óleos vegetais, manter refrigeração a 4ºC. Dureza P, V 200 mL R 7 dias ---- Mercúrio P, V 250 mL 0,5 g/L de K2Cr2O7 e 50 mL/L de HNO3 PA 10 dias ---- Metais Totais (sedimentos) P 1-2 Kg Congelar a menos 20 ºC 180 dias Metais Totais (sedimentos) Metais Totais (água superficial) P, V 1000 mL HNO3 até pH < 2 180 dias Metais Totais (água superficial) Metais Solúveis P, V 1000 mL - não usar V para Na e K;- não usar P para Li; 180 dias Metais Solúveis Oxigênio dissolvido P,V 300 mL 2 mL sol. MnSO4 e 2 mL reagente álcali – iodeto azida 4-8 h Oxigênio dissolvido Pesticidas e organoclorados V (âmbar) 500-1000 mL (alta concentração) 2000 mL (baixa concentração) R 7 dias Pesticidas e organoclorados Referência interessante sobre coleta e preservação de amostras: Guia de coleta e preservação de amostras de água. 1ª Edição, CETESP: São Paulo, 1981. UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA - “JÚLIO MESQUISTA FILHO” Química Analítica Ambiental – Prof. Dr. André Henrique Rosa Campus Sorocaba - Engenharia Ambiental 48 COLETA DE AMOSTRAS PARA EXAME MICROBIOLÓGICO 1) o frasco (borosilicato ou plástico) após autoclavagem deve ser mantido fechado até o momento da coleta; 2) a amostra deve ser representativa da água que está sendo coletada; 3) o volume da amostra não deve ser inferior a 100 mL; Na coleta de campo, após a retirada da tampa (embaixo d’água), segura-se o frasco pela base, mergulhando-o até uma profundidade de aproximadamente 20 cm da superfície da água. O frasco deve ser dirigido de modo que a boca fique no sentido contrário à correnteza. Após a coleta, deve-se deixar um espaço vazio, desprezando-se uma pequena porção da amostra. Este vazio irá permitir a homogeneização da amostra, bem como a vida dos seres aeróbios durante várias horas. Conservação e preservação 1) Exame microbiológicos deve ser realizado o mais rápido possível; 2) No caso de não ser possível, as amostras devem ser acondicionadas sob refrigeração, entre 4 e 10°C, até a chegada ao laboratório, num prazo máximo de até 30 horas após a coleta; 3) Não se deve utilizar nenhum preservante químico para conservar a amostra até a ocasião da análise; UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA - “JÚLIO MESQUISTA FILHO” Química Analítica Ambiental – Prof. Dr. André Henrique Rosa Campus Sorocaba - Engenharia Ambiental 49 ALGUNS EXEMPLOS DE ESTUDOS/COLETAS DE ÁGUA Coleta de água em poço de inspeção. Coleta de água em poço de inspeção. “Piscina” da pista de prova de aviões. Medida do nível de água da “piscina” da pista de prova de aviões. Equipamentos para coleta amostras de água da “piscina” da pista de prova de aviões. Coleta de amostras de água da “piscina” da pista de prova de aviões. UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA - “JÚLIO MESQUISTA FILHO” Química Analítica Ambiental – Prof. Dr. André Henrique Rosa Campus Sorocaba - Engenharia Ambiental 50 Suporte plástico para submergir frasco amostrador de água à diferentes profundidades. Calibração de eletrodo medidor de pH e cuidados para evitar contaminação na chegada ao local de amostragens Rio Negro-AM. Medida da temperatura e condutividade da água - Rio Negro-AM. Medida da intensidade luminosa e infiltração de luz solar na água - Rio Negro-AM. Luvas para evitar contaminação durante a amostragem de água - Rio Negro-AM. Frasco PET, acondicionado individualmente em 3 sacos plásticos para evitar contaminação durante a amostragem de água Rio Negro-AM. UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA - “JÚLIO MESQUISTA FILHO” Química Analítica Ambiental – Prof. Dr. André Henrique Rosa Campus Sorocaba - Engenharia Ambiental 51 Condicionamento do frasco PET utilizado para amostragem água - Rio Negro-AM. Frasco PET cheio de amostra de água - Rio Negro-AM. Acondicionamento de frasco PET em 3 sacos de plásticos após amostrar água - Rio Negro-AM. Suporte para amostragem de água de chuva– Rio Negro-AM Amostragem de água de chuva Rio Negro-AMUNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA - “JÚLIO MESQUISTA FILHO” Química Analítica Ambiental – Prof. Dr. André Henrique Rosa Campus Sorocaba - Engenharia Ambiental 52 AVALIAÇÃO DA QUALIDADE DA ÁGUA RIO SOROCABA Objetivos e Relevância: Não há na literatura um estudo sistemático e criterioso da situação atual da qualidade da água do rio Sorocaba especialmente, discriminando seus pontos mais críticos e/ou suas possíveis fontes poluidoras, principalmente no que se refere à presença de espécies metálicas. Desta forma, o objetivo deste trabalho foi avaliar a qualidade da água em 7 diferentes trechos ao longo da bacia rio Sorocaba (cerca de 24 km), desde a represa de Itupararanga em Votorantim até a entrada da Estação de Tratamento de Esgotos (ETE) em construção na cidade de Sorocaba-SP. Pontos de coleta das amostras de água ao longo da Bacia do Rio Sorocaba (cerca de 24 km), desde a represa de Itupararanga - Votorantim até a entrada da Estação de Tratamento de Esgotos de Sorocaba. Represa de Itupararanga. Coletor para amostras de água desenvolvido em nosso laboratório. UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA - “JÚLIO MESQUISTA FILHO” Química Analítica Ambiental – Prof. Dr. André Henrique Rosa Campus Sorocaba - Engenharia Ambiental 53 Coleta de amostra de água na Represa de Itupararanga (P1). Ponte sem saída na cidade de Votorantim (P2). Trecho em que a Rodovia Raposo Tavares corta o rio Sorocaba (P3). Ponte no centro da cidade de Sorocaba (P4). Ponto de coleta em frente ao corpo de bombeiros (P5). Ponto de coleta em frente ao corpo de bombeiros (P5). UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA - “JÚLIO MESQUISTA FILHO” Química Analítica Ambiental – Prof. Dr. André Henrique Rosa Campus Sorocaba - Engenharia Ambiental 54 As amostras foram coletadas à profundidade de aproximadamente 1,0 metro da superfície da água no manancial utilizando-se coletor apropriado. Analisaram-se os seguintes parâmetros: pH, temperatura, cor, turbidez, condutividade e metais (Fe, Al, Ni, Cr, Cu, Ca, Mg, Zn, Ba e Mn). Estes foram determinados por espectrometria de absorção/emissão atômica, após digestão ácida das amostras. AVALIAÇÃO DA QUALIDADE DA ÁGUA DA BACIA DO RIO SOROCABA - RESULTADOS Amostra Cor Turbidez pH Condutividade Temperatura (ºC) P1 Represa 24 5 7 81,7 18,5 P2 Ponte sem saída 33 6 7,0 98,9 19,9 P3 Ponte da Raposo 85 14 6,8 147,7 20,0 P4 Ponte do centro 97 18 6,9 175,2 20,4 P5 C. de Bombeiro 120 23 6,8 202 21,1 P6 Castelinho 135 24 6,9 205 21,1 P7 Ponte J. Brasilândia 127 23 6,8 210,2 23,3 Ponto de coleta próximo a ponte da Castelinho (P6). Ponto de coleta próximo à ETE (P7). UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA - “JÚLIO MESQUISTA FILHO” Química Analítica Ambiental – Prof. Dr. André Henrique Rosa Campus Sorocaba - Engenharia Ambiental 55 BIBLIOGRAFIA ROSA, A.H.; ROSA, A.H.; CARDOSO, A.A. “Introdução à química ambiental”, Ed. Bookman, Porto Alegre-RS, 154p, 2004. ROCHA et al. Recursos hídricos - noções sobre o desenvolvimento do saneamento básico. Saneamento ambiental, n 39, p.36, 1996. GRASSI, M.T. As águas do planeta terra. Cadernos Temáticos de Química Nova na Escola, no 1, p. 31-40, 2001. BATTALHA, B.L.; PARLATORE, A.C. Controle da qualidade da água para consumo humano - Bases conceituais e operacionais. CETESB, São Paulo, 1977. UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA - “JÚLIO MESQUISTA FILHO” Química Analítica Ambiental – Prof. Dr. André Henrique Rosa Campus Sorocaba - Engenharia Ambiental 56 PROCEDIMENTOS BÁSICOS E SUGESTÕES A SEREM CONSIDERADAS ANTES, DURANTE E APÓS PROCEDIMENTOS DE COLETA DE AMOSTRAS DE ÁGUA. Cuidados a serem tomados durante a coleta de amostra de água As amostras coletadas não devem incluir partículas grandes, folhas, detritos ou outro tipo de material estranho coletado acidentalmente, exceto no caso de sedimento de fundo (Exceto se o estudo requer. Ex: metais totais). As determinações de campo utilizando-se eletrodos indicadores devem ser feitas tomando-se alíquotas separadas das que serão enviadas ao laboratório, sendo importante ressaltar que todos os equipamentos de medição “in-situ” deverão estar devidamente calibrados com as respectivas soluções padrões de referência. As amostras deverão ser coletadas em volume suficiente para atender a demanda das análises a serem realizadas. No caso da análise de DBO, clorofila e outras determinações biológicas e microbiológicas, as amostras deverão ser acondicionadas diferenciadamente. As amostras que exigirem refrigeração para manutenção de sua integridade física e química, devem ser transferidas e acondicionadas em isopor com gelo; Alguns parâmetros dispensam este tipo de procedimento, como é o caso do oxigênio dissolvido (OD), fixado através de reações apropriadas; Observações a serem consideradas antes da saída para as coletas de água 1) Observar o número de frascos disponíveis para acondicionamento das amostras após a coleta, bem como verificar se há algum tipo de vazamento, frascos sem tampa, etc; 2) Verificar o estado físico do frasco de coleta de água, se foi adequadamente higienizada, redes de plâncton, draga para coleta de sedimento de fundo, sonda para medição “in-situ”, se possível, proceder sua calibração antes da chegada em campo; 3) Verificar o estado das soluções padrões de calibração da sonda; observando prazos de validade, presença de materiais estranhos, em suspensão ou sedimentados, crescimento fúngico, etc; UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA - “JÚLIO MESQUISTA FILHO” Química Analítica Ambiental – Prof. Dr. André Henrique Rosa Campus Sorocaba - Engenharia Ambiental 57 4) No caso de necessidade de alguma solução de preservação ou fixadora, acondicioná-las em locais bem calçados para evitar contato e atrito, de modo que resistam bem às turbulências da viagem ; 5) No caso de levar-se vidrarias de auxílio: pipeta, proveta, becker, etc; preferir os de material plástico; senão,macondicioná-las de modo a protegê-las de qualquer atrito durante a viagem; As amostragens em cursos de água devem ser feitas a montante e a jusante das fontes poluidoras, com a inclusão opcional de pontos adicionais para avaliar o grau de poluição ou assimilação de carga orgânica ao longo do trecho em estudo. Deve-se evitar pontos localizados nas proximidades das margens (região litorânea), já que esta é naturalmente mais produtiva, além de haver riscos de contaminação da amostra pelos sedimentos de fundo através de revolvimento quando da entrada do técnico responsável pela amostragem. 6) Nunca “deitar” os reagentes fixadores e preservantes levados a campo, mantendo-os sempre em posição vertical; 7) No caso de coleta de amostras para análise de composição planctônica, levar frascos separados, preferencialmentede cor âmbar, já com quantidade suficiente de solução preservante (ex: formol); 8) Providenciar água destilada para lavagem de pipetas, “cabeça” da sonda e rede de coleta de plâncton. Acondicioná-la em recipiente de plástico de capacidade média (5 a 10 litros), transferindo-o sempre que necessário para pissetas; 9) Providenciar uma caixa de primeiros socorros, devidamente identificada, luvas cirúrgicas e, no caso de coleta de sedimento, luvas de proteção contra o atrito do cabo metálico das dragas; 10) Levar, se possível, reagentes neutralizantes das soluções de preservação e fixação em caso de derramamento, vazamento, durante a coleta e/ou transporte; UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA - “JÚLIO MESQUISTA FILHO” Química Analítica Ambiental – Prof. Dr. André Henrique Rosa Campus Sorocaba - Engenharia Ambiental 58 Primeiro passo da coleta - Identificação das amostra de água 1) Identificação da amostra (número do ponto, localização GPS e ponto de referência se possível, profundidade coletada); 2) Data e hora de coleta; 3) Dados das variáveis medidas "in situ” (pH, condutividade elétrica, oxigênio dissolvido, temperatura, profundidade Secchi, etc.); 4) Condições meteorológicas que possam interferir na qualidade da água; 5) Nome do responsável pela coleta; Durante os trabalhos de campo 1) No caso de proceder-se, em uma mesma campanha, coleta de água, sedimento e sondagens “in-situ”, iniciar por esta última, seguida pela coleta de água e sedimento, nesta ordem; 2) Calibrar a sonda quando da mudança de um corpo d’água para outro como medida de segurança na obtenção dos dados; 3) Proteger as planilhas de anotações da ação dos ventos e chuva, mantendo-as guardadas em pastas plásticas; 4) Anotar todas as condições observadas no local de amostragem, atentando para condições climáticas e demais condições ambientais, além de fatos que possam interferir e ajudar quando da interpretação dos dados; Após os trabalhos de campo 1) Dispor o material coletado no bagageiro do carro de transporte de modo a obter estabilidade durante a viagem de volta. 2) Verificar a situação da refrigeração das amostras, substituindo o gelo quando necessário. 3) Acondicionar os reagentes químicos de maneira segura, de modo a evitar vazamentos ou atrito durante a viagem. UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA - “JÚLIO MESQUISTA FILHO” Química Analítica Ambiental – Prof. Dr. André Henrique Rosa Campus Sorocaba - Engenharia Ambiental 59 • PRÉ-CONCENTRAÇÃO • AMOSTRAGEM DE MATERIAIS GASOSOS • MATERIAL PARTICULADO • AMOSTRAGEM DE AR PARA DETERMINAÇÕES DE MERCÚRIO GASOSO PRÉ-CONCENTRACÃO INTRODUÇÃO - elementos traço = µg g-1 (ppm), ng g-1 (ppb), pg g-1 (ppt); - grande variedade de técnicas modernas instrumentais são empregadas para detecção e determinação de elementos traço; - Embora sensíveis e seletivas, sua aplicação direta é freqüentemente difícil quando: a) as concentrações dos elementos traço desejados são extremamente baixas; b) existência de substâncias interferentes na amostra; c) elementos traço desejados não são distribuídos homogeneamente na amostra; d) padrões de calibração apropriados não estão disponíveis; e) estado físico-químico da amostra não é adequado para a determinação direta. De acordo com a Internation Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC): - Pré-concentração é uma operação que resulta em aumento na relação entre as concentrações de micro e macro componentes, não só melhorando o limite de detecção, como também reduzindo o efeito de matriz e ganhando em exatidão, facilitando a calibração. - Para validade dos resultados analíticos, a pré-concentração deve atender a certos requisitos: a) a amostra precisa ser representativa; b) o volume amostrado precisa ser compatível com a sensibilidade do método de análise, para um dado intervalo de concentração; c) o componente de interesse da amostra não pode sofrer perdas por transformação descontrolada. UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA - “JÚLIO MESQUISTA FILHO” Química Analítica Ambiental – Prof. Dr. André Henrique Rosa Campus Sorocaba - Engenharia Ambiental 60 - Entretanto, a pré-concentração aumenta o tempo requerido para análise e pode envolver riscos de contaminação e perdas dos elementos traço. - Deve-se estabelecer um critério na escolha do método a ser utilizado, dependendo do tipo da matriz e da técnica que será utilizada posteriormente. AMOSTRAGEM DE MATERIAIS GASOSOS Composição típica de gases na saída de chaminés de fornos a carvão. - Devido às baixas concentrações de vários poluentes atmosféricos, frequentemente é necessário concentra- los (ou pré-concentra-los) no ato da amostragem. - A amostragem de gases representa problemas mais variados e mais difíceis do que pode parecer, à primeira vista. - Alguns dos problemas referem-se à condição de heterogeneidade do material a amostrar. - Ou, a necessidade de recolher uma amostra representativa para um período de tempo suficiente, enquanto a mistura gasosa flui através de um conduto. Contaminação e perdas - Contaminação: introduz na amostra o próprio elemento a ser analisado ou outras substâncias interferentes. Podem ocorrer devido a presença de impurezas dos reagentes analíticos ou erros cometidos pelos analistas. - Perdas: adsorção sobre as paredes dos recipientes, evaporação durante a decomposição da amostra, imperfeições nas técnicas de separação ou falta de cuidado na manipulação pelos analistas. - A minimização de contaminações e perdas é essencial para obtenção de resultados analíticos confiáveis. - Quanto menor a concentração do elemento traço, maiores os problemas. UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA - “JÚLIO MESQUISTA FILHO” Química Analítica Ambiental – Prof. Dr. André Henrique Rosa Campus Sorocaba - Engenharia Ambiental 61 Armazenagem - Quanto mais tempo a amostra fica estocada, maior é a probabilidade de contaminação, perdas devido à reação ou sorção. - A estabilidade de estocagem depende do: material que é feito o recipiente de estocagem, concentração do constituinte estocado, outras espécies químicas presentes e condições ambientais. Interferências Típicas - O gás sob investigação e o interferente coexistem na atmosfera, e a pré-concentração pode aumentar a concentração de ambos fornecendo um meio (absorção líquida ou adsorção sólida) para a reação entre eles. Expressando a composição de materiais Gasolina com 22 % de álcool. O que significa? 780 mL de gasolina e 220 mL de álcool ou 780 gramas de gasolina e 220 gramas de álcool ? Sempre que se for expressar valores em porcentagem, deve-se fazê-lo indicando se as razões são entre v/v ou m/m. No caso da gasolina: 22 % (v/v) Em análises ambientais, devido às baixas concentrações das espécies presentes, é inconveniente expressar os resultados em partes por cem. Geralmente se utilizam µg g-1 (ppm), ng g-1 (ppb), pg g-1 (ppt); Por quê? Ex: NO2 na atmosfera é de ≈ 0,000000012 % (v/v) Melhor seria: 12 ppbv (partes por bilhão, 10-9, em relação ao volume) Cuidado ppm ou mg/L podem não ser a mesma coisa! 0,0120 g de MgSO4 em 500 mL água: 0,0120/0,5 = 0,024 g/L ou 24 mg/L 0,0120 g de MgSO4 em 500 g água: 0,0120/500 = 24 10-6 ou 24 ppm 0,0120 g de MgSO4 em 500 mL etanol: 0,0120/455 (detanol = 0,91 g/mL) = 26,4 ppm UNIVERSIDADE
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