Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
Métodos de Preparo de Amostras Fundamentos sobre preparo de amostras orgânicas e inorgânicas para análise elementar 6a Edição Revisada e Ampliada Editor: Francisco José Krug Abril 2006 Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP) Seção Técnica de Biblioteca - CENA/USP Workshop sobre Preparo de Amostras (6 : 2006 : Santa Maria) Métodos de preparo de amostras; fundamentos sobre preparo de amostras orgânicas e inorgânicas para análise elementar / editado por Francisco José Krug. – Santa Maria : UFSM, 2006. 282 p. 1. Preparo de amostras - Workshop I. Francisco José Krug, ed. II. Título CDU 543.05 A P R E S E N T A Ç Ã O Este texto foi inspirado no roteiro recomendado por Richard Anderson em monografia especialmente dedicada ao pré-tratamento de amostras e separações, mas contém capítulos inéditos, baseados na experiência dos autores. Nas edições antigas, os atuais capítulos 5, 6 e 7 correspondiam, em boa parte, à tradução dos capítulos correspondentes ao livro de Anderson, complementada com informações contidas na versão em inglês da excelente monografia de Rudolf Bock sobre decomposição de amostras e do histórico texto de M. Würfels sobre decomposições em sistemas fechados. Na 4a edição (2003) foram incorporadas aplicações e abordagem de outros métodos de decomposição não mencionados nas versões anteriores, as quais foram feitas pelo MSc Juliano Smanioto Barin e Prof. Dr. Érico Marlon de Moraes Flores. Nesta 6a edição foram incorporados capítulos sobre erros sistemáticos, extrações assistidas por ultra-som, análise direta de sólidos e suspensões. Os capítulos 6 e 7 foram reestruturados e re- editados pelo grupo liderado pelo professor Érico Flores; o capítulo 8 foi atualizado e revisado pelos professores Joaquim de Araújo Nóbrega (DQ-UFSCar), Ana Rita Nogueira (EMBRAPA Sudeste) e pelo grupo de Santa Maria, contendo várias aplicações selecionadas com experiência dos autores. Quero também destacar, que este texto foi inspirado a partir de materiais didáticos preparados pelo Prof. Dr. Ramon Barnes (University of Massachussets, Amherst, USA), pelo Prof. Dr. Günter Knapp (Tecnhical University Graz, Austria), e pelo Professor Dr. Antônio Celso Spínola Costa (Instituto de Química-UFBA) para o I e II Workshops sobre Métodos de Decomposição de Amostras realizados no CENA-USP, Piracicaba-SP, em 1996 e 1998, e para o III Workshop realizado em São Carlos-SP no CCDM, DQ-UFSCar e EMBRAPA Sudeste. Aproveito para expressar meus mais sinceros agradecimentos a todos os autores, à Comissão Organizadora deste VI Workshop, e a todos aqueles que estarão trabalhando para o sucesso deste evento: conferencistas convidados, coordenadores e supervisores de aulas práticas, expositores, técnicos especializados e pessoal de apoio operacional e administrativo do Departamento de Química da Universidade Federal de Santa Maria. Francisco José Krug 23/04/2006 INFORMAÇÕES SOBRE OS AUTORES Dra. Ana Rita de Araujo Nogueira, pesquisadora da Embrapa Pecuária Sudeste e professora credenciada no Programa de Pós-Graduação em Química da UFSCar, São Carlos-SP. Prof. Dr. Antonio Celso Spínola Costa, professor do Departamento de Química da Universidade Federal da Bahia, Salvador-BA Prof. Dr. Carlos Emanuel de Carvalho Magalhães, professor do Centro de Ciências e Tecnologia, Departamento de Física e Química, Univ. Estadual do Ceará, Fortaleza-CE. Dra. Cassiana Seimi Nomura, pesquisadora (FAPESP) junto ao Laboratório de Química Analítica “Henrique Bergamin Filho”, CENA-USP, Piracicaba-SP. Dr. Dário Santos Junior, pesquisador (FAPESP) junto ao Centro de Lasers e Aplicações, Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares-IPEN, São Paulo-SP e colaborador no Laboratório de Química Analítica “Henrique Bergamin Filho”, CENA-USP, Piracicaba-SP. Químico Diogo Pompeu de Moraes, estudante de mestrado do Programa de Pós- Graduação em Química do Departamento de Química da Universidade Federal de Santa Maria, Santa Maria-RS. MSc. Éder Lisandro de Morares Flores, professor do Departamento de Química da Universidade Estadual do Rio Grande do Sul, Santana do Livramento-RS. Químico Fábio Andrei Duarte, estudante de mestrado do Programa de Pós-Graduação em Química do Departamento de Química da Universidade Federal de Santa Maria, Santa Maria-RS. Prof. Dr. Francisco José Krug, professor do Centro de Energia Nuclear na Agricultura- USP, Laboratório de Química Analítica “Henrique Bergamin Filho”, Piracicaba-SP Prof. Dr. Érico Marlon de Moraes Flores, professor do Departamento de Química da Universidade Federal de Santa Maria, Santa Maria-RS. Prof. Dr. Günter Knapp, professor do Institut für Analytische Chemie und Radiochemie, Graz University of Technology, Graz-Áustria Prof. Dr. Joaquim de Araújo Nóbrega, professor do Departamento de Química, Universidade Federal de São Carlos, São Carlos-SP. Prof. Dr. Juliano Smanioto Barin, professor da Universidade Regional Integrada do Alto Uruguai e das Missões, Departamento de Ciências da Saúde, Curso de Farmácia, Frederico Westphalen-RS. Prof. Dr. Mauro Korn, professor do Departamento de Ciências Exatas e da Terra da Universidade do Estado da Bahia, Salvador-BA. MSc. Márcia Foster Mesko, professora do Departamento de Química da Universidade Estadual do Rio Grande do Sul, Sananduva-RS. Prof. Dr. Marco Aurélio Zezzi Arruda, professor do Instituto de Química da Universidade Estadual de Campinas, Campinas-SP. Prof. Dr. Pedro Vitoriano de Oliveira, professor do Instituto de Química da Universidade de São Paulo, São Paulo-SP. Prof. Dr. Valderi Luiz Dressler, professor do Departamento de Química da Universidade Federal de Santa Maria, Santa Maria-RS. © Francisco José Krug, fjkrug@cena.usp.br. VI Workshop sobre Preparo de Amostras, Santa Maria, 2006 1. INTRODUÇÃO 1.1. A SEQUÊNCIA ANALÍTICA: PRINCIPAIS REQUISITOS PARA A REALIZAÇÃO DE UMA ANÁLISE QUÍMICA A primeira etapa de uma análise consiste em submeter a amostra a um tratamento adequado visando sua preparação para os passos subseqüentes da análise. A maneira de se decompor a amostra para a análise depende da sua natureza, do elemento a ser determinado e sua concentração, do método de análise, e da precisão e exatidão desejadas. O tratamento da amostra pode envolver uma transformação substancial da espécie química de interesse, para uma forma apropriada para a aplicação do método de determinação escolhido. Antes de se proceder ao estudo detalhado sobre pré-tratamento de amostras, é conveniente recordar quais são as etapas que um analista deverá levar em consideração sempre que uma amostra tiver que ser analisada: a) Definição do problema. Este é o primeiro passo no planejamento de uma análise: “qual é a informação analítica desejada?” b) Escolha do método. A partir do momento em que se souber exatamente qual é a informação desejada, pode-se decidir com detalhes como ela será obtida: i. o método deve ser eficiente e, sempre que possível, simples e rápido; ii. não deve causar danos ao recipiente no qual a amostra será tratada; iii. não deve causar qualquer perda do constituinte de interesse; iv. não deve permitir ou promover contaminação dos constituintes a serem determinados, bem como de quaisquer substâncias interferentes, a menos que estas possam ser facilmente removidas; v. mínima manipulação experimental; vi. máxima segurança operacional.c) Amostragem. É o processo de se selecionar e remover uma pequena, representativa e suficiente parte de um todo, a partir da qual será feita a análise. O termo “amostragem representativa” é muito subjetivo, mas pode ser melhor compreendido como “amostragem apropriada”. d) Pré-tratamento da amostra e separação. Em geral, a amostra deve ser convertida em uma forma adequada para que a análise proceda. Somente na mais simples das Introdução © Francisco José Krug, fjkrug@cena.usp.br. VI Workshop sobre Preparo de Amostras, Santa Maria, 2006 2 situações a amostra poderá ser analisada sem qualquer tipo de pré-tratamento, que pode incluir ou não alguma forma de separação. e) Medida. Obtenção de dados analíticos a partir de medidas na amostra pré-tratada. f) Calibração. Obtenção de dados analíticos a partir de padrões preparados adequadamente. Em espectrometria atômica as soluções-padrão são também denominadas de soluções de referência, a partir das quais se constrói uma curva analítica de calibração ou curva de calibração. Também podem ser usados materiais de referência e materiais de referência certificados para as calibrações. g) Avaliação. Interpretação dos resultados obtidos a partir das operações feitas em (e) e (f), incluindo o controle de qualidade analítica através de um procedimento adequado. h) Ação. O resultado analítico será usado para se tomar uma decisão com respeito ao problema original Assim, antes de se analisar qualquer amostra, recomenda-se que todos os passos da seqüência analítica sejam informados através de uma planilha: a) Definição do problema. b) Escolha do método. c) Amostragem. d) Pré-tratamento da amostra. e) Testes qualitativos na amostra pré-tratada. f) Testes com materiais de referência para comparação. g) Interpretação dos resultados. h) Ação. Notas: (i) Em análises de rotina o problema e a escolha do método devem ser previamente conhecidos, lembrando que o método deve estar muito bem estabelecido. (ii) Em muitos casos a amostragem não é feita pelo analista, mas por outra pessoa habilitada. Idealmente, o analista deve sempre participar do processo de amostragem; quando isto não for possível deverá tomar ciência da planilha de amostragem, com descrição detalhada dos materiais utilizados. (iii) O analista terá sempre que fornecer o resultado analítico, mas nem sempre é requisitado e/ou instruído para tomar uma decisão com respeito à definição do problema analítico. Em alguns casos, as incertezas inerentes ao método escolhido podem impedir e/ou prejudicar tomadas de decisão. Introdução © Francisco José Krug, fjkrug@cena.usp.br. VI Workshop sobre Preparo de Amostras, Santa Maria, 2006 3 (iv) Em muitos casos as operações de pré-tratamento de amostras, separação dos constituintes de interesse, controle de qualidade com materiais de referência e interpretação dos resultados, e mesmo amostragem podem ser automatizados. Uma ação também pode ser automatizada em um instrumento de controle de processo automático. (v) Alguns métodos analíticos são absolutos, podendo dispensar a etapa de calibração envolvendo soluções-padrão, como os gravimétricos, por exemplo. É oportuno observar que, dentre todas as operações analíticas, a etapa de pré-tratamento das amostras é a mais crítica. Em geral, é nesta etapa que se cometem mais erros e que se gasta mais tempo. É também a etapa de maior custo. Por isso, os passos de um procedimento de pré-tratamento de amostra deverão ser sempre considerados cuidadosamente. 1.2. EFICIÊNCIA ANALÍTICA Virtualmente, cada método analítico inclui algum tipo de pré-tratamento de amostra. Freqüentemente, esta etapa consome a maior parte do trabalho analítico. Assim, quando um método estiver sendo avaliado, seja quanto ao seu desempenho ser adequado ou não para o propósito analítico, seja na comparação de dois métodos, as etapas de pré- tratamento deverão ser sempre consideradas com muito cuidado. Em resumo, a operação de pré-tratamento das amostras pode governar: - a precisão (repetibilidade e reprodutibilidade) e a exatidão dos resultados obtidos - o tempo total e esforço envolvidos na análise • Em geral, o método selecionado deverá ser executado com o menor número possível de operações de pré-tratamento, desde que seja capaz de fornecer resultados analíticos com a devida confiabilidade metrológica. • Muitos métodos instrumentais modernos (fluorescência de raios-X, análise por ativação neutrônica instrumental, ablação com laser em espectrometria de massas com plasma, espectrometria de emissão ótica com excitação por arco ou faísca, eletrodissolução anódica em fluxo contínuo) requerem pouco ou nenhum pré- tratamento de amostras comparativamente aos métodos clássicos. 2. ERROS SISTEMÁTICOS NO PREPARO DE AMOSTRAS Francisco José Krug Dário Santos Junior 2.1. INTRODUÇÃO A evolução das técnicas de espectrometria atômica permitiu que a determinação de elementos químicos em baixas concentrações, ao nível de µg/kg a pg/kg fosse possível. Esses avanços contribuíram fortemente para a caracterização e desenvolvimento de novos materiais, assim como aplicações nas áreas de toxicologia, agricultura, medicina, biologia, química forense, entre outras. Contudo, essas técnicas geralmente envolvem a introdução das amostras em soluções aquosas e essa característica originou uma das ironias da espectrometria analítica moderna, pois, embora seja possível a determinação simultânea com excelente sensibilidade em tempos inferiores a 1 min, a conversão da amostra sólida em uma solução representativa pode levar de 5 min a 48 h ou mais, dependendo da complexidade da matriz. Os tratamentos podem envolver uma transformação substancial da espécie química de interesse para uma forma apropriada à aplicação do método de determinação escolhido, assim como dependem fortemente da natureza da amostra, do elemento a ser determinado e sua concentração, da precisão e da exatidão desejada. Após duas décadas de pesquisas e avanços na instrumentação comercial, existe um consenso que o tratamento da amostra previamente a análise é a etapa de maior custo e de maior fonte de erros na espectrometria atômica. Segundo Tölg e Tschöpel (1994), os erros, denominados sistemáticos, são devidos, principalmente, à insuficiente qualificação dos analistas e/ou à inadequada infra-estrutura laboratorial, tornando impossível o estabelecimento de qualquer estratégia para o ótimo desempenho de um método analítico. A primeira afirmação já fora colocada de forma mais contundente por Abbey (1981), em trabalho destacando a importância da formação da pessoa mais do que o método e a instrumentação, quando afirmou que “A confiabilidade de um resultado depende mais de quem o produz do que como é obtido. Não existem maus métodos, mas apenas maus analistas que não atentam para suas próprias limitações”. (S. Abbey. Anal. Chem, v.53, n.4, p.529A, 1981). Esta frase foi oportunamente lembrada pelo Professor Paschoal Ernesto Américo Senise, no histórico artigo intitulado “A química analítica na formação do químico” publicado na revista Química Nova, v.5, n.4, p.137-143, 1982. Erros sistemáticos no preparo de amostras 5 Com referência à infra-estrutura laboratorial, ela poderá ser particularmente crítica para a determinação de baixas concentrações de elementos, dependendo do analito. A preocupação sempre se torna evidente para teores da ordem de µg/g e aumenta, consideravelmente, com a quantidade absoluta a ser determinada. No Brasil, no fim da década de 70, um dos principais motivos que contribuíram para o insucesso da implementação da espectrometria de absorção atômica com forno de grafite (GFAAS) eram os altos valores dos brancos analíticos, face à inadequação das condições detrabalho laboratorial. Em GFAAS, é comum a determinação de massas da ordem de picogramas (10- 12 g). De qualquer forma, este assunto vem sempre à tona quando os resultados analíticos apresentam erros não toleráveis e/ou quando são acompanhados de incertezas que impeçam tomadas de decisão. Supõe-se, aqui, que o analista possua as ferramentas metrológicas necessárias para impedir que falsos resultados (positivos ou negativos) sejam emitidos. A importância da qualidade do resultado analítico pode ser colocada de outra forma: o custo poderá ser muito maior que os investimentos feitos na instrumentação para determiná-lo. Este aspecto fica evidente quando se analisam os resultados obtidos pelo IMEP (International Measurement Evaluation Program) em uma série de artigos liderados por Paul De Bièvre, renomado cientista do IRMM (Institute for Reference Materials and Measurements) na União Européia. O IMEP é um projeto do IRMM em cooperação com o NIST (National Institute of Standards and Technology) com o objetivo de aumentar a confiança das medidas em química sob os auspícios da IUPAC (international Union of Pure and Applied Chemistry), EURACHEM (Foco em Química Analítica na Europa), EUROMET (Association of European Institutes for Metrology) e CITAC (Cooperation for International Traceability in Analytical Chemistry). No artigo de Lamberty et al (1996), referente ao IMEP 3, os resultados de 10 elementos em águas foram fruto da contribuição de 155 participantes. Ao agrupar os resultados em função das técnicas/métodos utilizados (ICP OES, ICP-MS, FAAS, GFAAS, por exemplo), observaram-se resultados imprecisos e inexatos, independentemente dos métodos utilizados. Os resultados mais contraditórios foram observados na determinação de ferro. No artigo de Van Nevel et al (1998) merece menção o fato de que resultados inexatos e imprecisos também foram obtidos por laboratórios denominados acreditados ou certificados ou autorizados quando se determinou chumbo em amostra de água. Os resultados discutidos nos trabalhos do IMEP não surpreendem, quando se recorre aos trabalhos de Tölg e Tschöpel. Segundo estes autores, as dificuldades são Erros sistemáticos no preparo de amostras 6 maiores para a determinação de elementos-traço que ocorrem em altas concentrações na crosta terrestre, como Si, Al, Fe, Ca, Mg, Na, K, Mn e Ti, porque estes elementos estão sempre presentes no ambiente de trabalho, principalmente na forma de poeira. Dificuldades também são comuns na determinação de elementos que contaminam o ambiente de trabalho como resultado da poluição antropogênica (Zn, Pb, Cd, Hg, Cu, As, Ni, por exemplo). As mais importantes fontes de erros sistemáticos podem ser agrupadas nas diferentes etapas da seqüência analítica, partindo da sugestão de Tschöpel e Tölg (1982): a) Amostragem inapropriada, manuseio da amostra e armazenamento, homogeneidade inadequada; b) Contaminação da amostra e/ou solução da amostra por ferramentas, aparelhos, frascos, reagentes e poeira durante o procedimento analítico; c) Efeitos de adsorção e dessorção nas paredes internas dos frascos e fases sólidas de diferentes materiais (filtros, colunas, precipitados); d) Perdas de elementos (Hg, As, Se, Cd, Zn) e compostos (óxidos, haletos, hidretos de elementos) por volatilização; e) Reações químicas incompletas ou indesejáveis, como mudança do estado de oxidação, precipitação, troca iônica, formação de complexos; f) Influências da matriz na geração do(s) sinal(is) analítico(s), como atomização incompleta, interferências espectrais de fundo (“background”); g) Calibração e avaliação incorretas, como resultado do uso de padrões inapropriados, soluções-padrão instáveis, funções matemáticas falsas, por exemplo. O diagrama de blocos da Figura 2.1 mostra as principais fontes de erros nesta seqüência analítica. Cabe esclarecer que este capítulo não tratará das incertezas devidas à amostragem no campo e no laboratório, por se tratar de tópico muito especializado, que deve ser tratado separadamente. Também não serão tratados os erros e incertezas devidos à calibração de instrumentos, como balanças e sensores de temperatura, por exemplo. Erros sistemáticos no preparo de amostras © Francisco José Krug, fjkrug@cena.usp.br. VI Workshop sobre Preparo de Amostras, Santa Maria, 2006. 7 Figura 2.1. Incertezas na seqüência analítica (adaptado de Peter Bode, Interfaculty Reactor Institute, Delft University of Technology, apontamentos de aula da Disciplina CEN5761 Metrologia 2005). Amostragem Preparo da amostra Pesagem da amostra teste Decomposição Separação de interferentes Perdas, contaminação ? Apropriada ? Calibração da balança ? Eficiência, perdas, contaminação ? Estabilidade do analito ? Eficiência, perdas, contaminação ? Ajuste químico do analito Eficiência da Conversão ? Medida instrumental da concentração do analito Estabilidade do analito ? Resultados Calibração com soluções-padrão, CRM’s Erros sistemáticos no preparo de amostras © Francisco José Krug, fjkrug@cena.usp.br. VI Workshop sobre Preparo de Amostras, Santa Maria, 2006. 8 2.2. O BRANCO ANALÍTICO O branco analítico é, reconhecidamente, o “calcanhar de Aquiles” da química analítica de baixas concentrações. Quando uma amostra é analisada, ela deverá ser feita com um número apropriado de repetições (n medidas), de tal forma que o resultado encontrado (mam) venha acompanhado de uma incerteza, que é geralmente equivalente à estimativa de 1 desvio- padrão (sam). A média dos resultados das n medidas é representada por mam ± sam Na química analítica, com particular atenção para a determinação de elementos- traço, o resultado final da análise deverá levar em consideração o valor do branco. Quando se manipulam soluções, o branco analítico é a solução resultante de todas as etapas do procedimento analítico na ausência da amostra. Em geral o branco é mais afetado na etapa de preparação da amostra, por causa dos riscos de perdas do analito e/ou contaminação. Seguindo o mesmo raciocínio, o branco deverá ser feito com n repetições e o resultado será uma média (mbr) acompanhada do respectivo desvio-padrão das n medidas do branco (sbr): mbr ± sbr O resultado final será a diferença destas médias acompanhada de um desvio- padrão que é a raiz quadrada da soma dos quadrados dos desvios-padrão das medidas da amostra e do branco: mam - mbr ± (sam2 + sbr2)1/2 Tabela 2.1 . Exemplos da propagação da incerteza das medidas do branco no resultado final da determinação de um analito. Amostra Branco Resultado final mam ± sam mbr ± sbr mam - mbr ± (sam2 + sbr2)1/2 Caso 1 15 ± 1 5 ± 5 10 ± 5 Caso 2 15 ± 1 2 ± 1 13 ± 1,4 Erros sistemáticos no preparo de amostras © Francisco José Krug, fjkrug@cena.usp.br. VI Workshop sobre Preparo de Amostras, Santa Maria, 2006. 9 Os exemplos mostrados na Tabela 2.1 mostram como o valor do branco pode comprometer a qualidade de um resultado. No Caso 1, a incerteza das medidas do branco é refletida totalmente no resultado final, ao passo que no Caso 2, a incerteza do resultado final reflete as incertezas das medidas da amostra e do branco. Na prática, o branco analítico pode ser eficientemente diminuído, controlando-se três fontes principais: a) Qualidade do ar do laboratório; b) Pureza dos reagentes (nos quais a água está incluída); c) Qualidade dos materiais, equipamentos e/ou assessórios Uma das experiências mais interessantes sobre a importância do controle das fontes de contaminação foi reportada por Murphy (1974), em publicação especial do antigo National Bureau of Standards (NBS, atual NIST), apud Kingston (1996). A intenção era certificaralgumas propriedades de um vidro, entre elas o teor de Pb. A mesma massa de amostra foi analisada sob diferentes condições, e os resultados são mostrados na Tabela 2.2. Tabela 2.2. Influência de “brancos analíticos” na determinação de baixas concentrações de chumbo. Adaptado de Skip Kingston, 1996. “The Role of Analytical Blank in Accurate Trace Analysis”. Thomas Murphy, NBS Special Publication 4222, Accuracy in Trace Analysis: Sampling, Sample Handling and Analysis. Proc. 7th IMR Symposium, 1974, Gaithersburg-MD. Condição Média ± desvio-padrão (µg Pb) Primeira análise de vidro NIST 330 ± 250 Análise com ácidos selecionados 260 ± 200 Análise em capela de fluxo laminar Classe 100 20 ± 8 Análise com ácidos de alta pureza em sala branca 2 ± 1 É muito raro os brancos serem preparados nas mesmas condições da amostra. A maior dificuldade está na etapa de amostragem e no preparo da sub-amostra, pois, idealmente, se a amostra for um sólido orgânico ou inorgânico, o branco deveria ser obtido a partir de uma amostra sólida com características similares, mas que não Erros sistemáticos no preparo de amostras © Francisco José Krug, fjkrug@cena.usp.br. VI Workshop sobre Preparo de Amostras, Santa Maria, 2006. 10 contivesse o analito, e processada de acordo com o procedimento de todas as etapas correspondentes na seqüência analítica. No caso de sólidos orgânicos a amostra pode, por exemplo, ser substituída por celulose de altíssima pureza, coletada e moída nas mesmas condições das amostras. Com sólidos inorgânicos, pode-se utilizar quartzo de altíssima pureza para a análise de silicatos, mantendo-se as mesmas condições de moagem e homogeneização. Posteriormente, supondo-se que a amostra foi tratada com 10 ml de HNO3 concentrado, que esta solução foi evaporada até quase a secura, e que o resíduo foi retomado com 1 ml de HClO4, seguido da adição de H2O e de uma filtração para balão volumétrico de 100 ml, o branco passará por todas as etapas deste procedimento, e a solução resultante armazenada nas mesmas condições da amostra. Em casos mais simples, p.ex. uma amostra de água filtrada através de filtro de membrana de acetato de celulose de 0,45 µm para um frasco de polietileno, seguida da acidificação com 1,0 ml HNO3 concentrado por litro de amostra, o branco deverá ser obtido com água da mais alta pureza, seguindo-se o mesmo procedimento de filtração, acidificação e armazenamento. Determinar o valor do branco é imprescindível para a obtenção de resultados com confiabilidade metrológica, incluindo-se o limite de detecção, e deverá ser feito sempre que as amostras forem analisadas. As condições recomendadas pela IUPAC para determinações espectrométricas, referem-se a, pelo menos, 20 medidas instrumentais de uma solução do branco para o cálculo do limite de detecção. Neste caso, o desvio-padrão das medidas não representa as incertezas nas diversas etapas da seqüência analítica. A incerteza total do método poderá ser estimada, processando-se a amostra do branco com, pelo menos, 4 repetições. Com referência aos erros sistemáticos, eles serão aqui tratados obedecendo-se a seguinte seqüência, conforme sugestão de Knapp (1996): • Erros devidos à contaminação – pelo ar – por impurezas em reagentes – por impurezas em materiais • Erros devidos às perdas de elementos – por volatilização – por adsorção • Erros devidos à decomposição/dissolução incompleta das amostras Ph's (Pièrre) Destacar Ph's (Pièrre) Destacar Erros sistemáticos no preparo de amostras © Francisco José Krug, fjkrug@cena.usp.br. VI Workshop sobre Preparo de Amostras, Santa Maria, 2006. 11 2.3. ERROS POR CONTAMINAÇÃO 2.3.1. Contaminação pelo ar A contaminação pelo ar será a principal responsável por altos valores de branco, quando a qualidade da limpeza do laboratório não for adequada. Os principais contaminantes presentes nas poeiras de origem geológica, predominantemente solos, são Si, Al, Fe, Ca, Mg, Na, K, Ti; poeiras metalúrgicas apresentam elevados teores de Fe. Segundo Tölg e Tcshöpel (1994), a atmosfera de áreas densamente povoadas também apresenta elementos que não são comumente encontrados, como V, Zn, Ni, Co, Mn Pb, Cr, Cu, F em concentrações maiores que 0,1 µg m-3 , além S e Cl. A Figura 2.2 mostra os principais contaminantes que podem estar presentes no ar. Diâmetro médio das partículas / µm Visível ao olho humano 0,3 Visível ao olho humano 0,3 Fumaça de óleo Poeiras de carvãoVírus Fumos Farinha moída Pó de cimento PólenFumaça de cigarro Bactérias Cinzas Visível ao olho humano Poeira de inseticidas Poeiras e fumaças metalúrgicas 1 10 1000,10,001 0,01 Diâmetro médio das partículas / µm Visível ao olho humano 0,3 Visível ao olho humano 0,3 Fumaça de óleo Poeiras de carvãoVírus Fumos Farinha moída Pó de cimento PólenFumaça de cigarro Bactérias Cinzas Visível ao olho humano Poeira de inseticidas Poeiras e fumaças metalúrgicas 1 10 1000,10,001 0,01 Figura 2.2. Tamanho dos principais contaminantes do ar. Observar a escala logarítmica e a indicação para filtros de alta eficiência para partículas ≥ 0,3 µm. Adaptado de T.J. Murphy. In: P.D. La Fleur. National Bureau of Standards Special Publication 422, p.509- 541, 1976. Ph's (Pièrre) Destacar Erros sistemáticos no preparo de amostras © Francisco José Krug, fjkrug@cena.usp.br. VI Workshop sobre Preparo de Amostras, Santa Maria, 2006. 12 Além disso, a atmosfera do laboratório poderá apresentar partículas provenientes das paredes, da pintura, do piso, do mobiliário, dos equipamentos, das vestimentas e do próprio analista. Assim, se material particulado entrar em contato com as amostras, a contaminação poderá ser muito severa. Em alguns casos, a proteção contra a contaminação poderá ser bastante efetiva com um pequeno investimento, ou utilizando sistemas fechados para o preparo das amostras e das soluções. Segundo Tschöpel (1989), o mínimo que se deve ter a disposição é uma capela de fluxo laminar; mesmo num corredor, a atmosfera no interior desta capela é muito melhor do que dentro de um laboratório sem nenhum tratamento do ar. Entretanto, o melhor para evitar e/ou controlar a contaminação pelo ar é trabalhar em áreas limpas. A classe de limpeza destas áreas é projetada em função do número máximo de partículas de 0,5 µm/pé3. Um ambiente com Classe de Limpeza 100, ou simplesmente Classe 100, apresenta, no máximo, 100 partículas de 0,5 µm por pé3. Esta classificação se baseava no US Federal Standard 209 (Tabela 2.3) que foi, posteriormente, substituída pela FS 209E, a qual incorpora o sistema métrico, onde a Classe 100 corresponde a, no máximo, 3520 partículas de 0,5 µm por m3. Tabela 2.3. Número máximo de partículas por pé cúbico de ar, segundo a antiga norma americana FS209 "Airborne Particulate Cleanliness Classes in Cleanrooms and Clean Zones" Tamanho da partícula Classe 0.1 µm 0.2 µm 0.3 µm 0.5 µm 5.0 µm 1 35 7.5 3 1 10 350 75 30 10 100 750 300 100 1,000 1,000 7 10,000 10,000 70 100,000 100,000 700 Ph's (Pièrre) Destacar Ph's (Pièrre) Destacar Ph's (Pièrre) Destacar Ph's (Pièrre) Destacar Ph's (Pièrre) Destacar Ph's (Pièrre) Destacar Erros sistemáticos no preparo de amostras © Francisco José Krug, fjkrug@cena.usp.br. VI Workshop sobre Preparo de Amostras, Santa Maria, 2006. 13 Atualmente, os padrões de limpeza das salas limpas baseiam-se na ISO 14644-1 "Classification of Air Cleanliness" (Tabela 2.4), que utiliza o sistema métrico, e as classes se baseiam na seguinte fórmula: Cn = 10N (0.1 / D)2.08 (1) OndeCn = número máximo permitido de partículas por metro cúbico igual ou maior que o tamanho especificado da partícula, arredondado para um número inteiro; N = é número da Classe ISO, que deve ser um múltiplo de 0.1 e ser ≤ 9; D = é o diâmetro da particular em µm. Tabela 2.4. Classes ISO de limpeza de acordo com a ISSO 14644-1 "Classification of Air Cleanliness" Número máximo de partículas no ar (partículas por m3 iguais ou maiores que o tamanho especificado) Tamanho das partículas Classe ISO > 0.1 µm > 0.2 µm > 0.3 µm > 0.5 µm > 1 µm > 5 µm ISO Classe 1 10 2 ISO Classe 2 100 24 10 4 ISO Classe 3 1000 237 102 35 8 ISO Classe 4a 10,000 2,370 1,020 352 83 ISO Classe 5b 100,000 23,700 10,200 3,520 832 29 ISO Classe 6c 1,000,000 237,000 102,000 35,200 8,320 293 ISO Classe 7d 352,000 83,200 2930 ISO Classe 8 3,520,000 832,000 29,300 ISO Classe 9 35,200,000 8,320,000 293,000 a Classe 10 (USFS 209) b Classe 100 (USFS 209) c Classe 1000 (USFS 209) d Classe 10000 (USFS 209) Erros sistemáticos no preparo de amostras © Francisco José Krug, fjkrug@cena.usp.br. VI Workshop sobre Preparo de Amostras, Santa Maria, 2006. 14 Apesar da ISO 14644-1, ainda hoje se utiliza o antigo padrão americano para designar as classes de limpeza. Assim, é ainda comum ouvir as expressões Classe 10, Classe 100, Classe 1000, Classe 10000. Cabe chamar atenção para o trabalho de Benett (1999), que trata do impacto da norma ISO sobre a classificação antiga. Como já foi afirmado, a maneira mais eficiente e conveniente de se controlar contaminações pelo ar é realizar o preparo da amostra e das soluções em uma sala limpa. A sala-limpa é, por definição, uma área hermeticamente isolada da atmosfera externa, onde ar refrigerado e convenientemente desumidificado é introduzido por um sistema de insuflamento, sendo previamente filtrado em um filtro ou conjunto de filtros primários. O insuflamento é feito de tal forma que a pressão no interior da sala seja positiva com referência à pressão externa e que o ar pré-tratado seja introduzido na sala limpa através de filtros especiais, denominados filtros HEPA (acrônimo do inglês High Efficiency Particulate Air filters). A Figura 2.3 mostra um esquema de sala limpa desenvolvida para o Laboratório de Análise de Materiais de Alta Pureza do Max-Planck- Institut für Metallfforschung, Dortmund-Alemanha. Apesar de este laboratório ter sido desativado há alguns anos, ele foi uma referência para muitos laboratórios de vários centros de pesquisa. Figura 2.3. Corte esquemático de uma sala com limpa com capela de exaustão (adaptado de Tölg e Tschöpel, 1994) HEPA Saída de ar Dreno P ré -f il tr o s FAN-COIL Entrada de ar Saída de ar H E P A HEPA H E P A HEPA Saída de ar Dreno P ré -f il tr o s FAN-COIL Entrada de ar Saída de ar H E P A HEPA H E P A Ph's (Pièrre) Destacar Erros sistemáticos no preparo de amostras © Francisco José Krug, fjkrug@cena.usp.br. VI Workshop sobre Preparo de Amostras, Santa Maria, 2006. 15 Deve-se notar, neste esquema, que é possível trabalhar com capela de exaustão, através da qual também passa ar de alta pureza, com insuflamento através de filtro HEPA. O ar que passa através desta capela não pode ser recirculado por causa dos gases tóxicos e corrosivos provenientes das decomposições e/ou dissoluções das amostras com ácidos concentrados. Na sala limpa proposta por Tölg e Tschöpel (1994) é possivel se obter um ambiente Classe 10000 (ISO Classe 7) na área de circulação interna e Classe 100 (ISO Classe 5) no interior da capela de exaustão. Para se ter uma idéia do significado destas salas, em um laboratório normal o número de partículas maiores que 0,5 µm pode chegar a 2 x 107 por m3 (Tschöpel e Tölg, 1982) Os filtros HEPA apresentam uma eficiência de 99,97% para retenção de partículas ≥ 0,3 µm. Estes filtros impedem a entrada de partículas de poeira geológica, pólen, bactéria, pó de carvão, mas não filtram, eficientemente, partículas menores presentes na fumaça de cigarro e em poeiras metalúrgicas (Figura 2.2). Filtros HEPA especiais, HEPA Tipo D, denominados filtros ULPA (Ultra Low Penetration Air) deverão reter, por definição, 99,9995% de partículas ≥ 0,12 µm. São recomendados em ambientes projetados para atender ISO Classe 3 e ISO Classe 4. O esquema da Figura 2.4 mostra uma sala limpa com bancada central e bancadas laterais, onde podem ser instaladas capelas de exaustão, desde que o ar não retorne para o sistema de tratamento, e capelas de fluxo laminar. Filtros HEPA Bancada Classe 100 Capela de exaustão Módulos de insuflamento Pré-FiltroPré-Filtro Bancada auxiliar Retorno do ar Forro falso Parede falsa Filtros HEPA Bancada Classe 100 Capela de exaustão Módulos de insuflamento Pré-FiltroPré-Filtro Bancada auxiliar Retorno do ar Forro falso Parede falsa Figura 2.4. Corte de uma sala limpa com bancada central, bancada auxiliar, e capela com exaustão (opcional). Adaptado de NBS (1989). Erros sistemáticos no preparo de amostras © Francisco José Krug, fjkrug@cena.usp.br. VI Workshop sobre Preparo de Amostras, Santa Maria, 2006. 16 FAN COIL Filtros HEPA Classe 1000Classe 1000 Área de serviço Classe 1000 Retorno do ar Unidade de controle remoto Utilidades de distribuição Retorno do ar FAN COIL Filtros HEPA Classe 1000Classe 1000 Área de serviço Classe 1000 Retorno do ar Unidade de controle remoto Utilidades de distribuição Retorno do ar Figura 2.5. Corte de uma instalação para salas limpas com sistemas de insuflamento centrífugo no piso superior, piso com salas limpas Classe 1000 com filtros HEPA no teto (a separação física entre estes pisos facilita a manutenção), e um piso inferior onde é feita a tomada de ar das salas limpas, recirculando-o (adaptado de apresentação de R.B. Darling, EE 527-Microfabrication. http://www.ee.washington.edu/research/microtech/cam/PROCESSES/PDF%20FILES/CleanRooms.pdf Apesar de aparentemente simples, a construção de salas limpas é muito complexa, pois em alguns casos é permitido que o fluxo na área de circulação seja turbulento, sendo laminar apenas no interior das capelas ou sobre as bancadas. Em outros casos, a admissão do ar na sala limpa é através de fluxo laminar. A Figura 2.5 mostra um dos 3 projetos de salas limpas da apresentação de R. B. Darling. No Brasil existem várias empresas especializadas em projetos de salas limpas, inclusive empresas especializadas na manutenção e contagem de partículas. Há, também, a Sociedade Brasileira de Controle de Contaminação (SBCC), www.sbcc.com.br, que também edita a Revista da SBCC. Nesta revista é possível identificar as empresas nacionais, e consultar artigos bastante esclarecedores sobre salas limpas, como, por exemplo, o artigo de Fei Peng e Guangbei Tu (1999). Erros sistemáticos no preparo de amostras © Francisco José Krug, fjkrug@cena.usp.br. VI Workshop sobre Preparo de Amostras, Santa Maria, 2006. 17 Para a manutenção dos ambientes nas classes de limpeza desejadas, existe uma série de pré-requisitos mínimos, além de treinamento de todos os profissionais envolvidos, para se ter acesso às salas limpas. A lista de pré-requisitos, apresentada a seguir, é relativamente simples, e é aqui apresentada apenas para se ter uma idéia da disciplina mínima exigida nestes ambientes: 1. Todos os ítens pessoais, como chaves, relógios, anéis, brincos, cigarros, isqueiros, devem ser guardados fora da sala limpa. Itens pessoais, como documentos, talões de cheque, dinheiro podem ser guardados nos bolsos ou em “capangas”sob as vestimentas especiais, sem nunca removê-los. 2. Não se deve fumar próximo ao local onde é feita a tomada de ar para o tratamento primário. 3. A entrada de qualquer pessoa no interior de salas limpas só deve ser permitida com uso de roupas especiais, que inclui, no mínimo, capas para calçados, calças, jalecos e gorros. Os projetos de salas limpas sempre incluem ante-salas e, em alguns casos, pré-câmaras para limpeza de partículas dos usuários. 4. O uso de cosméticos é vedado às pessoas que ingressarem nas salas limpas, incluindo rouge, baton, sombra para olhos, lápis para olhos, máscaras, delineadores, cílios postiços, esmalte de unhas, fixadores de cabelos, mousse, shampoo anti-caspa a base de sulfeto de selênio, tintas de cabelo (algumas são feitas com acetato de chumbo), e uso em quantidade excessiva de loções e perfumes. A Tabela 2.5 mostra os principais contaminantes presentes em cosméticos. A composição varia muito e raramente é informada pelos fabricantes. Vide também a composição média de alguns contaminantes em cosméticos na Tabela 2.6. 5. Usar somente papéis absorventes e outros tipos de papeis aprovados para salas limpas. 6. Usar somente canetas aprovadas para salas limpas. 7. O uso de papel-toalha é proibido. Deve-se usar, se possível, secador de mãos equipado com filtro HEPA. 8. Não se deve tocar na superfície de qualquer material sem luvas apropriadas, principalmente quando não houver certeza absoluta de que a superfície está bem limpa. 9. Usar somente luvas sem talco ou outro tipo de pó. Em alguns casos, usam-se pinças adequadas para manipular as amostras. As impressões digitais são fontes severas de contaminação, particularmente para determinação de baixas concentrações de Na e de Cl. Erros sistemáticos no preparo de amostras © Francisco José Krug, fjkrug@cena.usp.br. VI Workshop sobre Preparo de Amostras, Santa Maria, 2006. 18 10. Deve-se evitar o contato de solvente com a pele, pois pode haver remoção de gorduras e tecido morto na forma de escamas. A Tabela 2.6 mostra alguns contaminantes presentes na pele. 11. O uso de loções ou sabonetes com lanolina pode, às vezes, ser tolerado por diminuir a emissão de flocos de pele. 12. Todas as ferramentas de trabalho, os reservatórios de água, e outros materiais devem ser limpos com o mesmo critério usado para limpar as superfícies das bancadas das salas limpas. 13. Nenhum utensílio pode ser colocado diretamente sobre a bancada. Normalmente, usa-se uma bandeja apropriadamente forrada com papel especial para esta finalidade. 14. Somente panos de limpeza, apropriados para a Classe de uso da sala limpa, poderão ser usados. 15. Todos os equipamentos e materiais introduzidos em ambiente estéril deverão ser passíveis de esterilização. 16. Não é permitida a entrada de qualquer pessoa fisicamente doente em ambientes estéreis, especialmente aquelas com desordens estomacais ou respiratórias. Esta é uma boa prática em qualquer sala limpa. Tabela 2.5. Contaminantes comumente encontrados em alguns cosméticos (adaptado de Richter, 2003) Cosmético Elementos presentes na composição Baton Bi, Fe, Mg, Mn, Ti e Zn Sombra para olhos Al, Bi, Cr, Fe, Mg, Mn, Si e Ti Rouge (“Blush”) Ca, Fe, Mg, Si e Ti Máscara Al, Cr, Fe, Mg, Na e Ti Pós faciais Bi, Ca, Fe, Mg, Si, Ti e Zn Base Al, Fe, Mg, Na, Si, Ti e Zn Erros sistemáticos no preparo de amostras © Francisco José Krug, fjkrug@cena.usp.br. VI Workshop sobre Preparo de Amostras, Santa Maria, 2006. 19 Tabela 2.6. Potenciais contaminantes em ambientes de trabalho (adaptado de Iyengar e Sansoni, 1980) Al Ca Fe K Pb Zn Poeira geológica (µg g-1) 3000 2700 3200 8000 2150 1600 Fumaça de cigarro (µg g-1) 7 10 Cosméticos (µg g-1) 60000 1100 250 35000 Suor (µg ml-1) 4 - 10 1 350 0,1 - 3 1 Pele (µg g-1) 1 - 2 250 10 3000 6 - 20 Cabelo (µg g-1) 4 - 30 3200 5 - 70 900 3 - 70 450 Além destas precauções, deve-se ter um controle rígido de parâmetros operacionais, tais como a direção e o fluxo de ar, a pressão interna, a umidade relativa e temperatura, e avaliar, periodicamente, o número de partículas por m3. A Tabela 2.7 mostra como a qualidade do ar do laboratório melhora, utilizando-se salas limpas ou capelas de fluxo laminar, com considerável diminuição da contaminação por Fe, Cu, Pb e Cd. Tabela 2.7. Concentração ( µg/m3 ) de alguns elementos no ar de laboratórios. E.J. Maienthal, In: J.K. Taylor ed. National Bureau of Standards. Technical Note 545, p.53-54, 1970 Fe Cu Pb Cd Laboratório comum 0,2 0,02 0,4 0,002 Sala limpa 0,001 0,002 0,0002 nd Capela de fluxo laminar 0,0009 0,007 0,0003 0,0002 Erros sistemáticos no preparo de amostras © Francisco José Krug, fjkrug@cena.usp.br. VI Workshop sobre Preparo de Amostras, Santa Maria, 2006. 20 2.3.2. Contaminação por reagentes e soluções Os brancos devidos aos reagentes podem ser diminuídos consideravelmente utilizando-se quantidades mínimas de reagentes de alta pureza, os quais podem ser encontrados no comércio ou purificados no próprio laboratório. A água é reconhecidamente o reagente ou o solvente que pode contribuir para a ocorrência de altos valores de brancos. Idealmente, o branco do solvente não deve prejudicar o limite de detecção instrumental. Água Água ultra-pura é um pré-requisito indispensável para a diminuição dos brancos, podendo ser obtida em volumes razoáveis com a combinação de sistemas de purificação, sendo um para o tratamento primário da água bruta (destilação, osmose reversa ou troca- iônica) e outro para o tratamento desta água pré-tratada (sistema fechado com recirculação através de colunas de troca-iônica, ou destilação abaixo do ponto de ebulição em destiladores de quartzo). A Tabela 2.8. mostra como varia a composição de uma água não tratada, utilizando-se tratamento convencional (desionização com colunas contendo resinas de troca iônica) e destiladores de quartzo. Uma das combinações comerciais mais utilizadas tem sido a osmose reversa com resinas de troca-iônica em sistema fechado. A unidade de tratamento primário pode ser feita somente com osmose reversa ou combinada com processo de eletrodeionização. Segundo Darbouret e Kano (1998), a eletroionização é fundamental para a obtenção de água isenta de íons. O processo baseia-se na utilização de um campo elétrico com fonte de baixa potência e de resinas de troca-iônica e membranas íon-seletivas para a desionização contínua da água. Segundo os autores o módulo de eletrodeionização facilita a ultra-purificação da água na etapa seguinte, uma vez que este processo permite a contínua regeneração das colunas de troca-iônica com a aplicação do campo elétrico, e a qualidade da água nesta etapa é mantida independentemente da vazão de entrada e da concentração iônica na água bruta. A unidade de produção de água ultra-pura geralmente emprega uma mistura de resinas de alta qualidade empacotada em polipropileno de alta pureza. Alguns fabricantes incorporam processo de foto-oxidação com radiação UV (185 e 254nm) na entrada do sistema para garantir a produção de água com maior pureza, visando à decomposição de compostos orgânicos e organo-metálicos. Os íons são então retidos nas resinas de troca iônica e a qualidade da água pode ser, em princípio, pré-avaliada com a medida da resistividade ou da condutividade. Em alguns casos, utiliza-se, ainda, uma membrana com 0,1 µm de porosidade para retenção de colóides antes da medida. Ph's (Pièrre) Destacar Ph's (Pièrre) Destacar Ph's (Pièrre) Destacar Erros sistemáticos no preparo de amostras © Francisco José Krug, fjkrug@cena.usp.br. VI Workshop sobre Preparo de Amostras, Santa Maria, 2006. 21 Tabela 2.8. Impurezasem águas . Dados em µg.l-1 ( Iyengar e Sansoni, 1978) Elemento torneira desionizada destilada em quartzo Al 57 0,10 <0,002 Br 95 0,10 - Ca 55 000 1 <0,0003 Cd 0,70 <0,10 <0,007 Cl 14 100 1 <0,0004 Co - <0,10 0,02 Cr - <0,10 0,0002 Cs 0,02 - <0,00001 Cu - 0,20 <0,002 F 1,40 - <0,0002 Fé - 0,20 <0,0005 Hg - <1 - I 9,40 - <0,001 K 28 000 0,04 <0,0001 Mg 10 400 0,30 <0,0002 Mn 2,20 0,05 <0,0005 Mo - 0,02 - Na 8100 0,03 <0,0002 Ni 30 <0,1 <0,0002 P 43 0,004 <0,0003 Pb 8,50 0,10 <0,003 Rb 10 - <0,001 S 14100 4 <0,0003 Sb 0,60 <0,50 <0,002 Se 3,30 - - Si 4900 0,50 - Sn 0,60 0,10 <0,004 Sr 11000 0,06 <0,007 Th - - <0,0002 Ti - <0,1 - Tl - - <0,0001 V 18,50 <0,1 0,40 Zn 5,60 <0,1 <0,002 Ph's (Pièrre) Destacar Erros sistemáticos no preparo de amostras © Francisco José Krug, fjkrug@cena.usp.br. VI Workshop sobre Preparo de Amostras, Santa Maria, 2006. 22 Naturalmente, a produção da água deverá ser conduzida em ambiente com Classe de limpeza apropriada (ISO Classe 5 é recomendável) e a armazenagem em recipientes isentos de contaminantes. A qualidade da água como reagente é definida pela ASTM (American Society of Testing and Materials), NCCLS (National Committee for Clinical Laboratory Standards), CAP (College of American Pathologists) e ISO® 3696/BS 3997 como Tipo I, Tipo II, Tipo III ou Tipo IV, em função da condutância específica (µmhos cm-1), da resistividade (Mohm cm), do teor de silicato (mg/l), contagem de bactérias e pH (Tipos III e IV). Para fins de tratamento, um sistema que produz água de altíssima pureza deverá atender aos critérios para o Tipo I, com resistividade ≥ 18 MΩ. cm. Água Tipo II deverá apresentar resistividade ≥ 1-2 MΩ. cm. A resistividade maior que 18,2MΩ.cm é uma indicação da qualidade, mas não é, necessariamente, um atestado de água de altíssima-pureza. Para tanto é recomendável determinar os elementos de interesse, utilizando técnicas com limites de detecção da ordem de ng/l ou µg/l como ICP-MS e GFAAS, por exemplo. A Tabela 2.9. mostra um exemplo da qualidade de água tratada em sistemas comerciais produzidos pela Millipore® (Darbouret e Kano, 1998). O sistema denominado Millipore Elix® é recomendado para o tratamento primário da água bruta e o Milli-Q® para a obtenção de água de altíssima pureza. Tabela 2.9. Teores de elementos determinados por ICP-MS em águas tratadas com sistemas comerciais (adaptada de Darbouret e Kano, 1998). Dados em ng/l. Analito Millipore Elix® (Tipo II) Milli-Q® 7Li 0,34 0,034 23Na 545,5 0,32 24Mg 0,99 < 0,34 27Al 9,9 < 0,18 39K 36,2 5,2 40Ca 12,14 6,8 52Cr 0,29 <0,082 55Mn 0,51 <0,4 56Fe 1,10 0,46 63Cu 1,38 0,067 64Zn 34,6 4,4 208Pb 1,15 0,94 Millipore Elix® e Milli-Q® são marcas registradas da Millipore Erros sistemáticos no preparo de amostras © Francisco José Krug, fjkrug@cena.usp.br. VI Workshop sobre Preparo de Amostras, Santa Maria, 2006. 23 Ácidos Os ácidos inorgânicos podem ser fontes de contaminação severas, dependendo do elemento a ser determinado e da qualidade e do volume do ácido utilizado. Mesmo ácidos de alta pureza comerciais podem apresentar concentrações relativamente elevadas de alguns contaminantes (Tabelas 2.10 e 2.11), inviabilizando a determinação de elementos-traço em baixíssimas concentrações, concorrendo para altos valores dos brancos. Naturalmente, os valores dos brancos dependem do volume utilizado, que pode ser significativamente diminuído, utilizando-se sistemas fechados ou estratégias que concorrem para a diminuição do consumo, particularmente na decomposição de amostras. Mesmo assim, o consumo de ácidos de alta pureza pode ser relativamente alto, implicando em custos elevados quando ácidos comerciais são utilizados. A melhor alternativa para a utilização de ácidos de altíssima pureza, a um custo relativamente baixo, é a purificação por destilação abaixo do ponto de ebulição do ácido. Este método, denominado em inglês “sub-boiling distillation”, baseia-se no aquecimento de um líquido com radiação infravermelha, utilizando-se uma resistência elétrica aquecida por efeito Joule, devidamente protegida por um invólucro de vidro ou de quartzo. A superfície líquida é, então, vaporizada sem entrar em ebulição, que é a chave para a purificação. Quando a destilação é feita abaixo do ponto de ebulição, não há formação de aerossol devido à dispersão de gotículas do líquido na fase gasosa, que naturalmente ocorreria se o líquido entrasse em ebulição. O líquido vaporizado é condensado em um dedo frio, em geral feito de quartzo de alta pureza, obtendo-se um produto final de pureza equivalente ou até maior que um produto comercial, quando é devidamente coletado e armazenado em frascos de alta pureza (Figura 2.6). Os ácidos nítrico e clorídrico concentrados são facilmente purificados, coletando-se os destilados em frascos de quartzo de alta pureza. Água de altíssima pureza também pode ser obtida desta forma. Ácido fluorídrico pode ser destilado utilizando-se polímeros de alta pureza. A Tabela 2.12 mostra a composição de água purificada por destilação abaixo do ponto de ebulição, e permite a comparação de ácidos purificados neste sistema com ácidos comerciais. Solução de acido clorídrico ca 2-4 mol l-1 de alta pureza pode ser obtida por destilação isotérmica de 12 mol l-1 HCl. Coloca-se um volume do ácido diretamente na base inferior do interior de um dessecador de vidro, e um béquer com 200 ml de água de alta pureza sobre uma placa de porcelana perfurada que possa ser apoiada no interior do dessecador. O conjunto fica fechado por cerca de 10-15 dias sob temperatura ambiente. A concentração do ácido no béquer é determinada por volumetria de neutralização. Erros sistemáticos no preparo de amostras © Francisco José Krug, fjkrug@cena.usp.br. VI Workshop sobre Preparo de Amostras, Santa Maria, 2006. 24 Tabela 2.10. Impurezas em ácidos clorídrico, fluorídrico e nítrico. Dados em µg.l-1 ( adaptada de Iyengar e Sansoni, 1978) Elemento HCl HF HNO3 p.a. Ultra- puro p.a. Ultra- puro p.a. Ultra- puro Al 8 0,80 4 0,5 7 1 As - - - - - 0,005 Br - 2,60 - - - 7 Ca 72 0,30 0,4 52 0,2 0,4 Cd 0,03 0,003 8 0,005 0,1 0,03 Cl - - - - - - Co 0,09 0,001 <1 1 0,018 0,01 Cr 1,10 0,008 5 0,6 72 0,10 Cs 0,002 <0,002 - - <0,01 <0,1 Cu 0,20 0,03 0,50 0,30 1,30 0,2 Fé 1 - 60 0,60 1 300 0,80 Hg - - <10 <10 - - K 200 0,10 0,40 1 <10 9 Mg 7 0,30 2 0,1 3 0,40 Mn <2 0,001 0,60 0,03 9 2 Na 500 0,20 100 0,60 80 0,01 Ni 0,20 0,005 0,50 0,05 0,70 0,03 P - 0,20 - 7 0,80 0,50 Pb 0,20 0,0015 2,20 0,002 0,20 0,01 Rb - - - - - - S - 3 - - 0,60 15 Sb 0,20 0,38 - 3,0 0,03 0,04 Se - - - - 0,20 0,09 Si 20 1 - 4 30 8 Sn 0,07 0,002 11 0,05 0,10 0,002 Sr 2 0,06 0,50 0,10 0,20 0,01 Ti - 0,006 - 0,50 0,50 0,80 Tl 0,10 0,10 0,20 0,10 0,20 - V - 0,08 - - 0,05 - Zn 1 0,03 6 0,10 4 0,08 Erros sistemáticos no preparo de amostras © Francisco José Krug, fjkrug@cena.usp.br. VI Workshop sobre Preparo de Amostras, Santa Maria, 2006. 25 Tabela 2.11. Impurezas em ácidos sulfúrico e perclórico. Dados em µg.l-1 (adaptada de Iyengar e Sansoni, 1978) Elemento H2SO4 HClO4 p.a. Ultra-puro p.a. Ultra-puro Al 8 - - - As - - - - Br - - - - Ca 10 2 760 0,2 Cd <1 <1 0,1 0,05 Cl - - - - Co <1 <1 - - Cr 25 2 10 9 Cs - - - - Cu 3 3 11 0,10 F - - - - Fe 8 - 330 2 Hg <10 - - - I - - - - K <10 4 200 0,6 Mg 3.30 2 500 0,2 Mn 8 0,8 - - Na 20 9 20 9 Ni <1 0,20 <1 0,20 Pb 1,2 1 1,2 1 Rb - - - - Sb - - - - Se - 200 - 200Si 18 - 18 - Sn 0,60 0,20 0,60 0,20 Sr 0,40 0,30 0,40 0,30 Th - - - - Ti - - - - Tl 0,10 0,10 0,10 0,10 U - - - - V <2,40 - <2,40 - Zn <1 <1 <1 <1 Erros sistemáticos no preparo de amostras © Francisco José Krug, fjkrug@cena.usp.br. VI Workshop sobre Preparo de Amostras, Santa Maria, 2006. 26 Figura 2.6. Corte esquemático de um destilador “sub-boiling” (Kuerner et al, 1972) Tabela 2.12. Impurezas residuais em água purificada por destilação abaixo do ponto de ebulição e em diferentes ácidos com diferentes graus de pureza. Dados em ng/ml (adaptada de Tschöpel et al, 1980) Cd Cu Fe Al Pb Mg Zn H2O subboiling 0,01 0,04 0,32 <0,05 0,02 <0,02 <0,04 HCl 10 mol l-1 subboiling HCl 10 mol l-1 ultrapuroa HCl 12 mol l-1 pró análise. 0,01 0,03 0,1 0,07 0,2 1,0 0,6 11 100 0,07 0,8 10 0,05 0,13 0,5 0,20 0,5 14 0,2 0,3 8,0 HNO3 15 mol l-1 subboiling HNO3 15 mol l-1 Suprapur HNO3 15 mol l-1 pró análise 0,001 0,06 0,1 0,25 3,0 2,0 0,2 14 25 <0,005 18 10 <0,002 0,7 0,5 0,15 1,5 22 0,04 5,0 3,0 HF 54% subboiling HF 40% ultrapuroa HF 54% pró análise 0,01 0,01 0,06 0,5 0,1 2,0 1,2 3,0 100 2,0 1,0 5,0 0,5 3,0 4,0 1,5 2,0 3,0 1,0 1,3 5,0 a Produto comercial Entrada de água Saída de água Líquido a ser destilado Condensador Irradiador IRInvólucro de quartzo Funil Sifão Frasco de quartzo Entrada de água Saída de água Líquido a ser destilado Condensador Irradiador IRInvólucro de quartzo Funil Sifão Frasco de quartzo Erros sistemáticos no preparo de amostras © Francisco José Krug, fjkrug@cena.usp.br. VI Workshop sobre Preparo de Amostras, Santa Maria, 2006. 27 2.3.3. Impurezas em frascos de reação e recipientes Em princípio, nenhum material é absolutamente resistente a uma solução, mesmo que somente água entre em contato com o mesmo. Conseqüentemente, cada elemento presente no material será encontrado na solução em maior ou menor quantidade, e esta quantidade dependerá do material, do tempo de contato e da temperatura. O vidro de borosilicato, por exemplo, que contem vários elementos maiores e menores, além de um grande número de elementos-traço em concentrações relativamente elevadas (Tabela 2.13), é muito impuro quando comparado com o quartzo, polietileno, polipropileno e polímeros fluorinados (PTFE, PFA, FEP). Além disso, as perdas por adsorção em vidros, conforme já comentado, são muito grandes. Assim, como regra geral, soluções de amostras e soluções-padrão não devem ser armazenadas em vidro para determinação de elementos-traço em baixíssimas concentrações. Quartzo Dentre os materiais mencionados, o quartzo pode ser considerado um dos materiais mais puros encontrados no mercado, e é disponível em diferentes graus de pureza. O quartzo é composto quase que totalmente de SiO2 e a concentração de elementos-traço dependerá do tipo de quartzo e do método de produção (Richter, 2003). O quartzo encontrado nos laboratórios pode ser do Tipo I (fusão eletrotérmica) ou do Tipo II (fusão com chama H2 – O2). O quartzo Tipo II apresenta maior pureza porque os elementos contaminantes são volatilizados na chama. Componentes de quartzo sintético são obtidos por hidrólise de SiCl4 na fase vapor (Tipo III) ou por oxidação e fusão elétrica de SiCl4 (Tipo IV). Heralux® e Suprasil®, marcas registradas da Heraeus, correspodem aos quartzos Tipo II e Tipo III, respectivamente. A Tabela 2.14 mostra as principais impurezas que podem ser encontradas nos vários tipos de quartzo. Vide, também, a Tabela 2.13 que permite a comparação com outros materiais. Polímeros sintéticos Infelizmente, o custo extremamente elevado do quartzo restringe consideravelmente seu uso. Alternativamente, materiais poliméricos sintéticos de alta pureza podem ser usados em muitas aplicações. O custo depende do tipo de polímero, das propriedades físicas e do grau de pureza de cada material. Ph's (Pièrre) Destacar Ph's (Pièrre) Destacar Ph's (Pièrre) Destacar Ph's (Pièrre) Destacar Erros sistemáticos no preparo de amostras © Francisco José Krug, fjkrug@cena.usp.br. VI Workshop sobre Preparo de Amostras, Santa Maria, 2006. 28 Tabela 2.13. Impurezas em diferentes materiais (ng/g). Adaptado de Tölg e Tschöpel, Anal. Sci. 3(1987) 199-208. Elemento Carbono vítreo PTFE Teflon® Quartzo Heralux® Quartzo Suprasil® Vidro Borossilicato B 100 - 100 10 principal Na 350 25000 1000 10 principal Mg 100 - 100 100 6x105 Al 6000 - 30000 100 principal Si 85000 - principal principal principal K 80000 - 800-3000 100 106 Ti 12000 - 800 100 3000 Cr 80 30 5 3 3000 Mn 100 - 10 10 6000 Fe 2000 10 800 200 2x105 Co 2 2 1 1 100 Ni 500 - - - 2000 Cu 200 20 70 10 1000 Zn 300 10 50 100 3000 As 50 - 80 0,1 500-22000 Cd 10 - 10 - 1000 Sb 10 0,4 2 1 8000 Hg 1 10** 1 1 - Teflon® é marca registrada da DuPont Heralux® e Suprasil® são marcas registradas da Heraeus Erros sistemáticos no preparo de amostras © Francisco José Krug, fjkrug@cena.usp.br. VI Workshop sobre Preparo de Amostras, Santa Maria, 2006. 29 Tabela 2.14. Impurezas de alguns elementos em vidro borosilicato e diferentes tipos de quartzo. Dados em µg. g-1. LOD = limite de detecção. (adaptado de Richter, 2003) Elemento Vidro borossilicato Quartzo (Tipo I) Quartzo (Tipo II) Quartzo (Tipo III) Al principal 74 68 < 0,25 B principal 4 0,3 0,1 Ca 1000 16 0,4 < 0,1 Cr 0,1 < LOD 0,03 Cu 1 1 < 1 Fé 3000 7 1,5 < 0,2 K 3000 6 < 1 0,1 Li 7 1 < LOD Mg 600 4 < LOD < LOD Mn 1000 1 0,2 < 0,02 Na principal 9 5 < 0,1 Sb 2,9 0,3 0,1 0,1 Polietileno, polipropileno e polímeros fluorinados Tanto o LDPE (polietileno de baixa densidade) como o HDPE (polietileno de alta densidade) pode ser usado para a determinação de elementos-traço. O LDPE é produzido por polimerização do etileno sob alta pressão. O HDPE é produzido sob baixa pressão, e a polimerização é catalizada por metais de transição (Al, Ti, Zr, V e Cr). A temperatura máxima de serviço do LDPE é de 80°C, ao passo que o de alta densidade pode ser usado até 110°C. Não obstante, considerando-se os potenciais contaminantes, o polietileno de baixa densidade é preferível ao de alta densidade. O PP (polipropileno) é produzido cataliticamente com Al e Ti a partir do propileno, e também pode conter teores elevados de alguns contaminantes. Este polímero é estável até 135°C. Pode ser usado para armazenar soluções, mas não é recomendado para aquelas com baixas concentrações de analitos. Polímeros fluorinados são mais caros que polietileno e polipropileno, e podem ser obtidos com elevado grau de pureza (Tabela 2.15). Apresentam como vantagens Ph's (Pièrre) Destacar Erros sistemáticos no preparo de amostras © Francisco José Krug, fjkrug@cena.usp.br. VI Workshop sobre Preparo de Amostras, Santa Maria, 2006. 30 adicionais maior resitência aos ácidos e maiores temperaturas de serviço. O PTFE (politetrafruoroetileno) convencional torna-se poroso quando submetido a temperaturas maiores que 150°C. Atualmente os fluoropolímeros mais utilizados são o PFA (perfluoroalcoxi), com temperatura máxima de serviço de 260°C, o FEP (fluoroetilenopropileno) com temperatura máxima de serviço de 200°C e o TFM® (PTFE modificado pela Hoescht)com temperatura de trabalho de até 300 °C. Além disso, os polímeros PFA, FEP e TFM® são mais puros que o PTFE convencional e, assim, mais recomendados nos procedimentos para a determinação de elementos-traço. Destes, o TFM® é preferido para a decomposição de materiais sob altas temperaturas por sua maior resistência física e química e por apresentar menores brancos quando comparado ao PFA. As contaminações devidas às impurezas presentes em materiais também ocorrem nos copinhos ou tubos de amostradores, ponteiras de micropipetas, entre outros materiais. A Tabela 2.16. mostra os principais contaminantes presentes em frascos de polietileno usados em análise por ativação neutrônica instrumental. Tabela 2.15. Contaminantes presentes em alguns polímeros (adaptado de Moody e Lindstrom, 1977). Valores em µg g-1 Elemento LDPE HDPE PP PFA FEP PTFE Al 0,5 30 55 0,2 0,23 Ca 800 K > 5 > 0,6 90 Na 1,3 15 4,8 0,1 0,4 0,16 Sb 0,005 0,2 0,6 Ti 5 60 Mn 0,01 0,02 0,02 0,06 Zn 520 Tabela 2.16. Elementos presentes em frascos plásticos para irradiação de amostras (adaptado de Heydorn e Damsgaard, 1982) Elementos em ordem de concentração Massa total (µg) em frascos de 1,1 g Fe 1 - 10 Cl, Na, K, Al, Zn 0,1 – 1,0 Cu, Cd, Cr, Br, Mn 0,01 – 0,1 Sb, W, Co, As, Au 0,001 – 0,01 Se, V, La, Ag, Sc < 0,001 Erros sistemáticos no preparo de amostras © Francisco José Krug, fjkrug@cena.usp.br. VI Workshop sobre Preparo de Amostras, Santa Maria, 2006. 31 Outros materiais Especialmente durante a amostragem, deve-se evitar que a amostra entre em contato com outros materiais que causam contaminação. A borracha, muitas vezes usada como tampa em alguns frascos, pode contaminar as amostras por causa dos elevados teores de As, Sb, Cr, Co, Zn e Sc. O nylon contem altos teores de Co e o PVC (cloreto de polivinila) contem Zn, Fe, Sb, Cu em quantidades relativamente altas. Ferramentas usadas para moer, peneirar, cortar, furar, macerar oferecem altíssimo risco de contaminação para muitos analitos. A moagem, particularmente, deveria ser evitada sempre que possível, mas a homogeneização poderá ficar comprometida. Em muitos casos, as contaminações ocorrem durante a homogeneização. Tradicionalmente, os materiais que oferecem menor risco de contaminação durante a moagem são aqueles feitos de ágata, monocristais de óxido de alumínio ou nitreto de boro. Os principais contaminantes presentes em materiais usados para moagem são apresentados na Tabela 2.17 e 2.18. Em geral, uma regra bastante simples que deve ser observada para evitar ou minimizar a contaminação por componentes do sistema de moagem é que estes componentes sejam mais duros (mais resistentes) que a amostra. Por exemplo, se carbeto de tungstênio for moído num moinho com componentes de aço, a contaminação por Fe deverá ser muito alta, pois o carbeto de tunstênio é muito mais duro que o aço. Neste ponto, cabe a observação (Nóbrega, 2004) de que ao invés de moermos a amostra, estaremos moendo o moinho. Por outro lado, se um moinho de carbeto de tungstênio for utilizado para moer materiais relativamente frágeis, como Al2O3 ou dureza similar, partículas de carbeto de tunstênio poderão ser incorporadas na amostra moída. Durante a moagem criogênica, por exemplo, quando feita em tubo de policarbonato por impacto de uma barra de aço contra extremidades fixas de aço, pode- se constatar a contaminação por Fe e Cr, particularmente na moagem de celulose de alta pureza. Muitas vezes, não se percebe a contaminação, porque ela poderá ser desprezível em comparação com o alto teor do analito na amostra. O nível de contaminação poderá variar com as condições de moagem e é dependente do tipo de moinho, da intensidade da moagem, da duração da moagem, do desgaste das peças, da natureza do pó, da natureza dos materiais de moagem, da atmosfera ambiente, entre outros fatores. Segundo Suryanarayana (2001), apesar de muitos fabricantes preconizarem a qualidade de seus moinhos com relação a outros, não existe ainda um trabalho sistemático sob contaminação, comparando-se moagens sob condições idênticas. Ph's (Pièrre) Destacar Floriatan Realce Floriatan Realce Erros sistemáticos no preparo de amostras © Francisco José Krug, fjkrug@cena.usp.br. VI Workshop sobre Preparo de Amostras, Santa Maria, 2006. 32 A contaminação por Cr, Fe, Ni, Co, Mn, Cu e outros elementos também poderá ser constatada durante o corte de tecidos biológicos com escalpelos e durante a amostragem de sangue por agulhas hipodérmicas. Neste aspecto, o uso de espátulas, facas, pinças e agulhas feitas de plástico, titânio de alta pureza ou quartzo é recomendado. Não se deve perder de vista as perdas por volatilização que podem ocorrer durante a moagem. Neste particular, a moagem criogênica é a melhor estratégia. Detalhes sobre este tipo de moagem são apresentados no capítulo 3.2. Cuidados adicionais também devem ser tomados para evitar mudanças nas amostras causadas por microrganismos e/ou reações fotoquímicas, que podem alterar as ligações dos analitos. Nestes casos, o uso de embalagens que impedem a entrada de radiação UV-visível e a refrigeração é recomendável. Além destas, precauções também devem ser tomadas com respeito aos equipamentos e acessórios usados no preparo das sub-amostras nos laboratórios. Suportes metálicos dos mais variados, como aqueles para buretas, placas aquecedoras (frequentemente com sinais de oxidação), estufas, fornos tipo muflas, entre outros materiais são fontes de contaminação. Tabela 2.17. Composição aproximada de materiais usados em equipamentos de moagem (adaptado de Market, 1995). Ágata % Porcelana % Alumina % Óxido de zircônio % SiO2 99,91 61,0 16,5 0,1 Al2O3 0,02 34,0 83,0 Na2O 0,02 K2O 0,01 3,0 Fe2O3 0,01 0,03 MnO 0,01 CaO 0,01 1,5 MgO 0,01 1,5 ZrO 97,0 Outros óxidos 2,0 0,5 Erros sistemáticos no preparo de amostras © Francisco José Krug, fjkrug@cena.usp.br. VI Workshop sobre Preparo de Amostras, Santa Maria, 2006. 33 Tabela 2.18. Composição aproximada de materiais usados em equipamentos de moagem (adaptado de Market, 1995) Carbeto de boro % Carbeto de tungstênio % Titânio % Aço cromo % Aço carbono % Fe 0,1 0,1 84,0 99,1 Cr 0,08 12,0 C 21-23 0,08 1,65 0,15 Si 0,1 0,3 0,25 Mn 0,3 0,40 Co 6,0 Mo 0,3 V 0,3 W 94,0 0,5 2.4. PERDAS POR VOLATILIZAÇÃO As perdas de elementos por volatilização ocorrem, principalmente, em altas temperaturas (> 500°C), mas observam-se perdas significativas de alguns elementos sob temperatura ambiente. Os analitos podem ser perdidos na forma elementar, raramente como óxidos, e predominantemente como haletos. A Tabela 2.19 mostra exemplos de diferentes formas como os elementos podem ser perdidos. A extensão das perdas depende do tipo de amostra, e das variáveis temperatura e tempo. No capítulo 6.1, especialmente dedicado à decomposição por combustão, os riscos de perdas por volatilização de vários analitos em diferentes amostras nos vários métodos são discutidos em detalhes. De um modo geral, o mercúrio é volátil em grande parte de suas formas químicas, o mesmo ocorrendo com As, Sb, Sn, Ge, Se, porém, em menor proporção. Além disso, Cd, Pb, Zn são voláteis como cloretos ou brometos a temperaturas elevadas Ph's (Pièrre) Destacar Ph's (Pièrre) Destacar Erros sistemáticos no preparo de amostras © Francisco José Krug, fjkrug@cena.usp.br. VI Workshop sobre Preparo de Amostras, Santa Maria, 2006. 34 (i.e. > 700 °C). Neste sentido, o conhecimento prévio da composição químicadas amostras permite prever os riscos de perdas por volatilização. Em alguns casos, por exemplo, elementos presentes nas amostras atuam como modificadores de matriz, impedindo perdas em temperaturas relativamente elevadas. O Hg é, reconhecidamente, o melhor exemplo de elemento extremamente volátil, podendo ser perdido durante a amostragem, armazenamento e preparo da amostra, quando soluções aquosas são armazenadas em frascos abertos ou frascos feitos de polímeros orgânicos. As perdas de Hg podem ocorrer em poucas horas e, além disso, o Hg atravessa rapidamente paredes de frascos plásticos de polietileno ou de polipropileno. Assim, amostras para determinação de Hg não devem ser armazenadas em frascos plásticos, para evitar as perdas por volatilização e/ou evitar contaminação por Hg presente na atmosfera ambiente. Durante a dissolução de metais e ligas metálicas com ácidos não oxidantes, os elementos S, P, As, Sb, Bi, Se ou Te podem ser separados e/ou perdidos na forma de hidretos. Além disso, hidretos também podem ser perdidos durante a amostragem de ligas metálicas. O odor característico de H2S e PH3 é uma indicação da perda de P e S por volatilização, quando se utilizam ferramentas de corte ou furadeiras, por exemplo. Tabela 2.19. Elementos e compostos que podem ser perdidos por volatilização Forma Elementos Elementar As, Te, Sb, Se, Sn, Cd, Pb, Tl, Zn, Hg, S, P, Br, I, Óxidos As, S, Se, Te, Re, Ru, Os, Cd, Hg, Zn Fluoretos B, Si, Ge, Sn, P, As, Sb, Bi, S, Se, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W, Re, Ru, Os, Ir, Hg Cloretos Al, Ga, In, Tl, Ge, Sn, P, As, Sb, Bi, S, Se, Te, Ti, Zr, Hf, Ce, V, Nb, Ta, Mo, W, Mn, Fe, Ru, Os, Au, Zn, Cd, Pb, Hg Hidretos Si, Ge, Sn, Pb, P, As, Sb, Bi, S, Se, Te Haletos voláteis de As3+, Sb3+, Sn4+, Ge4+, Se4+, Pb4+ também podem ser perdidos durante a evaporação de soluções ácidas ou durante a combustão de materiais orgânicos. Durante a calcinação de sedimentos para eliminar a matéria orgânica, que normalmente é feita em temperaturas acima de 400 °C, a perda destes elementos pode ser significativa. A Tabela 20 mostra os pontos de ebulição de alguns haletos. A determinação de elementos-traço requer, muitas vezes, uma etapa de pré- tratamento da amostra para concentrar o analito. Um dos métodos mais simples baseia- Ph's (Pièrre) Destacar Ph's (Pièrre) Destacar Ph's (Pièrre) Destacar Erros sistemáticos no preparo de amostras © Francisco José Krug, fjkrug@cena.usp.br. VI Workshop sobre Preparo de Amostras, Santa Maria, 2006. 35 se na evaporação do solvente, que pode ser feita em frascos abertos com aquecimento por convecção (placas aquecedoras, blocos de aquecimento, mantas), assistida por microondas ou em sistemas de destilação controlada (roto-evaporadores). A temperatura para a evaporação do solvente depende do sistema escolhido e do meio reacional que pode levar à formação de misturas azeotrópicas, podendo chegar a 150°C. A separação, por volatilização, da matriz ou de elementos e compostos indesejáveis presentes na matriz que possam interferir na determinação do elemento de interesse, também é prática utilizada em muitos procedimentos. É comum evaporar um ácido até quase a secura, ou eliminá-lo para evitar a formação de precipitados ou complexos insolúveis. Neste caso, a temperatura pode chegar a 220°C. Alternativamente, o analito pode ser separado da matriz por destilação e coletado em uma solução absorvedora ou em uma superfície sólida quimicamente modificada. Neste caso, além da separação do analito, promove-se a concentração do mesmo. Idealmente, este procedimento deve ser feito sem que ocorram perdas do analito durante a separação/concentração. Certamente, os erros sistemáticos causados pela volatilização durante a decomposição das amostras podem ser evitados com a utilização de sistemas fechados e uso de materiais apropriados. Decomposições em sistemas abertos com ácidos podem ser feitas sem riscos de perdas por volatilização de vários elementos, mas requerem várias precauções, entre as quais o rigoroso controle da temperatura. Decomposições por fusão implicam em perdas de inúmeros elementos por volatilização (Tabela 21) Tabela 2.20. Sais voláteis de alguns elementos (adaptado de Lide, 2004 – valores arredondados) Elemento Sais voláteis Ponto de ebulição (°C) Chumbo PbCl4 50 Arsênio AsCl3 130 AsF3 58 Antimônio SbF5 150 SbCl5 79 Germânio GeBr4 26 GeCl4 87 Selênio SeCl4 191 (sublima) SeF4 106 Estanho SnCl4 115 Vanádio VCl4 152 Crômio CrF5 117 Erros sistemáticos no preparo de amostras © Francisco José Krug, fjkrug@cena.usp.br. VI Workshop sobre Preparo de Amostras, Santa Maria, 2006. 36 Tabela 2.21. Perdas por volatilização durante a fusão de alguns materiais (adaptado de A. C. Spínola Costa, 1996) Fundente Temperatura °C Cadinho Amostras Elementos voláteis LiBO2 ou Li2B4O7 900 - 950 Pt Pt-Au Grafite silicatos, solos, óxidos, carbonatos, sulfatos, fosfatos , fluoretos Ag, As, Bi, Br, Cd, Cl, F, Ga, Hg, In, I, Os, Pb, Re, Ru, S, Sb, Se, Te, Tl, Zn KH2SO4 ou K2S2O7 420 - 700 Pt sulfetos, óxidos de Be, Cr, Fe, Nb, Ta, Ti, Zr, óxidos de lantanídeos Bi, Cd, Hg, Pb, S, Sb, Se, Tl, Zn Na2O2 450 – 1000 (máx. 450°C) Ni, Fe, Ag, Zr, Pt Carbono vítreo Concentrados de metais preciosos,refratários, solos, silicatos, óxidos de Al,Ti, Fe, Mn, Cr, Sn, Zn, Nb, Ta, ligas metálicas a base de zinco, minérios Cd, Hg 2.5. ERROS DEVIDOS À ADSORÇÃO E DESSORÇÃO 2.5.1. Aspectos gerais Os teores de elementos-traço presentes em soluções muito diluídas podem mudar rapidamente em função da adsorção ou dessorção. Por meio destes processos, íons ou compostos de elementos-traço podem ficar ligados à superfície interna dos frascos de reação ou de armazenagem e, posteriormente, ser lixiviados com a mudança da composição da solução. As perdas de elementos por adsorção tornam-se apreciáveis em concentrações menores que 10-6 mol l-1 e são da ordem de 10-9 a 10-12 mol cm-2 (Tölg e Tschöpel, 1994). Em geral, a quantidade de elementos adsorvidos depende de um grande número de fatores que dificilmente podem ser especificados conjuntamente. É difícil estimar as perdas ou ganhos de elementos-traço como resultado de processos de adsorção ou dessorção, mas os fatores mais importantes são: Erros sistemáticos no preparo de amostras © Francisco José Krug, fjkrug@cena.usp.br. VI Workshop sobre Preparo de Amostras, Santa Maria, 2006. 37 • o analito, sua concentração e seu estado de oxidação; • os elementos e os compostos orgânicos e inorgânicos concomitantes na solução do analito (especialmente os componentes que ocorrem em altas concentrações, mas também, elementos menores e traços), as concentrações destes concomitantes, o estado de oxidação dos concomitantes e o pH do meio; • a duração do contato e a temperatura. Perdas significativas de elementos poderão ocorrer, como resultado da adsorção, especialmente quando a solução da amostra entrar em contato com uma grande área superficial. Este é o caso que ocorre durante filtrações, emprego de colunas de troca- iônica, e mudanças de recipientes. De acordo com Tölg e Tschöpel (1994), as seguintes precauções devem ser tomadas para minimizar as perdas de elementos por adsorção: a) Usar frascos de quartzo, PTFE ou carbono vítreo. O vidro não é um material adequado na análise de traços porque é responsável pelas maiores perdas por adsorção: VidroSiOH + M+ → VidroSiOM + H+ b) A superfície e o volume do frasco, assim como o volume da solução da amostra devem ser os menores possíveis; c) A duração do
Compartilhar