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1 Profa. Ana Cristi B. Dias e-mail: acbdias@unb.br • Definição do problema • Escolha do método • Amostragem • Preparo da amostra • Medida • Calibração • Avaliação • Ação •Etapas mais crítica •Mais erros cometidos •Maior tempo gasto •Maior custo Pré-tratamento da amostra (Tratamentos preliminares) • Para amostras sólidas – Lavagem – Secagem – Moagem • Fresagem • Maceração – Peneiragem – Solubilização • Para amostras líquidas Centrifugação Filtração Destilação Dessorção Redução do volume • Necessária para amostras sólidas que apresentam resíduos superficiais como poeira, gorduras, etc. • Usual para vegetais (folhas, caule, raízes e frutos) – Nestes casos elimina-se também resíduos de pulverização. • A lavagem pode ser realizada apenas com água deionizada ou com solução de detergente neutro (0,1 a 0,3 %, v/v) seguida do enxágue com água purificada. 1 2 3 4 2 • Problemas: – O procedimento deve ser rápido para evitar perdas por lixiviação. – Amostras secas ou murchas não devem ser lavadas para evitar absorção da água de lavagem. • Indispensável para amostras sólidas que: – Apresentam água em quantidades variáveis (perdem ou ganham massa dependendo da condição de temperatura ou umidade do ambiente) – Apresentam água em forma não determinada (não se sabe exatamente como a água está ligada às substâncias presentes na amostra e nem a sua relação estequiométrica). • Procedimento é feito até que se obtenha uma massa constante da amostra antes da pesagem • Estufa com circulação forçada de ar: – Realiza renovação do ar no interior e arrasta a umidade para o exterior. – Maior homogeneização do calor em toda a cavidade. • Cuidados: – Temperatura deve ser controlada para se evitar perda de analitos e/ou outras espécies voláteis e também evitar decomposição térmica de substâncias. – Solos rochas ou minérios (T=105 oC) – Materiais Biológicos (T=60 a 65 oC) – Aluminatos e silicatos (T > 1000 oC, Mufla) • Remoção de água e/ou outros solventes da amostra pelo processo de sublimação (passagem direta do estado sólido à gás). – Amostra é inicialmente congelada (-80 a -60 oC) e, em seguida, submetida à uma câmara de vácuo onde ocorre a sublimação (-20 a +40 oC). – Processo menos “agressivo” aos tecidos vegetais ou animais do que a secagem com calor – Conserva melhor as propriedades da amostra (não rompimento das paredes celulares) 5 6 7 8 3 • Necessária para aumentar a homogeneidade da amostra, melhorando a representatividade. • A matéria sólida subdividida é mais facilmente homogeneizada. • Aumento da área superficial das partículas facilita o processo de decomposição, dissolução e/ou extração. • Mecanismo geral: – Choques entre a amostra na forma sólida e o elemento triturador do moinho (facas de um liquidificador, bolas de um moinho de bolas, almofariz e pistilo) causam a ruptura do material em partículas menores. – Há a formação de um “pó” da amostra • Ineficaz do ponto de vista energético • Pequena parte da energia: – Ruptura ou fragmentação do sólido • Maior parte da energia – Deformação do sólido – Criação de pontos sensíveis - Ruptura sucessiva dos fragmentos • Energia restante é dissipada • Problemas: – Contaminação da amostra com partículas do próprio tritutador – Não deve sofrer abrasão pelos constituintes da amostra – Elemento triturador deve ser mais duro que os materiais da amostra • Materiais com alto teor de gordura leva a formação de pastas, material agregado. – Exemplo: Castanhas como o amendoim são mais difíceis de se transformar em partículas pequenas devido a formação de pastas (alto teor de gordura) • Calor excessivo causado pelo atrito necessário à moagem pode levar à perdas de elementos voláteis. • A alta temperatura pode também promover a degradação de componentes da amostra, prejudicando a determinação de interesse. 9 10 11 12 4 • A escolha do moinho deve considerar: – Capacidade (massa de amostra) – Temperatura – Contaminação – Tamanho de partícula desejado – Tipo e quantidade de amostra disponível – Velocidade de moagem – Constituição final do produto moído – Espécie a ser determinada • Grosseira: partículas de aprox. 5 mm: – considerada pré-moagem – liquidificador, processadores, moinho de facas • Fina: partículas de aprox. 63 m – Moinho de discos, almofariz • Extra fina: partículas < 63 m – Moinho de bolas, vibracional e criogênico Um processador de laboratório • Considerada uma etapa de pré-moagem - redução do tamanho de amostras para grãos (partículas) de 1-5 mm • Uso de prensa Adaptado de R. Sousa (www.ufjf.br/baccan) • Britador Adaptado de R. Sousa (www.ufjf.br/baccan) 13 14 15 16 5 • Utiliza almofariz (gral) e pistilo com diferentes materiais Desvantagens •Tamanho de partícula pouco reprodutível •Ambiente aberto Amostra é triturada ao passar entre rolamentos adjacentes (usualmente de aço) movimentados por um motor • Tamanho de partícula 0 10 20 30 40 50 60 70 S o lo r e tid o e m p e n e ir a ( % ) Amostras Maceração Manual Moagem (Rolamento) Moinho tipo Cyclone - usa força centrífuga provocando atrito entre o disco rotor e cinta recartilhada forçando as partículas a passarem através de peneira Mesh 20/30. Usado em indústrias alimentícias. Moinho tipo Wiley – moinho de facas muito usado para plásticos, tecidos vegetais 17 18 19 20 6 • Moagem ocasionada pelo choque de discos circulares com o sólido a ser pulverizado • Cerca de 800 rotações por minuto, até 100 g de amostra • Amostra é colocada em um vaso com esferas (tamanho pode variar). • Após fechado, o frasco é colocado em um sistema de roldanas que promove o movimento circular. • O sólido é moído por ação do impacto e fricção das esferas com a amostra • Materiais • Aço • Ligas metálicas • Ágata • Carbeto de Tungstênio • Porcelana • Para materiais macios: Frasco e esferas de plástico (Teflon) • Para materiais mais duros: Frasco e esferas de aço, carbeto de tungstênio, ágata . . • Cuidados: – Materiais porosos podem acumular resíduos e inviabilizar o seu uso para um novo lote de amostras 21 22 23 24 7 • Ágata • Porcelana • Zircônia (ZrO2) • Carbeto de tungstênio (WC) 25 26 27 28 8 • Opção para amostras com massas pequenas Uma única esfera amostra Ar • Amostra é inserida em uma câmara com entradas tangenciais de ar • Partículas da amostra colidem entre si devido ao efeito vortex ocasionado pelo ar em espiral. • A colisão entre as próprias partículas causam a moagem Minimização da contaminação por resíduos dos moinhos pela diminuição do contato da amostra com partes do moinho • Congelamento da amostra para tornar o material mais duro e quebradiço. • Material é transformado em um pó fino (partículas menores que 100 m) em poucos minutos. • Amostras que sofrem aglomeração (formação de pastas ou suspensões) são mais facilmente processadas neste processo de moagem. • Bastante usado para determinações em GFAAS (absorção atômica em forno de grafite), o qual exige partículas diminutas. • Equipamento usual 29 30 31 32 9 • Mecanismo de funcionamento – A amostra é inserida em um tubo (policarbonato) juntamente com uma barra metálica magnética – O sistema é fechado com tampas de aço Inox e envolto por uma bobina de indução – Todo o sistema é mergulhado em uma cuba com N2 liquido. – A aplicação de correntes direta e inversa á bobina provoca a movimentação da barra magnética que tritura a amostra • Suspensões preparadas com sólidos contendo alto teor de gordura moídos criogenicamente. Castanha do Pará Azeitonas Atum Sardinha Mexilhão • Tipo de moagem: moagem de impacto • Mecanismo: impacto com barras magnéticas • Resfriamento: N2 líquido (-195,8 C) • Características – Capacidade: 2 g de amostra – Consumo de N2: 4-5 L para congelamento inicial, 2-3 L para cada hora de operação – Fácil programação: • Etapa de pré-congelamento (5-15 min) • Etapa de moagem (3 ciclos de 2 min) • Etapa de recongelamento (1 min) 3334 35 36 10 • Etapa posterior a moagem e permite selecionar e avaliar a distribuição do tamanho de partícula • Possibilita a averiguação do método de moagem escolhido • Peneiras de diversos tamanhos – Mesh (unidade de medida de malha de peneiras) – Número de malhas por polegada quadrada • Quanto maior o Mesh, menor o tamanho da malha e a granulometria do material peneirado. • Unidade métrica – Mais confiável em medidas analíticas US std Mesh Tyler Mesh ASTM* (m) 30 28 595 50 48 297 70 65 210 100 100 149 140 150 105 200 200 74 230 250 64 325 325 44 400 400 37 550 550 21 *American Society for Testing Material • Após a moagem, trituração e peneiramento, a amostra pode ainda estar em tamanho grande para ser levada ao laboratório para seu preparo. • Quarteamento: procedimento que garante a redução da amostra com boa representatividade Quarteador Jones 37 38 39 40 11 • Redução da quantidade da amostra bruta para uma amostra laboratorial • Após quartear, retirar duas partes a cada etapa e homogeneíze para o próximo quarteamento • Repita o procedimento até obter a quantidade de amostra bruta desejada Representatividade fica muito prejudicada quando a amostra bruta é heterogênea. Deve-se realizar um tratamento preliminar na amostra antes de obter a amostra laboratorial. 41 42
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