Aula 1 introdução análise instrumental

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Introdução à análise 
instrumental 
Prof. Clésio S. Paim 
INTRODUÇÃO 
 Compreende o conjunto de técnicas e métodos que visam caracterizar 
a natureza e determinar a composição de amostras de diferentes origens, 
em termos de elementos, espécies ou agrupamentos de átomos ou 
moléculas; 
 Aplicação de um processo ou de uma série de processos para 
identificar ou quantificar uma substância, ou os componentes de uma 
solução ou mistura ou, ainda, para determinar a estrutura de compostos 
químicos. 
2 
 - Química analítica: extremamente abrangente, incluindo muitas 
técnicas e procedimentos manuais, químicos e instrumentais; 
-Desde processos extremamente simples à complexos (possíveis apenas 
com o uso de instrumentos); 
- Permite a utilização de métodos simples em determinações exatas 
(métodos clássicos - sem a necessidade de métodos instrumentais); 
- Escolha do método analítico: depende do objetivo da análise 
Definição da química 
analítica 
INTRODUÇÃO 
3 
 - Análise: processo que fornece informações químicas ou físicas 
sobre os constituintes de uma amostra ou sobre a própria amostra. 
Ex: Análise de paracetamol em comprimidos; 
- Analito: componente da mistura a ser determinado (paracetamol); 
- Matriz: todos os constituintes da amostra com exceção dos analitos 
(excipientes da formulação); 
 Indústria farmacêutica – produção de medicamentos 
- Como obter um produto final (comprimidos) com qualidade 
suficiente para ser administrado por uma pessoa de uma forma 
segura e eficiente? 
- Produção adequada (garantia da qualidade) 
- Matérias primas dentro das especificações 
- Química analítica: métodos especificados para verificar a pureza 
das matérias-primas e do teor dos produtos finais (comprimidos). 
INTRODUÇÃO 
4 
Importância da Química Analítica 
 Aplicação em outras ciências e tecnologias: 
- Química geral e qualitativa: constantes termodinâmicas: Keq; 
- Agronomia: nitrogênio, fosfato, potássio (produção agrícola); 
- Medicina: exames de análises clínicas; 
- Farmacêutico analista clínico: conhecimento de métodos instrumentais 
(laboratórios de toxicologia, análises clínicas, análise de água); 
-Farmacêutico industrial: qualidade das matérias primas e do produto 
final; 
- Farmacêutico na área de alimentos: determinação de pesticidas em 
alimentos, conservantes, bromato de potásssio em farinhas. 
- Pesquisa em geral: formação de recursos humanos. 
INTRODUÇÃO 
5 
Métodos 
quantitativos 
Identidade das espécies 
atômicas ou moleculares ou 
dos grupos funcionais 
presentes em uma amostra 
(qualitativa) 
Informações numéricas 
relativas a um ou mais 
componentes de uma 
amostra 
Métodos 
qualitativos 
INTRODUÇÃO 
6 
Determinação qualitativa e quantitativa 
 Utilização de equipamentos 
adequados (calibrados); 
 Infraestrutura adequada (condições 
ambientais); 
 Qualificação e treinamento de 
pessoal. 
Fornecimento de resultados confiáveis 
2 
MÉTODOS 
7 
Métodos: divididos em clássicos e métodos instrumentais 
Clássicos: a separação dos analitos ocorre por precipitação, 
extração ou destilação (operações simples). 
 Análise qualitativa: tratamento com reagentes 
específicos provocando reações químicas, as quais 
geram produtos identificados por sua cor, ponto de fusão 
ou ebulição, solubilidade, presença de precipitado, etc. 
 
 Análise quantitativa: determinações titulométricas 
(volumétricos - volume) ou gravimétricas (massa). 
Vantagens dos métodos clássicos: custos baixos, 
relativa simplicidade dos equipamentos e resultados 
confiáveis. 
MÉTODOS 
8 
Métodos clássicos 
Gravimetria: a substância a ser determinada é convertida em um 
precipitado insolúvel que é precipitado e pesado: medição de 
massa. Exemplo: determinação de sulfato em água, 
determinação de cloretos. 
Volumetria (titulação, titulometria): trata-se a substância a ser 
determinada com um reagente específico, adicionado na forma de 
uma solução padronizada (solução volumétrica) e determina-se o 
volume necessário para completar a reação. 
-Tipos mais comuns: neutralização, complexação, precipitação e 
reações de óxido-redução. 
- Utiliza reações quantitativas - cálculos realizados a partir da 
estequiometria de reação (métodos estequiométricos) 
MÉTODOS 
9 
Métodos instrumentais (início do século 20) 
Instrumentais: Medida de um sinal analítico relacionada à 
concentração do elemento de interesse por meio de instrumentos; 
 
 Medidas físicas ou químicas dos analitos (medida final): 
emissão ou absorção de luz, condutividade, potencial de eletrodo, ... 
Medida inicial: massa ou volume; 
 
 Métodos que exigem calibração do instrumento; 
 
 Treinamento do analista: complexidade superior aos métodos 
clássicos; 
 Custos e manutenção: muito mais caro que clássicos; 
 Usualmente necessário a utilização de padrões - SQR; 
 Geralmente mais sensíveis. 
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CLASSIFICAÇÃO DOS 
MÉTODOS INSTRUMENTAIS 
Espectroanalíticos 
- Espectrofotometria no visível e ultravioleta 
- Espectrofotometria no infravermelho 
- Espectrofluorimetria 
- Espectroscopia de absorção atômica 
- Espectroscopia de emissão atômica 
Cromatográficos 
Eletroanalíticos 
- Eletrogravimetria 
- Amperometria 
- Condutimetria 
- Coulometria 
- Potenciometria 
- Voltametria 
- Polarografia 
- Cromatografia em fase líquida de alta eficiência 
- Cromatografia a gás 
Magnéticas 
- Ressonância magnética nuclear 
- Espectrometria de massas 
Ontem 
Hoje 
Métodos instrumentais – cromatógrafo a líquido de alta 
eficiência 
 Desenvolvimento da indústria eletrônica 
e de computadores propiciou o avanço 
tecnológico dos métodos instrumentais. 
Equipamentos simples: controle 
no próprio equipamento. 
MÉTODOS 
Peagômetro CLAE-EM-EM 
- Simplicidade de 
operação; 
- Custo inicial e 
manutenção baixo 
- Muito utilizado em análise 
instrumental; 
- Operação mais complexa, 
treinamento, uso de SQR; 
- Custo inicial e 
manutenção bem superior; 
- Sensibilidade. 
Comparação entre métodos instrumentais 
X 
3 
13 
 Identificação do problema - tipo de análise: qualitativa ou quantitativa; 
 Natureza do material (complexidade da amostra); 
 Presença de interferentes – PREPARAÇÃO DA AMOSTRA (método 
seletivo??); 
 Quantidade de amostra disponível; 
 Composição química da amostra; 
 Quantidade relativa do componente presente na amostra; 
 Exatidão e sensibilidade requerida; 
Recursos disponíveis – infraestrutura do laboratório; 
 Tempo para realizar a análise; 
 Número de amostras a analisar; 
 Ensaio destrutivo; 
 Custo operacional. 
MÉTODOS 
Fatores que devem ser considerados na escolha do 
método analítico 
Clássico ou instrumental?? 
MÉTODOS 
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Etapas da análise química 
Etapas Exemplos de procedimentos 
Amostragem Depende do tamanho e da natureza física da amostra 
(sólidos, semissólida, líquida) 
Preparação da amostra Redução do tamanho de partícula, mistura para 
homogeneização, secagem, medidas de peso ou volume 
Dissolução da amostra Aquecimento, processos de fusão, uso de solvente 
(solubilização) e processos de agitação mecânica ou 
ultrassom 
Remoção de 
interferentes 
Filtração, centrifugação, extração com solventes, resinas 
de troca de íons, separação cromatográfica 
Medidas na amostra e 
controle de fatores 
instrumentais 
Padronização, calibração, otimização, medida da 
resposta, absorbância, sinal de emissão, potencial, 
corrente 
Resultados Cálculos do resultados analíticos e avaliação estatística 
dos resultados (variabilidade
dos ensaios) 
Apresentação dos 
resultados 
Relatórios de análise (resultados, materiais gráficos), 
arquivamento dos dados. 
15 
MÉTODOS DE DETERMINAÇÃO 
QUANTITATIVA 
16 
NORMALIZAÇÃO DE ÁREA (uma única concentração) 
MÉTODOS DE DETERMINAÇÃO 
 Método mais simples e requer a preparação de um padrão na mesma 
concentração teórica da amostra sob análise: 
Leitura (Área) do padrão ------------------------------ conc. do padrão 
Leitura (Área) da amostra ---------------------------- x (conc da amostra (conc real)) 
Conc. da amostra (teórica) ------------------------------ 100% 
Conc. da amostra (real ) ----------------------------------- x% 
Padrão 0,500 ------------------------------ 10,0 µg / mL 
 Amostra 0,490 ------------------------ x (conc. real da amostra) 
 x = 9,80 
Conc. Teórica da amostra 11,0 µg / mL ------------------------------ 100% 
 9,80 ----------------------------------- x% 
 x = 89,09% 
Exemplo: 
Concentração (g/mL) 
y = mx + b 
r = 0,9999 
PADRONIZAÇÃO PELO MÉTODO DO PADRÃO EXTERNO 
(CURVA PADRÃO) 
a) Plotar um gráfico correlacionando 
a concentração da substância do 
padrão em análise versus o sinal 
analítico (área do pico); 
c) Utilizando o coeficiente de 
correlação linear do método (r) 
pode-se determinar a linearidade. 
b) Determinar a equação da reta 
obtida por meio do gráfico (a curva 
deve ter no mínimo 5 pontos); 
 
d) Utilizando a equação da reta 
pode-se determinar a concentração 
de uma amostra (mesma substância 
utilizada para preparar a curva 
padrão). 
Linearidade 
MÉTODOS DE DETERMINAÇÃO 
22 )()( ii xxnD 
PADRONIZAÇÃO PELO MÉTODO DO PADRÃO EXTERNO 
MÉTODOS DE DETERMINAÇÃO 
Equação da reta 
y = mx + b 
m=coeficiente angular (inclinação) 
b=coeficiente linear (ponto onde a 
reta intercepta y) 
D
yxyxn
m iiii


)(
D
xyxyx
b iiiii


)()(
2
somatório 
4 
19 
DETERMINAÇÃO DE SULFATO EM ÁGUA POTÁVEL POR 
TURDIMETRIA 
Leitura da amostra: 0,433. qual é a concentração de sulfato na 
amostra analisada?? 
Concentração (µg/ml) 
S
I
N
A
L
 
A
N
A
L
I
T
I
C
O 
MÉTODOS DE DETERMINAÇÃO 
Coeficiente de correlação 
PADRONIZAÇÃO PELO MÉTODO DO PADRÃO EXTERNO 
r =0,9813 
 Preparação das soluções padrão de concentrações conhecidas da 
substância de interesse, às quais se adiciona uma quantidade 
conhecida de uma outra substância chamada padrão interno; 
 
 Utilização em métodos de separação (cromatográficos); 
 
 Construção de um gráfico, relacionando a razão das áreas (área da 
substância/área do padrão interno que tem concentração constante); 
 
 Análise da amostra: realizada após a adição de uma mesma 
quantidade conhecida do padrão interno e determina-se também a 
razão; 
 
 Principal vantagem deste método: evita que pequenas mudanças 
em variáveis experimentais (volume de amostra injetado) interfiram 
no resultado 
 Exemplo: variação na quantidade injetada por cromatografia gasosa, 
eletroforese capilar e cromatografia líquida de alta eficiência. 
MÉTODOS DE DETERMINAÇÃO 
PADRONIZAÇÃO PELO MÉTODO DO PADRÃO INTERNO (PI) 
21 
PADRONIZAÇÃO PELO MÉTODO DO PADRÃO INTERNO (PI) 
C1 + Pi = 20 g/mL (X) + 10 g/mL (Pi) 
C1, C2, C3 = Concentrações crescentes da 
substância X 
Pi = Concentrações idênticas do padrão 
interno adicionadas as soluções da 
substância de interesse (X) 
C2 + Pi = 30 g/mL (X) + 10 g/mL (Pi) 
C3 + Pi = 40 g/mL (X) + 10 g/mL (Pi) 
Preparação das soluções 
Concentração X (g/mL) 
y = ax + b 
Adiciona-se o PI na mesma [ ] utilizada na curva padrão na 
preparação da amostra e determina-se a razão. 
Linearidade 
MÉTODOS DE DETERMINAÇÃO 
22 
 2,0% 
Utilização do padrão 
interno (PI) 
MÉTODOS DE DETERMINAÇÃO 
Sem Padrão interno 
Com Padrão interno 
Coloque 5 mL de amostra com 
concentração desconhecida em cada 
balão volumétrico 
Adicione 0, 5, 10, 15 ou 20 mL de uma 
solução padrão da mesma substância 
(concentração conhecida) e qsp 
volume com o diluente 
1 2 3 4 5 
MÉTODOS DE DETERMINAÇÃO 
MÉTODO DE ADIÇÃO DE PADRÃO 
 Consiste na adição de quantidades conhecidas da substância química de 
referência de interesse (padrão) a volumes conhecidos da solução amostra. 
 Constrói-se uma curva analítica relacionando as 
quantidades da substância adicionada à amostra com o 
respectivo sinal analítico obtida; 
24 
Equação da reta: y = a + bx 
y = resposta do instrumento 
x = concentração do analito 
adicionado 
b = inclinação da reta 
a = intersecção no eixo dos y 
(intercepto) 
PADRONIZAÇÃO PELO MÉTODO DE ADIÇÃO DE PADRÃO 
MÉTODOS DE DETERMINAÇÃO 
 O ponto onde a reta corta o eixo das 
ordenadas corresponde ao sinal 
analítico da substância que está sendo 
determinada, sem qualquer adição do 
padrão; 
 
 A extrapolação da reta, no eixo das 
abscissas, define a concentração da 
substância na amostra analisada; 
 
 Método trabalhoso; 
 
IMPORTÂNCIA: amostra 
complexa, quando as interações 
com a matriz são significativas ou 
dificuldade de obter uma matriz 
isenta da substância de interesse. 
5 
25 
MÉTODOS DE DETERMINAÇÃO 
Ribani et al., 2004 - Quím. Nova, v 27 no.5, Sept./Oct. 2004 
Exemplo: 
determinação de 
substâncias em 
soro humano e em 
solução padrão 
aquosa 
y = 0,0382x + 0,2412 
R² = 0,9998 
-0,2 
0 
0,2 
0,4 
0,6 
0,8 
1 
1,2 
-15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 
Exemplo: alíquotas de uma amostra de água natural foram pipetadas em 
frascos volumétricos contendo volumes exatos de uma solução padrão de 
Fe3+ de modo a obter concentrações de 0,00, 5,00, 10,00, 15,00 e 20,00 ppm do 
metal. Posteriormente, adicionou-se um excesso de íons tiocianato para 
formar o complexo Fe(SCN)2+ e posterior diluição para o volume final. A 
resposta para cada uma das cinco soluções, medida com um colorímetro foi 
determinada como sendo 0,240; 0,437; 0,621; 0,809 e 1,009, respectivamente. 
Qual era a concentração de Fe3+ na amostra de água? 
PADRONIZAÇÃO PELO MÉTODO DE ADIÇÃO DE PADRÃO 
MÉTODOS DE DETERMINAÇÃO 
X = ? 
É possível utilizar 
o método de 
padrão externa 
neste caso? 
27 
CARACTERÍSTICAS DE 
EFICIÊNCIA 
28 
Precisão / exatidão 
Sensibilidade 
Limite de detecção 
Faixa de concentração 
Seletividade 
 Seleção de um método analítico – avaliação das 
características de eficiência dos instrumentos 
29 
 Precisão: grau de concordância entre 
resultados individuais dentro de uma 
série de medidas. 
- Repetibilidade: concordância entre 
resultados obtidos no mesmo laboratório 
(testes intralaboratoriais). 
- Reprodutibilidade: concordância obtida 
entre os resultados obtidos entre 
laboratórios diferentes (testes 
interlaboratoriais) 
 
 Exatidão: grau de concordância entre 
resultados obtidos (encontrados 
experimentalmente) e um expresso como 
referência ou verdadeiro. Demonstra 
quanto é fidedigna nossa determinação. 
CARACTERÍSTICAS DE EFICIÊNCIA 
1- PRECISÃO E EXATIDÃO 
30 
EXERCÍCIO: Um técnico de laboratório realizou uma análise de 
determinação de ferro em uma amostra de água, utilizando dois diferentes 
métodos analíticos. Os resultados obtidos (n=3), foram os seguintes: 
 
Método A: 2,5 ppm; 2,4 ppm e 2,6 ppm 
Método B: 3,0 ppm; 2,0 ppm e 2,5 ppm 
 
Sabendo-se que o valor verdadeiro para a concentração de ferro na amostra 
é igual a 2,5 ppm, assinale a alternativa correta: 
 
a) O método A é mais preciso que o método B, porém é menos exato que B; 
b) O método A é mais preciso
que o método B e apresenta a mesma 
exatidão do método B; 
c) O método B é mais preciso que o método A, porém é menos exato que A; 
d) O método B é mais preciso que o método A e também mais exato que A; 
e) Nenhuma das alternativas. 
Trazer 
calculadora 
científica com 
manual 
CARACTERÍSTICAS DE EFICIÊNCIA 
Média: 2,5 / dpr :4% 
Média: 2,5 / dpr: 20% 
6 
2- SENSIBILIDADE 
m 
A 
C C1 C2 
 Habilidade em discriminar pequenas diferenças de concentração 
de um analito; 
 Parâmetro que demonstra a variação da resposta em função da 
concentração do analito; 
 Pode ser expressa pela inclinação da curva de regressão linear 
de calibração; 
 Depende da natureza do analito e da técnica de detecção 
utilizada. 
Calculada periodicamente permite 
verificar se um equipamento está tendo 
perda de resposta, normalmente 
indicativo de desgaste. 
Quanto maior este valor mais sensível é 
o método. 
CARACTERÍSTICAS DE EFICIÊNCIA 
2- SENSIBILIDADE 
CARACTERÍSTICAS DE EFICIÊNCIA 
33 
 Representa a mais baixa concentração da substância em 
exame, que pode ser detectada com um certo limite de 
confiabilidade; 
 É a concentração do elemento de interesse que produz um 
sinal analítico distinguível do ruído. 
DP = desvio padrão do intercepto; 
IC = inclinação (slope) 
3- LIMITE DE DETECÇÃO 
CARACTERÍSTICAS DE EFICIÊNCIA 
34 
 Análises de soluções de concentrações conhecidas e 
decrescentes do fármaco, até o menor nível detectável - sinal 
ruído 3:1; 
Determinação do limite de detecção pelo sinal ruído 
(3 x sinal ruído) 
3- LIMITE DE DETECÇÃO 
CARACTERÍSTICAS DE EFICIÊNCIA 
35 
 Representa a mais baixa concentração da substância em 
exame, que pode ser determinada de forma quantitativa com 
precisão e exatidão aceitáveis, utilizando um determinado 
procedimento experimental; 
 Ensaios quantitativos de impurezas; 
 Expresso pela equação: 
DP = desvio padrão do 
intercepto; 
IC = inclinação (slope) 
3- LIMITE DE QUANTIFICAÇÃO 
CARACTERÍSTICAS DE EFICIÊNCIA 
36 
Determinação do limite de quantificação pelo sinal 
ruído (10 x sinal ruído). 
 Análises de soluções de concentrações conhecidas e 
decrescentes do fármaco, com precisão e exatidão aceitáveis – 
sinal ruído 10:1; 
3- LIMITE DE QUANTIFICAÇÃO 
CARACTERÍSTICAS DE EFICIÊNCIA 
7 
37 
4- LINEARIDADE (FAIXA DE CONCENTRAÇÃO) 
A A 
C 
Limite de 
linearidade 
 Intervalo de concentração da curva padrão, compreendido 
entre o limite de quantificação e o ponto onde começa o desvio 
de linearidade. 
Faixa 
ótima 
de 
trabalho 
 Representa a capacidade do método de gerar resultados 
diretamente proporcionais à concentração da substância em 
exame, dentro de um intervalo especificado; 
y = 36167,86136x - 29156,46400
r = 0,9998
0
500000
1000000
1500000
0 10 20 30 40 50
Concentração (g/ml)
Ár
ea
 (
m
Au
)
CARACTERÍSTICAS DE EFICIÊNCIA 
38 
5- SELETIVIDADE (métodos de separação) 
 Capacidade de avaliar, de forma inequívoca, as substâncias em 
exame na presença de outros componentes que podem interferir 
com a sua determinação em uma amostra complexa; 
 
 Avalia o grau de interferência de espécies como outro 
ingrediente ativo, excipientes, impurezas e produtos de 
degradação, bem como outros compostos de propriedades 
similares que possam estar presentes; 
Seletividade garante que o pico de 
resposta seja exclusivamente do 
composto de interesse 
CARACTERÍSTICAS DE EFICIÊNCIA 
39 
HARRIS, D. Análise Química Quantitativa. 8. ed. Rio de Janeiro: 
LTC Editora, 2012. 
 
SKOOG, D.A. Princípios de Análise Instrumental. 5. ed., Porto Alegre: 
Editora Bookman, 2002. 
 
BACCAN, N., ANDRADE, J. C., GODINHO, O., BARONE, J. S. Química 
Analítica Quantitativa Elementar. 3. ed. São Paulo: Editora Edgard 
Blücher Ltda, 2001. 
REFERÊNCIAS