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Tópicos especiais em Oceanografia: técnicas de laboratório aplicadas à Oceanografia CG05019 Prof Dr Silvia Kawakami FAOC/IG/UFPA Determinação de oxigênio dissolvido pelo método de Winkler modificado pela azida sódica 1 Objetivo O oxigênio dissolvido (OD) na água é um parâmetro que tem sido determinado tanto para investigação de processos físicos de advecção quanto para estudos de processos biológicos e químicos. De fato, a concentração de OD nos corpos d’água é função de uma combinação de fatores físicos (pressão, temperatura e salinidade) e biológicos (fotossíntese, respiração e oxidação da matéria orgânica). O método de Winkler para OD foi desenvolvido em 1888 e recebeu alterações ao longo dos anos para facilitar o trabalho a bordo e minimizar fontes de erros. As concentrações de OD na água do mar atingem até 8 mL L -1 . O método a seguir apresenta modificações com azida sódica. Conforme os interferentes presentes, pode-se empregar outros métodos, como os eletrométricos. 2 Princípio do método Por este método, o OD na água é, primeiramente, fixado através da reação quantitativa com hidróxido de manganês II em um meio extremamente alcalino para formar um sólido, Mn(OH)3. Mn 2+ + 2 OH - Mn(OH)2 2 Mn(OH)2 + ½ O2 + H2O Mn(OH)3 (s) Após acidificação na presença de excesso de solução de NaI, o composto de manganês IIII oxida o iodeto a iodo, que é estabilizado com a formação do íon I3 - devido ao excesso de I - . 2 Mn(OH)3 + 6 H + + 2 I - 2 Mn2+ + I2 + 6 H2O I2 + I - I3 - A quantidade de I3 - formado é equivalente ao de O2 da solução. O íon I3 - é titulado com tiossulfato de sódio na presença de amido como indicador. Pelas relações estequiométricas, tem-se a concentração de O2 na amostra. I3 - + 2 S2O3 2- 3 I- + S4O6 2- 3 Procedimento Materiais Bureta Agitador mecânico Balões volumétricos de 100 e 1000 mL Béqueres de 150 mL Frascos âmbar para coleta com tampas esmerilhadas Proveta de 50 mL Pipetas volumétricas de 1 e 10 mL Seringas de 5 mL Pisseta Reagentes Solução de sulfato de manganês II (sulfato manganoso) Dissolver 364 g de MgSO4 . H2O p.a. em água destilada e completar o volume em balão volumétrico a 1000 mL. Solução de álcali-iodeto-azida Dissolver 500 g de NaOH p.a. e 150 g de KI p.a. em água destilada e diluir a 1 L (EM BANHO DE ÁGUA FRIA OU GELO), adicionar 10 g de NaN3 p.a. dissolvidos em 40 mL de água destilada. No caso de análise de águas do mar, não é necessária a adição de NaN3 p.a. Ácido sulfúrico Adicionar, cuidadosamente, 50 mL de H2SO4 (95- 97%) a 50 mL de água destilada (usar resfriamento durante o processo!) Solução de tiossulfato de sódio (0,1 N), solução estoque Dissolver 24,82 g Na2S2O3 . 5 H2O em água destilada fervida e esfriada e diluir a 1000 mL. Preservar pela adição de 1 g NaOH por litro e guardar em frasco escuro. Solução de tiossulfato de sódio (0,0125 N) Diluir 250 mL de solução estoque a 200 mL com água destilada e fervida. Dissolver 5 g de Na2S2O3 e completar o volume em balão volumétrico a 1000 mL. Solução de amido Dispersar 1 g de amido solúvel em 100 mL de água destilada e aquecer a solução, deixando ebulir durante 1 min. Esta solução não se conserva por mais de uma semana. 4 Amostragem, manuseio e conservação da amostra As amostras para OD devem ser as primeiras a serem retiradas da garrafa amostradora para se evitar escape de gases devido ao aumento da temperatura. O manuseio das amostras deve ser rápido e cuidadoso para se evitar introdução de bolhas de ar. As amostras são preferencialmente coletadas em frascos (70 mL) de borosilicato de cor âmbar, esmerilhados. A garrafa amostradora deve ter uma torneira adaptada com tubo de borracha de 10 cm e ponta estreita. Lava- se os frascos 2 vezes com a própria amostra de água Tópicos especiais em Oceanografia: técnicas de laboratório aplicadas à Oceanografia CG05019 Prof Dr Silvia Kawakami FAOC/IG/UFPA antes de se coletar a sub-amostra e aproveita-se a lavagem para retirar bolhas de ar do tubo. O tubo de borracha deve ser acomodado no fundo do frasco, o qual deve ser preenchido lentamente até escorrer. Adiciona-se, rapidamente à amostra, 1 mL de cloreto ou sulfato de manganês (2 M) e 1 mL de iodeto alcalino. Fecha-se o frasco cuidadosamente para evitar bolhas de ar sob a tampa. Agita-se o frasco vigorosamente para facilitar a reação de fixação do OD. Aguarda-se um período de meia hora para que ocorra toda precipitação antes de se realizar a análise. A amostra assim fixada por ser estocada por 12 h, ao abrigo da luz e sem variações na temperatura. 5 Análise Padronização do tiossulfato de sódio Colocar 50 mL de água destilada em um béquer de 150 mL Adicionar, separadamente e pela ordem, 2 mL de ácido sulfúrico, 1 mL de iodeto alcalino e 1 mL de sulfato manganoso Agitar a amostra entre cada adição de reagente para evitar precipitação de hidróxido de manganês Em seguida, adicionar 10 mL de solução de iodato padrão (0,100 N) com uma pipeta volumétrica Titular o iodo até se obter uma solução de coloração ligeiramente amarela Adicionar 1 mL de amido (indicador) e continuar a titulação até descoloração da solução Repetir a padronização 3 vezes As reações estequiométricas envolvidas no processo são: IO3 - + 5 I - + 6H + → 3 I2 + 3 H2O I2 + I - → I3 - I3 - + 2 S2O3 2- → 3 I- + S4O6 2- Titulação das amostras Após o período de repouso das amostras, adicionar 1 mL de ácido sulfúrico no próprio frasco e agitar até dissolução do precipitado Transferir 50 mL da amostra para um béquer de 150 mL Lavar o frasco e a tampa com o mínimo de água destilada possível e transferir as águas de lavagem para o béquer com a amostra Evitar perdas neste processo Titular a amostra com a solução de tiossulfato de sódio até atingir cor amarelo claro Adicionar 1 mL de amido e continuar a titulação até o ponto de equivalência (azul para incolor) Cálculos Normalidade do tiossulfato de sódio N IO3- = normalidade do iodato padrão V S2O32- = volume de tiossulfato gasto na titulação N S2O32- = normalidade do tiossulfato de sódio N S2O32 - = N IO3 - x 10 mL/ V S2O32- Concentração de oxigênio dissolvido na amostra Pela estequiometria, tem-se que 1 mol de O2 equivale a 4 mols de tiossulfato ou 2 equivalente-grama. A concentração é dada em mL L -1 . [O2] = (22,4 x NS2O32- x V x 1000)/4 Vamostra V = volume de tiossulfato gasto na titulação da amostra (mL) NS2O32- = normalidade da solução de tiossulfato de sódio R = volume de reagentes adicionados antes da liberação do iodo Vamostra = volume total da amostra 22,4 = volume (L) ocupado por 1 mol de oxigênio gasoso nas CNTP (0 o C e 1 atm) Precisão de método: A precisão do método em termos de desvio padrão é de ± 0,02 mL L -1 para concentrações de OD menores que 2 mL L -1 e ± 0,04 para concentrações de OD acima de 2 mL L -1 . Fontes de erros: A perda de iodo por volatilização da solução acidificada durante, ou antes, da titulação. Este erro pode ser minimizado pela utilização de solução de iodeto alcalino para complexação do iodo em íon tri-iodeto. Foto-oxidação do iodeto em caso a solução acidificada ficar sob exposição à luz intensa, o que leva a concentrações mais elevadas de O2. A oxidação aumenta com o pH, por isso o pH deveser menor que 2,7. No entanto, o excesso de ácido deve ser evitado, pois o íon tiossulfato é uma base fraca e combina-se com H + para formar ácido tiossulfato que é instável e se decompõem em enxofre e ácido sulfuroso ou dióxido de enxofre As impureza dos reagentes podem levar a erros. A solução de manganês II, por exemplo, pode conter quantidades de manganês em estado de oxidação Tópicos especiais em Oceanografia: técnicas de laboratório aplicadas à Oceanografia CG05019 Prof Dr Silvia Kawakami FAOC/IG/UFPA mais elevado, introduzindo erro no sentido de super-estimar a concentração de O2. Devido a isso, deve-se buscar reagentes de alta qualidade e realizar brancos dos reagentes para controle de impurezas. A presença de OD nos reagentes de Winkler também são fontes de erros. Minimiza-se esse erro utilizando reagentes sub-saturados com relação aos sais utilizados. A limpeza do material pode ser fonte de erro. Caso a vidraria esteja contaminada com manganês II, por exemplo, tem-se concentrações mais elevadas de O2. 6 Referência bibliográfica Grasshoff, K. 1976. Methods of seawater analysis. Verlag Chemie. New York. _________________________________________________ Determinação de alcalinidade Adaptado de ABNT- Associação Brasileira de Normas Técnicas (NBR 13736/ Nov 996) 1 Objetivo Familiarizar-se com a utilização dos métodos potenciométrico e titulométrico para a determinação de alcalinidade em amostras de águas. Diversos tipos de águas podem ser analisadas por estes métodos, por exemplo, águas de abastecimento público, águas naturais, águas minerais e de mesa, águas de abastecimento industrial, efluentes domésticos, efluentes industriais e águas do mar. 2. Introdução A alcalinidade é a medida da capacidade que as águas apresentam para neutralizar ácidos, que somente pode ser interpretada em termos de substâncias específicas a partir do conhecimento da composição da amostra. Geralmente considera-se a alcalinidade como sendo devida apenas aos íons hidróxidos, carbonatos e bicarbonatos como os principais responsáveis. Para pH entre 5,5 e 8,5, as concentrações de OH - , H + , HSO4 - e HF são negligenciáveis. Em águas anóxicas, as concentrações de HS - , HPO4 2- e NH3 devem ser consideradas na somatória da alcalinidade total. Os valores de alcalinidade total nos oceanos estão geralmente entre 2,3 a 2,6 miliequivalentes por litro (meq L -1 ). Apesar da pequena variação, sua determinação tem sido utilizada no estudo de águas costeiras afetadas por ressurgência e por influxos de água doce, ou ainda, como índice em análise de massas d’água. A importância da determinação da alcalinidade total é que esta permite estimar variações nas concentrações de CO2, HCO3 - , CO3 2- e, também, da pressão parcial de CO2 na água do mar. Tais parâmetros são de interesse para o estudo da produção primária, pH, processos de troca oceano-atmosfera, composição dos sedimentos marinhos e efeito estufa. A determinação de AT pelo método do pH é simples e para uma média de n determinações a sua precisão está na faixa de (±0,02/n) meq L -1 . O método descrito tem intervalo de determinação entre 0,5 a 2,8 meq L -1 . A alcalinidade é comumente expressa em termos de carbonato de cálcio. A alcalinidade à fenolftaleína é a medida do teor de hidróxidos e/ou de carbonatos da amostra, expressa em termos de CaCO3. A alcalinidade total é medida do teor de hidróxidos, carbonatos e bicarbonatos da amostra, expressa em termos de CaCO3. 3 Materiais e métodos 3.1 Princípio do método Os íons hidroxila resultantes da dissociação ou da hidrólise de substâncias são neutralizados com ácido- padrão, por titulação potenciométrica até pH final predeterminado ou por titulação usando indicador. De acordo com a Norma ABNT, os seguintes métodos podem ser aplicados: a) método A - método da titulação potenciométrica: aplica-se à determinação de alcalinidade em concentração a partir de 1,0 mg CaCO3/L; b) método B - método titulométrico usando indicador: aplica-se a uma larga faixa de concentração, em amostras livres de interferentes. 3.2 A vidraria e aparelhagens necessárias à execução do ensaio são: a) béquer de 250 mL b) frasco Erlenmeyer de 250 mL c) bureta de 10 mL e 50 mL d) balões volumétricos de 500 mL e 1000 mL e) pipeta volumétrica de 50 mL f) medidor de pH g) agitador magnético h) dessecador i) balança analítica 3.3 Reagentes e soluções necessárias 3.3.1 Água destilada isenta de dióxido de carbono: destilar ou deionizar a água. Fervê-la por 15 min no momento do uso e deixá-la esfriar até a temperatura ambiente, em um frasco tampado. A água deve ter pH maior ou igual a 6,0 e condutividade inferior a 2 μS/cm. 3.3.2 Solução de carbonato de sódio, aproximadamente 0,05 N: secar 3 g a 5 g de carbonato de sódio, p.a., Na2CO3, padrão primário, a 250oC, por 4 h, e esfriar em dessecador. Pesar (2,5 ± 0,2) g e transferir quantitativamente para um balão volumétrico de 1000 mL, completando o volume com água destilada (3.3.1) até a marca. Não estocar esta solução por mais de uma semana. Na2CO3 = A/53,00 Onde: A = massa de Na2CO3 pesado para 1000 mL, em g 3.3.3 Solução-padrão de ácido sulfúrico ou ácido clorídrico 0,1 N: diluir 3,0 mL de ácido sulfúrico (H2SO4) Tópicos especiais em Oceanografia: técnicas de laboratório aplicadas à Oceanografia CG05019 Prof Dr Silvia Kawakami FAOC/IG/UFPA concentrado, p.a., ou 8,3 mL de ácido clorídrico (HCl) concentrado, p.a., para 1000 mL com água destilada (3.3.1). Padronizar utilizando 40,00 mL de carbonato de sódio 0,05N e 60,00 mL de água destilada (3.3.1) em um béquer, por titulação, usando indicador alaranjado de metila, até viragem para coloração salmão, ou por titulação potenciométrica até pH 4,6. Neste caso, retirar os eletrodos e lavá-los dentro do mesmo béquer. Ferver a solução por 3 min a 5 min, mantendo o béquer coberto com um vidro de relógio. Esfriar à temperatura ambiente, lavar o vidro de relógio dentro do béquer e finalizar a titulação até o ponto de inflexão da curva do pH. Calcular a normalidade, como segue: N= (A x B)/(53,00 x C) Onde: N = concentração do ácido A = massa do Na2CO3 pesado para 1000 mL, em g B = volume do Na2CO3 0,05 N usado para titulação, em mL C = volume do ácido gasto, em mL Nota: Usar a normalidade determinada nos cálculos ou ajustar para 0,1 N, sendo 1 mL de solução 0,1 N = 5,00 mg CaCO3. 3.3.4 Solução-padrão de ácido sulfúrico ou ácido clorídrico 0,02N: diluir 200 mL da solução de ácido sulfúrico 0,1 N para 1000 mL com água destilada. Padronizar utilizando 15 mL de carbonato de sódio 0,05 N e 85 mL de água destilada em um béquer e fazer a titulação de acordo com o procedimento de 3.3.3. Nota: 1 mL de solução 0,02 N = 1,00 mg CaCO3. 3.3.5 Solução alcoólica de fenolftaleína 0,5%, indicador de pH 8,3: dissolver 0,5 g de fenolftaleína, p.a., em 50 mL de álcool etílico (C2H5OH) 95% p.a., ou álcool isopropílico (C3H7OH), p.a. Adicionar 50 mL de água destilada, gotejar então uma solução de hidróxido de sódio 0,02 N, até aparecimento de uma leve coloração rósea. 3.3.6 Solução indicadora alaranjado de metila: preparar solução a 1% em massa/volume em álcool etílico (C2H5OH) a 96 GL. 3.3.7 Solução de tiossulfato de sódio, aproximadamente 0,1 M: dissolver 25 g de tiossulfato de sódio p.a., (Na2S2O3.5H2O) e diluir a 1000 mL com água destilada. 3.3.8 Solução de hidróxido de sódio, aproximadamente 0,02 N: dissolver 0,8 g de hidróxido de sódio, p.a., NaOH, e diluir a 1000 mL com água destilada. 3.4 Interferentes 3.4.1 Sabões, materiaisgraxos, sólidos em suspensão e precipitados podem cobrir o eletrodo de vidro e causar uma resposta lenta. 3.4.2 O cloro residual livre causa interferência na viragem do indicador. Elimina-se o cloro presente, adicionando-se à amostra 0,1 mL de solução de tiossulfato de sódio 0,1 M para cada 100 mL de amostra. 3.4.3 Águas turvas ou coloridas interferem na visualização do ponto de viragem. 3.4.4 Em amostras supersaturadas com CaCO3 pode ocorrer precipitação, alterando o resultado final. 4 Procedimento 4.1 Coleta de amostras A amostra para execução deste ensaio deve ser coletada com os mesmos cuidados dispensados para a análise de oxigênio dissolvido. 4.2 Método A - Método da titulação potenciométrica 4.2.1 Para alcalinidades superiores a 20 mg CaCO3/L: a) em um béquer de 250 mL, colocar 100 mL de amostra ou uma alíquota apropriada, para evitar gasto superior a 50 mL do ácido utilizado na titulação. Retirar a amostra do frasco de coleta no momento do uso para minimizar a exposição ao ar. Não filtrar, diluir, concentrar, agitar ou alterar a amostra; b) esperar atingir a temperatura ambiente e medir o pH; c) titular a amostra com solução de ácido 0,02 N ou 0,1N até o pH 8,3, utilizando bureta. Efetuar a titulação com agitação da amostra, adicionando pequenas porções do titulante e aguardando a estabilidade da leitura antes de cada nova adição. Anotar o volume gasto, VF; Nota: Se o pH da amostra for inferior a 8,3, omitir a alínea c). d) continuar a titulação até pH 4,3 a 4,9, indicado pela Tabela 1. Efetuar a titulação com agitação da amostra (por agitador magnético), adicionando pequenas porções de titulante e aguardando a estabilidade da leitura antes de cada nova adição. Anotar o volume gasto, VT. Nota: Se a alcalinidade encontrada for até 20 mg CaCO3/L, repetir a determinação com alíquotas de 100 mL a 200 mL de amostra conforme 5.4.2.2. Tabela 1 - pH final Alcalinidade mg CaCO3/L Alcalinidade total Alcalinidade à fenolftaleína 30 4,9 8,3 150 4,6 8,3 500 4,3 8,3 Silicatos, fosfatos, conhecidos ou suspeitos, análises de rotina ou automáticas, despejos 4,5 8,3 4.2.2 Para alcalinidades inferiores a 20 mg CaCO3/L: a) proceder conforme 4.1.2.1-a), b) e c); b) continuar a titulação até pH entre 4,3 e 4,7, e anotar o volume, V1; c) adicionar o titulante com cuidado, até abaixar o pH em 0,3 unidade. Anotar o volume gasto, V2. 4.3 Método B - Método titulométrico usando indicador 4.3.1 Pré-tratamento da amostra Se a amostra for clorada, remover o cloro residual pela adição de 0,10 mL (duas gotas) da solução de Tópicos especiais em Oceanografia: técnicas de laboratório aplicadas à Oceanografia CG05019 Prof Dr Silvia Kawakami FAOC/IG/UFPA tiossulfato de sódio 0,1 M para cada 100 mL de amostra. 4.3.2 Titulação da amostra Proceder conforme a seguir: a) em um frasco de Erlenmeyer de 250 mL, colocar 100 mL de amostra ou uma alíquota apropriada, para evitar gasto superior a 50 mL do ácido utilizado na titulação; b) adicionar cinco gotas do indicador de fenolftaleína e agitar. Se houver alcalinidade à fenolftaleína, deve aparecer uma coloração rósea, indicando que o pH é maior ou igual a 8,3; c) titular com solução de ácido 0,02 N ou 0,1 N, até o desaparecimento da cor rósea. Anotar o volume gasto, V1; d) adicionar cinco gotas do indicador alaranjado de metila e agitar. Prosseguir na titulação com ácido sulfúrico 0,02 N até mudança de coloração para salmão. Anotar o volume gasto, V2. 5 Resultados 5.1 Cálculo e expressão dos resultados 5.1.1 Método A - Método da titulação potenciométrica 5.1.1.1 Expressão da alcalinidade à fenolftaleína ou total, superior a 20 mg CaCO3/L: mg CaCO3/ L = V x N x 50000/Vamostra Onde: V = volume de ácido gasto na titulação até pH predeterminado, podendo ser VF (volume gasto para alcalinidade fenolftaleína) ou VT (volume gasto para alcalinidade total), em mL N = normalidade do ácido empregado Vamostra = volume da amostra, em mL 5.1.1.2 Expressão da alcalinidade total inferior a 20 mg CaCO3/L: mg CaCO3/L = (2V1 – V2 ) x N x 50000/Vamostra Onde: V1 = volume de ácido gasto na titulação até pH determinado (4,3 a 4,7) em mL V2 = volume de ácido gasto na titulação até pH anterior menos 0,3 unidade, em mL N = normalidade do ácido empregado Vamostra = volume da amostra, em mL Nota: Mencionar o pH predeterminado e a temperatura 5.1.3 Relação de alcalinidade Na Tabela 2 têm-se as alcalinidades relativas aos hidróxidos, carbonatos e bicarbonatos. Tabela 2 - Relação da alcalinidade Resultado da titulação Alcalinidade de hidróxidos mg CaCO3/L Alcalinidade de carbonatos mg CaCO3/L Alcalinidade de bicarbonatos mg CaCO3/L F = 0 0 0 T F < 1/2T 2F 2 T-2F F = 1/2T 0 2F 0 F > 1/2T 2F-T 2(T-F) 0 F = T T 0 0 Nota: T = alcalinidade total. F = alcalinidade à fenolftaleína. 6. Referências bibliográficas Norma ABNT. NBR 13736/ Nov 996 Baumgarten et al. 2000. Manual de análises em Oceanografia Química. Editora da Furg. Libes, S. 2009. An introduction to marine biogeochemistry. CRC Press. Tópicos especiais em Oceanografia: técnicas de laboratório aplicadas à Oceanografia CG05019 Prof Dr Silvia Kawakami FAOC/IG/UFPA Determinação de fosfato inorgânico dissolvido 1. Introdução O fósforo é um importante constituinte da matéria viva, sendo encontrado no ambiente marinho como fosfatos orgânicos em suspensão ou em solução, sob a forma de fosfatos inorgânicos insolúveis (como os de cálcio e ferro) ou adsorvidos em partículas em suspensão. O fósforo é mais comumente encontrado sob a forma de fosfatos inorgânicos solúveis como íons HPO4 - , PO4 3- . A concentração de fosfato inorgânico dissolvido pode chegar a 3,2 µM na água do mar. O objetivo desta prática inclui: Determinar a concentração de fosfato inorgânico dissolvido em amostra água natural através da formação de complexo colorido e análise por espectrofotometria de absorção Familiarizar-se com o método para determinação de fosfato inorgânico dissolvido em amostras de água natural 2. Princípio do método O método para a determinação de fosfato dissolvido baseia-se no proposto por Murphy e Riley (1962) e modificado por Koroleff (1976). As reações envolvidas nesta análise dependem da concentração relativa dos reagentes e é necessário que se proceda em condições ótimas determinadas empiricamente. Neste método forma-se o ácido molibdofosfórico que é, subsequentemente, reduzido com ácido ascórbico para resultar no complexo de fosfomolibdênio de coloração azul. A estequiometria das reações não é exatamente conhecida, motivo pelo qual as reações apresentadas não são balanceadas. Primeiro ocorre a formação de um complexo ácido de cor amarela. Com adição do ácido ascórbico, tem-se a redução do complexo e a formação do fosfomolibdênio. Tal reação de redução é lenta e, portanto, deve-se adicionar um catalisador, como o antimonil tartarato de potássio. A quantidade do complexo azul fosfomolibdênio formado é proporcional à concentração de fósforo presente como fosfato inorgânico na amostra de água, de modo que o fósforo pode ser quantificado por espectrofotometria. 3. Procedimento Amostragem As amostras devem ser coletadas preferencialmente a partir da garrafa hidrográfica, em frascos previamente lavados, com solução ligeiramente ácida (5% de HCl) e enxaguados abundantemente com água destilada edeionizada. Os frascos devem ser de vidro âmbar ou de plástico com capacidade para 250 mL. Caso as amostras não sejam analisadas imediatamente após a coleta, deve-se filtrá-las e mantê-las congeladas à -20º C. Materiais Equipamentos Espectrofotômetro Cubetas de 1 ou 5 cm Vidraria Balões volumétricos 100, 200 e 1000 mL Frascos de 100, 200 e 1000 mL Provetas de 50 mL Pipetas volumétricas de 0,5, 1,0 e 2,0 mL Frascos de reação de 125 mL Pisseta Reagentes Solução de molibdato de amônio 0,08 M Dissolver 95 g de (NH4)6 Mo7O24 · 4 H2O em 90 mL de água destilada e deionizada e diluir para 1000 mL. Guardar em frasco de vidro ou polietileno. Solução ácido sulfúrico ~9 N Adicionar 250 mL de H2SO4 concentrado (densidade = 1,84) a 500 mL de água destilada e deionizada. Esperar esfriamento e diluir para 1000 mL. Guardar em frasco de vidro âmbar. Solução de antimonil tartarato de potássio 0,1 M Dissolver 3,25 g de K(SbO)C4H4O6 em 100 mL de água destilada e deionizada. Guardar em frasco de vidro. A solução poderá ser utilizada enquanto estiver clara. Tópicos especiais em Oceanografia: técnicas de laboratório aplicadas à Oceanografia CG05019 Prof Dr Silvia Kawakami FAOC/IG/UFPA Solução de mistura (solução de trabalho) Adicionar 45 mL de molibdato de amônio (0,08 M) a 200 mL de ácido sulfúrico (~9 N) e em seguida, 5 mL de solução de antimonil tartarato de potássio. Guardar a mistura em frasco de vidro âmbar. A mistura é estável por alguns meses. Solução de ácido ascórbico 0,4 M Dissolver 7,0 g de C6H8O6 em 100 mL de água destilada e deionizada. Guardar em frasco de vidro âmbar e sob refrigeração. Solução padrão de fosfato 0,01 M Secar ~200 mg de fosfato diácido de potássio anidro (KH2PO4) a 110º C por 3 h e deixar esfriar em dessecador. Pesar exatamente 136,1 mg e dissolver em água destilada e deionizada. Guardar em frasco de vidro âmbar e sob refrigeração. Padrões para calibração Solução intermediária de padrão fosfato (0,1 mM) Pipetar 1 mL da solução padrão de fosfato 0,01 M e diluir para 100 mL com água destilada e deionizada. Soluções de trabalho A partir da solução intermediária, fazer as seguintes diluições no momento do uso: Solução diluída Concentração (µM) Volume retirado da solução intermediária (mL) Volume final (mL) I 0,5 0,5 100 II 1,0 1,0 100 III 2,0 2,0 100 Análise Transferir 35 mL das soluções padrões diluídas e das amostras de água do mar para os frascos de reações Utilizar água destilada e deionizada para o branco do método Adicionar 1 mL da mistura de reagentes e agitar Adicionar 1 mL do ácido ascórbico e agitar Após 5 minutos, ler a absorbância a 880 nm em cubetas de 1 ou 5 cm Curva de calibração Com as medidas de absorbância dos padrões e descontados os valores do branco (caso o equipamento não faça as correções para o branco), construa um gráfico Absorbância versus Concentração do Padrão e obtenha a inclinação da curva (coeficiente angular) para determina a concentração das amostras. 4. Interferências e precisão do método Os principais interferentes são os arsenatos e silicatos que também formam complexos azuis com o molibdato, entretanto a velocidade de reação é mais lenta e esses íons não interferem na análise do fosfato quando em concentrações de 200 e 0,03 µM para silicatos e arsenatos, respectivamente. Essas interferências são minimizadas se as leituras forem feitas após 5 min de reação. A presença de sulfetos em concentrações acima de 2 mg L -1 causa a formação de colóides com coloração esverdeada. O íon sulfeto pode ser oxidado com água bromada. A presença de material particulado em suspensão interfere nas leituras de absorção e, portanto, as amostras devem ser previamente filtradas (p. ex. com filtros de fibra de vidro). A precisão do método é de 5 a 15%. 5. Referências Grasshoff, K.: Ehrhardt, M.; Kreamling, K. 1983. Methods of seawater analysis. Weihein, Verlag Chemie. 419p. Braumgartem, M.G.Z.; Wallner-Hersanach, M.; Niencheski, L.F.H. 2000. Manual de analyses em Oceanografia Química. 2a ed. Editora Furg. Tópicos especiais em Oceanografia: técnicas de laboratório aplicadas à Oceanografia CG05019 Prof Dr Silvia Kawakami FAOC/IG/UFPA Determinação de material particulado em suspensão (total, orgânico e inorgânico) 1. Objetivo O material particulado em suspensão compreende partículas orgânicas (material vivo como bactérias, fitoplâncton, zooplâncton, e detritos) e minerais (partículas de sedimentos). A classificação operacional considera material particulado a fração retida em filtro de 0,45-0,7 μm de porosidade. O material particulado tem importante papel nos ecossistemas aquáticos como elo basal da malha trófica. Além disso, o material em suspensão serve como superfície de adsorção para metais e substâncias orgânicas de modo a influenciar o transporte e mobilização de contaminantes nos ecossistemas aquáticos. A presença do material particulado em suspensão atenua a radiação solar que atinge a superfície dos corpos d’água por dispersão e absorção, o que afeta a transparência das águas e a produtividade primária. As concentrações do material em suspensão variam temporal e espacialmente para os diferentes ecossistemas aquáticos. Regiões costeiras e/ou próximas a descargas de rios ou sujeitas à ressuspensão de sedimentos apresentam concentrações mais elevadas de material particulado em suspensão que o oceano aberto. 2. Princípio do método A determinação de material em suspensão baseia-se em técnica gravimétrica. Um volume conhecido de amostra de água é filtrado para a retenção do material em suspensão total. Esse material, retido em filtro previamente pesado, é devidamente seco em estufa para pesagem de modo que o valor obtido corresponda à massa do material total em suspensão em adição à massa do filtro. Para a determinação da fração orgânica e inorgânica, procede-se com a calcinação da amostra a 450ºC para que todo o material orgânico seja eliminado na forma de gás carbônico. As diferenças entre as massas do filtro de fibra de vidro antes (sem material filtrado) e após o material seco e calcinado proporciona os valores para o material total em suspensão e as frações orgânica e inorgânica. 3. Procedimento Materiais e métodos Balança analítica Mufla estufa filtros de fibra de vidro (0,45 µm, 47 mm de diâmetro) Pinças Frascos para coleta Proveta Sistema de filtração à vácuo Papel alumínio Dessecador Sacos plásticos ou envelopes Preparo dos filtros antes da filtração Envolver os filtros de fibra de vidro em papel alumínio e colocá-los na mufla a temperatura de 450ºC por 1h30min. Aguardar esfriamento por 1 h dentro da mufla e transferir os filtros com auxilio de pinças para o dessecador Após atingir temperatura ambiente, pesar os filtros e anotar os valores para cada um, com o cuidado para evitar contaminações. Para fins de cálculos, considere a massa dos filtros calcinados como sendo M1. Amostragem e filtração das amostras As amostras para material em suspensão podem ser coletadas em garrafas van Dorn nas profundidades desejadas ou diretamente acondicionadas em garrafas tipo PET, caso não haja demora nas análises e nem necessidade de grandes volumes de amostras. Um volume conhecido de amostra é filtrado. O filtro contendoo material é levado para estufa a temperatura de 80ºC, por 12 h, para remoção completa de água. Após esse período de secagem, aguardar resfriamento dos filtros em dessecador. Pesar os filtros e anotar a massa do material total em suspensão + filtro calcinado, M2. Colocar os filtros em cadinhos e levar para mufla a temperatura de 450ºC por 1h30min. Aguardar esfriamento por 1h antes de desembrulhar os filtros. Transportar as amostras calcinadas para dessecador e aguardar que atinjam temperatura ambiente. Pesar os filtros com as amostras calcinadas, anotando-se a massa M3. Cálculo final da massa de material total em suspensão, da fração orgânica e inorgânica Material total em suspensão = M2 – M1 Material inorgânico em suspensão = M3 – M1 Material orgânico em suspensão = M2 – M3 A concentração final do material em suspensão, da fração orgânica e inorgânica depende do volume filtrado. Tópicos especiais em Oceanografia: técnicas de laboratório aplicadas à Oceanografia CG05019 Prof Dr Silvia Kawakami FAOC/IG/UFPA Referências bibliográficas Grasshoff, K.: Ehrhardt, M.; Kreamling, K. 1983. Methods of seawater analysis. Weihein, Verlag Chemie. Determinação de cálcio dissolvido em água do mar 1. Objetivos O cálcio é um macronutriente com concentração aproximada de 0,4 g L -1 na água do mar. Por estar envolvido em processos biológicos, o cálcio não apresenta comportamento propriamente conservativo. O cálcio está presente principalmente na forma livre, Ca 2+ , que corresponde à 90%, e como par iônico com sulfato (9%) e como carbonato (1%). O cálcio é extraído das águas superficiais por diversos organismos para formação de carbonato de cálcio (CaCO3), que apresenta maior solubilidade em temperaturas baixas. Deste modo, a concentração de Ca 2+ é maior em águas profundas que em águas superficiais. Além disso, a matéria biogênica que afunda e se decompõe nas águas profundas contribui para as concentrações mais elevadas de Ca 2+ no fundo do mar. A determinação do Ca 2+ também é utilizada para avaliar a dureza das águas, que é causada principalmente pela presença de carbonatos de cálcio e magnésio. O objetivo desta prática é determinar a concentração de íons cálcio em água natural por complexometria com EDTA e familiarizar o aluno com técnicas de volumetria de complexação. 2. Princípio do método O método para a determinação de cálcio baseia-se na complexação com um quelante, o ácido etilenodiamino tetracético (EDTA). O EDTA forma complexos estáveis e solúveis com quase todos os metais polivalentes, inclusive com os alcalino terrosos. Todos os complexos possuem o metal e o quelante EDTA na proporção 1:1 independente da valência do íon metálico. O EDTA apresenta 4 H + ionizáveis dos grupos carboxílicos e pode formar ligações através do N (vide estrutura abaixo): As condições para a determinação de cálcio exigem que o pH do meio seja mantido em torno de 12 para que o complexo iônico Ca-EDTA seja formado (vide figura abaixo), para tanto, uma solução tampão e um indicador para metais, como a murexida, são empregados. A murexida (purpurato de amônio) possui coloração azul violeta quando em solução alcalina e torna-se vermelha em presença de íons cálcio. O pH é fixado com solução de hidróxido de sódio em tampão de bórax. 3. Procedimento 3.1. Amostragem As amostras podem ser retiradas diretamente da garrafa hidrográfica em frascos de vidro ou plástico com capacidade de 250 mL, sem necessidade de congelamento. Antes da amostragem, lava-se o frasco três vezes com a própria amostra e, após a coleta, limpa-se a borda do frasco para se evitar cristalização. 3.2. Materiais Bureta com capacidade para 50,0 mL Agitador e bastão magnético Balões volumétricos de 500 e 1000 mL Frascos de 1000 mL Proveta de 5 ou 10 mL Pipetas de 25 mL Erlenmeyer de125 mL Pisseta Reagentes Solução padrão de cálcio 0,008 M pesar 0,8007 g de carbonato de cálcio (CaCO3) em um pouco de água destilada contendo 1,6 mL de HCl concentrado. Completar a solução para 1 litro com água destilada. Tópicos especiais em Oceanografia: técnicas de laboratório aplicadas à Oceanografia CG05019 Prof Dr Silvia Kawakami FAOC/IG/UFPA Solução de ácido etilenodiamino tetracético (EDTA) dissolver 3,72 g de EDTA (Na2H2C10H12O8N2 x 2 H2O) em 1000 mL de água destilada. Guardar em frasco plástico Solução de tampão bórax dissolver 10 g de bórax PA (Na4B2O7 x 10 H2O) e 30 g de hidróxido de sódio pa (NaOH) em 500 mL de água destilada Indicador dissolver ~0,1 g de murexida (purpurato de amônio) em pó em 50 mL de água destilada 3.3. Padronização da solução de EDTA Pipetar 25 mL de solução padrão de carbonato de cálcio em um erlenmeyer de 125 mL Adicionar 4 mL de solução tampão bórax Adicionar 5 gotas do indicador murexida Titular com solução de EDTA até o ponto de viragem (rosa para violeta) Repetir a padronização mais uma vez 3.4. Titulação das amostras Proceder da mesma maneira que a padronização do carbonato de cálcio, substituindo a solução padrão por 25 mL de amostra Anotar o volume de solução de EDTA consumido e repetir a titulação mais uma vez 3.5. Cálculos Cálculo da concentração do EDTA [EDTA] = [Ca] x VCa / Vedta onde: [Ca] = molaridade da solução padrão de cálcio VCa = volume (mL) da solução padrão de cálcio Vedta = volume (mL) de EDTA gasto na titulação Cálculo da concentração de cálcio na amostra Ca (g L -1 ) = Vedta x [EDTA] x MCa / Vamostra onde: Vedta = volume (mL) de EDTA gasto na titulação [EDTA] = molaridade do EDTA MCa = Massa molar do cálcio = 40,08 g/mol Vamostra = volume da amostra 4. Precisão do método A precisão do método está em ± 0,1%. 5. Interferências A presença de magnésio pode levar à formação de Mg(OH)2, de maneira que quantidades moderadas de Mg 2+ (Ca 2+ : Mg 2+ = 1:5) não interfere no método. 6. Referências Bibliográficas Grasshoff, K., Ehrhardt, M. & Kreamling, K. 1983. Methods of seawater analysis. Weihein, Verlag Chemie. 419 p. Baccan et al. 2001. Química analítica quantitativa elementar. Edgar Blucher. 3ª Ed. Campinas.
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