Amostragem de Suspenses: Uma Tcnica Aliada da Espectrometria Atmica ReviewSilvio Luis Toledo de Lima Mestre em Qumica Analtica pela Universidade de Campinas, Professor de Qumica da Universidade de Sorocaba. Trabalha com desenvolvimento de sistemas inteligentes, baseados em inferncia estatstica bayesiana, para deteco de falhas em instrumentos espectroanalticos e Quimiometria. 1. Resumo Este trabalho busca apresentar as caractersticas bsicas da Tcnica de Amostragem de Suspenses, abordando suas potencialidades e limitaes, quando associada s mais diversas tcnicas analticas baseadas em espectrometria atmica, e alguns avanos j alcanados. 2. Introduo A seleo do melhor procedimento de introduo de amostras para uma anlise requer diversas consideraes, tais como: o tipo de amostra (i.e. slida, lquida, gasosa); nveis de concentrao para o elemento a ser determinado; exatido e preciso requeridas; quantidade disponvel do material a ser analisado; freqncia de anlise exigida (por hora) e exigncias especiais, como por exemplo a necessidade de informaes sobre a especiao. Incluem-se, ainda, as tcnicas de medidas, como AAS (Atomic Absorption Spectrometry) ou ICP (Inductive Coupled Plasma) que tm a maior influncia no momento da escolha do procedimento a ser empregado. Geralmente o tempo necessrio para preparao de uma amostra excede, em uma ordem de grandeza, o tempo requerido para a medida instrumental. Por outro lado, o tempo e empenho gasto nas anlises tornam-se fatores crticos na determinao da viabilidade e custos dos programas de monitoramento. Nos ltimos anos tem havido um considervel interesse em procedimentos que evitem a digesto total da amostra, como a Anlise por Amostragem Slida. Esta tcnica foi muito bem revista em timos trabalhos publicados na literatura (Bendicho e Loos-Vollebregt, 1991; MillerIhli, 1992; Kurfrst, 1998; Darke e Tyson, 1994), que incluem, ainda, um particular campo de interesse, que a aplicao da espectrometria atmica em anlises de amostras slidas atravs de suspenses, tcnica empregada pela primeira vez por Brady et al. (1974) na determinao de Zn e Pb em folhagens. H, ainda, excelentes trabalhos de reviso que tratam apenas da amostragem de suspenses, como a empregada em amostras biolgicas (de Benzo et al., 1991), ou acoplada a plasmas (Ebdon, Foulkes e Sutton, 1997), onde chamada de "nebulizao" de suspenses. No ano de 1998, Arruda e colaborador elaboraram, em portugus, uma completa pesquisa na literatura envolvendo o uso das suspenses como forma de introduzir amostras para a anlise de traos em termos de suas vantagens, aplicaes empregando as mais variadas matrizes e tcnicas instrumentais, caractersticas e limitaes (Magalhes e Arruda, 1998). O intuito deste trabalho ser, primordialmente, a apresentao dos cuidados envolvidos na preparao de suspenses, dando uma viso da evoluo desta tcnica quando combinada s mais diversas tcnicas de anlises baseadas em espectrometria atmica. 3. Amostragem de Suspenses A introduo de uma amostra slida finamente dividida, na forma de uma suspenso, combina tanto as vantagens da amostragem lquida, quanto as da slida (Stephen, Lettlejohn e Ottaway, 1985), a saber: Pr-Tratamento da Amostra. Materiais que so originalmente na forma particulada, com por exemplo amostras de sedimentos, solos, argila, etc., em geral requerem pouqussima manipulao (Bendicho e Loos-Vollebregt, 1991). As amostras que no apresentam estas

caractersticas podem, ainda, contar com a possibilidade de uma etapa de pr-digesto (Robles et al., 1999). Modificao Qumica. Possibilidade de empregar, com boa eficincia, modificadores qumicos (Barrera et al., 1994), com o intuito de diminuir a volatilizao do analito (Wang e Jiang, 1999; Liao e Jiang, 1999a), visando a eliminao de interferentes durante as etapas de aquecimento. Introduo de Amostra. A introduo de amostras pode utilizar os mesmos sistemas convencionais amplamente empregados em amostras lquidas sem maiores modificaes (Bendicho e Loos-Vollebregt, 1991; Miller-Ihli, 1990a), podendo, inclusive, ser automatizada quando se utilizam auto-amostradores (Arruda, Gallego e Valcrcel, 1995a; Prieto et al., 1999a) uma grande vantagem para determinaes de rotina. Preciso e Exatido. Comparaes entre amostragem direta de slidos e amostragem de suspenses indicam que, apesar da mesma exatido ser alcanada, a preciso melhor quando se emprega a tcnica de suspenses (Dobrowolski e Mierzwa, 1992). Porm, para que a mesma exatido seja obtida, no caso de amostragem direta de slidos, exigese grande habilidade do analista e equipamentos gravimtricos altamente sensveis (Kurfrst, 1998). Erro Sistemtico. Erros provenientes das operaes de pesagem e transferncia observadas na amostragem direta de slidos, ou provenientes da perda de analito pela volatilizao antes da anlise (Bendicho e Loos-Vollebregt, 1991; Miller-Ihli, 1992), ou provenientes da no homogeneidade do analito no material slido (Bendicho e Loos-Vollebregt, 1991), ou ainda proveniente da no homogeneidade da prpria amostra (de Benzo et al., 1991), so minimizados no caso de amostragem de suspenses. Interferncias. Minimizao da absoro no especfica devido presena de compostos moleculares e ao espalhamento de radiao por partculas (maiores) da matriz, comuns amostragem de slidos (de Benzo et al., 1991), alm de reduzir os riscos de contaminao da amostra, uma vez que requer pouca manipulao (Miller-Ihli, 1990a). Diluio. As suspenses podem ser diludas ou concentradas, a fim de fazer com que os valores das absorbncias fiquem restritos a um intervalo til calibrao (Bendicho e Loos-Vollebregt, 1991). Calibrao. Possibilidade de calibrao com padres aquosos (Magalhes e Arruda, 1998). Sensibilidade. As amostras no so diludas, uma vez que esto particuladas, naturalmente concentram o analito (Miller-Ihli, 1992). Rapidez. Reduzido tempo de preparao das amostras (Magalhes e Arruda, 1998; Miller-Ihli, 1990a) se comparado aos mtodos convencionais, como a digesto cida (Sulcek e Povondra, 1989). Segurana. Eliminao dos riscos intrnsecos s manipulaes de reagentes txicos/perigosos (Miller-Ihli, 1992; Magalhes e Arruda, 1998). Versatilidade. Possibilidade de associao com todas as tcnicas de Espectrometria Atmica, tais como: ICP-MS (Balaram, 1995) (Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry), ICP-AES (Peng, Jiang e Quin, 1999) (Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry), FAES (Barrera et al., 1998) (Flame Atomic Emission Spectrometry), FAAS (Alves et al., 2001) (Flame Atomic Absorption Spectrometry), ETV-ICP-AES (Chen et al., 1999a) (Electrothermal Vaporization Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry), ETV-ICP-MS (Younes, Grgoire e Chakraberti, 1999) (Electrothermal Vaporization Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry), LA-ICP-MS (Wagner et al., 1999) (Laser Ablation Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry) e ETAAS (Barrera et al., 1999) (Electrothermal Atomic Absorption Spectrometry). Talvez as caractersticas mais marcantes da amostragem de suspenses estejam: a. na possibilidade de se utilizar, com sucesso, os mesmos atomizadores empregados em amostragem de lquidos (Bendicho e Loos-Vollebregt, 1991); na facilidade de introduo da amostra.

b.

Por outro lado, o fator mais crtico do emprego da tcnica de suspenses , provavelmente, a necessidade de se manter a suspenso homognea e estvel durante o tempo requerido para introduo da amostra no atomizador.

3.1. Preparo da Suspenso O preparo de uma suspenso depende, entre outros fatores, da tcnica analtica de espectrometria atmica empregada, onde em alguns casos a introduo da amostra no atomizador pode ser feita atravs de uma micropipeta ou auto-amostrador, e em outros casos atravs do emprego de nebulizadores, isto , cada tcnica exige algumas caractersticas diferentes, como por exemplo o tamanho de partcula que compe a suspenso. Apesar disso, alguns fatores so comuns a todas as tcnicas s quais a amostragem de suspenses est acoplada. A seguir sero apresentados e discutidos tais fatores, buscando mostrar as influncias causadas nas anlises quantitativas de elementos traos, nas mais variadas matrizes. Sero apresentados e discutidos, tambm, os dois casos particulares de introduo de amostras em suspenso: discreta (micropipetas e auto-amostradores) e em fluxo (nebulizadores e injeo em fluxo). 3.1.1. Homogeneizao Os dispositivos empregados para homogeneizao de suspenses tm sido estudados e desenvolvidos ao longo dos ltimos anos, dentre eles pode-se destacar: i. Agitadores Magnticos: Dispositivos amplamente empregados, principalmente nos primeiros trabalhos em que se empregou a tcnica de amostragem de suspenses. A fim de se produzir uma distribuio homognea do material slido, prepara-se as suspenses em um bquer (ou recipiente equivalente) onde podem ser agitadas (geralmente por entre 3 e 5 minutos). Uma alquota da amostra pode ser coletada e adicionada no atomizador aps a interrupo da agitao (Slovak e Docekal, 1981), ou ainda em agitao contnua (Jackson e Newman, 1983), em ETAAS. Alguns trabalhos relatam o uso da agitao magntica tambm em ICP (Manickum e Verbeek, 1983). A eficincia deste dispositivo, em todos os casos, depende da taxa de sedimentao do material em suspenso. Hinds et al. (1985) relataram que taxas diferenciadas de sedimentao das partculas da amostra contriburam para uma recuperao incompleta de Pb, concluindo que este analito encontrava-se predominantemente distribudo nas partculas de mais alta densidade, que sedimentavam mais rapidamente, produzindo com isso erros nas determinaes quantitativas. Em outro trabalho Hinds e Jackson (1991) verificaram que o uso de agitadores magnticos eram inapropriados para algumas amostras, como solos, visto que um nmero de partculas ficavam aderidas barra de agitao, dada suas propriedades magnticas. Outra limitao no uso de agitadores magnticos encontrada no momento da introduo da alquota no atomizador, no caso de amostragem discreta. Uma vez que a homogeneizao feita num recipiente externo, a coleta da amostra deve ser feita fazendo-se uso de uma micropipeta, o que compromete a preciso da anlise. A dificuldade de se incorporar esses dispositivos de homogeneizao a um autoamostrador, foi vencida por Lynch e Littlejohn (1989), que elaboraram um dispositivo de agitao magntica miniaturizado. A homogeneizao dava-se no prprio recipiente do auto-amostrador atravs de uma pequena barra magntica recoberta com politetrafluoretileno (PTFE) com bons resultados para Pb; ii. Misturadores por Efeito Vortex: As caractersticas apresentadas para o caso da agitao magntica podem ser atribudas tambm a estes dispositivo. Porm, apesar de no impedirem a anlise de partculas com caractersticas eletromagnticas, por exemplo com o emprego de um ICP (Brenner et al., 1995), apresentam uma aplicabilidade limitada dentro da anlise de suspenses moderna, associada ETAAS, visto que uma introduo automtica de amostra, usando um auto-amostrador, virtualmente impossvel (Miller-Ihli, 1992); Agitadores Gasosos: A passagem de um fluxo de um gs inerte, atravs de um tubo capilar imerso na suspenso, pode proporcionar uma eficiente homogeneizao do meio, alm de permitir que a preparao da suspenso seja feita diretamente no recipiente do auto-amostrador. Empregando-se este procedimento pode-se atingir resultados precisos

iii.

mesmo sem a utilizao de agentes estabilizantes ou outros dispositivos especiais de agitao, requerendo apenas um "tempo de borbulhamento". Bendicho e Loos-Vollebregt (1990a) relataram uma efetiva homogeneizao ao borbulhar, por apenas 30 segundos, argnio na suspenso. A preciso alcanada na determinao de Cu, Co, Cr, Mn, Fe e Ni, em diferentes amostras de vidro, foi aproximadamente 6%. Estes resultados estimularam Garca et al. (1997) a desenvolverem um aparato capaz de borbulhar, simultaneamente, gs argnio em nove diferentes recipientes do auto-amostrador. Miller-Ihli (1992) verificou, no entanto, que a utilizao deste mtodo de homogeneizao ineficiente quando o analito de interesse estiver associado com partculas maiores e mais densas, e portanto, com alta taxa de sedimentao; iv. Agitadores Ultra-Snicos: Estes dispositivos tm sido considerados os mais eficientes, uma vez que associam pelo menos cinco caractersticas que melhoram a performance das anlises por amostragem de suspenses: (a) Proporciona uma eficincia superior na homogeneizao das suspenses (MillerIhli, 1988). A agitao ultra-snica mostrou-se mais efetiva quando comparada com os mtodos convencionais; Menos influenciada pela densidade e tamanho das partculas (Miller-Ihli, 1993). Suspenses preparadas, usando-se amostras com partculas de diferentes tamanhos e densidades, mostraram boa homogeneidade, apresentando, tambm, boa exatido, nos casos em que se analisou matria botnica e sedimentos, com partculas da ordem de 300m; Extrao parcial do analito (Ultrasonics, 1983). Se o analito de interesse estiver ocluso na matriz slida, este poder ser mecanicamente desalojado, proporcionando uma extrao parcial para o meio lquido quando a suspenso for preparada em meio cido (Bendicho e Loos-Vollebregt, 1991) graas a ao do ultra-som. Esta caracterstica muito importante quando o analito est predominantemente alojado nas partculas maiores da amostra, que sofrem maior taxa de sedimentao; Ciso das Partculas (Ebdon, Foulkes e Sutton, 1997). A agitao ultra-snica tm sido usada como uma alternativa de moagem da amostra, ou como moagem adicional/complementar. Fonseca e colaborador (1995) prepararam vrias amostras biolgicas para "nebulizao" de suspenses em ETV-ICP-MS. Aps diluio, as amostras foram ultra-sonicadas por 30 minutos, reduzindo o tamanho das partculas de hepatopncreas de lagostas para valores abaixo de 50 m; Automao (Amoedo, et al., 1999). Uma pequena sonda ultra-snica de titnio pode ser montada sobre a bandeja do auto-amostrador. Este dispositivo automtico pode ter suas operaes sincronizadas com o a sonda, proporcionando uma anlise totalmente automtica (Miller-Ihli, 1990b), uma vez que as suspenses podem ser preparadas diretamente no prprio recipiente do auto-amostrador.

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3.1.2. Estabilizao O uso da tcnica de suspenses depende, fundamentalmente, da capacidade de se ter uma distribuio homognea estvel das partculas slidas da amostra, a fim de garantir a representatividade das alquotas coletadas, e conseqentemente, a reprodutibilidade das anlises. Uma vez que o preparo de suspenses feito a partir amostras compostas por partculas slidas, torna-se invivel utilizar gua com solvente, visto que neste meio a taxa de sedimentao muito alta, podendo, inclusive, ser quantificada pela equao de Stokes (Atkins, 1994, p. 795). Segundo esta equao, a taxa de sedimentao depende da densidade do diluente e do material slido, da viscosidade do meio diluente alm do raio das partculas da amostra. Esta equao foi muito til para os qumicos analticos, que puderam testar diversos diluentes de altas viscosidades, com o intuito de diminuir a taxa de sedimentao, e portanto, aumentar a estabilidade da suspenso. A estabilizao era tanto mais acentuada, quanto mais prximas fossem as densidade do diluente e das partculas da suspenso (Majidi e Holcombe, 1990).

Os agentes estabilizantes mais encontrados na literatura so: TritonX-100 (Segade e Bendicho, 1999), Viscalex (Barrera et al., 1998) e glicerol (Barrera et al., 1997), porm outros tambm foram testados (Vias et al., 1995a; Ebdon, Foulkes e OHanlon, 1995) em menor proporo. Apesar dos agentes estabilizantes serem muito teis, quando faz-se uso de autoamostradores ou micropipetas -- uma vez que as amostras podem ser deixadas nos recipientes sem requerem uma posterior homogeneizao (Hoenig e van Hoeyweghen, 1986) Littlejohn et al. (1985) observaram que a estabilizao da suspenso dependia das caractersticas da amostra, do tamanho da partcula e da concentrao do agente estabilizante. Verificou-se que a deposio da amostra no atomizador, pelo capilar do auto-amostrador, era dificultada a medida em que aumentava-se viscosidade do meio diluente, comprometendo a reprodutibilidade da anlise. Assim, para que haja uma estabilizao eficiente, sem que a concentrao do diluente seja muito alta, necessrio limitar a mxima concentrao da suspenso (Butcher et al., 1990). O uso de auto-amostradores exige, ainda, uma etapa de limpeza eficiente entre determinaes sucessivas. Deve-se, tambm, incluir no procedimento analtico mais uma etapa de pirlise, para eliminar o eventual excesso de agente estabilizante. Pode-se, ainda, empregar agentes anti-espumantes e agentes surfactantes, tambm chamados de agentes dispersantes, capazes de melhorar a disperso de algumas amostras na suspenso, principalmente aquelas proveniente de matrizes biolgicas com carter hidrofbico (de Benzo et al., 1991), uma vez que tendem a formar agregados sobrenadantes. Porm o uso destes agentes, e at mesmo dos estabilizantes, mostra-se ineficiente quando trabalha-se com partculas com altas densidades. 3.1.3. Pr-Digesto da Suspenso O pr-tratamento de uma suspenso pode ser til na extrao do analito de interesse para a fase lquida. Ao contrrio do extensivo pr-tratamento, inerente nos procedimentos de fuso e digesto convencionalmente usados, a pr-digesto das suspenses apenas requer uma decomposio parcial da amostra, portanto no demorada, porm melhora significativamente tanto a preciso, quanto a exatido da anlise. Fagioli e Landi (1983) foram os primeiros a usar oxidao parcial, por via mida, de vrios materiais biolgicos e vegetais. Usando cido sulfrico concentrado puderam formar uma da suspenso carboncea, que foi posteriormente analisada. Um procedimento de pr-digesto rpida da suspenso foi proposta por Bendicho e Loos-Vollebregt (1990b) para determinao de vrios materiais em vidro, baseado na adio de cido fluordrico pouco concentrado (3%) e em homogeneizao gasosa. Gonzlez et al. (1999) determinaram Ni, Cr e Co em farinha de trigo, em ETAAS, usando uma mistura de HNO3 (15%) e H2O2 (10%) como diluente de uma suspenso de 3% m/v, obtendo desvios padres relativos de 6, 8 e 4%, respectivamente. O nmero de trabalhos destacando a solubilizao de suspenses com o emprego de fornos de microondas tm aumentado nos ltimos anos (Arruda, Fostier e Krug, 1997; Hulsman, Bos e van der Linden, 1997), uma vez que estes procedimentos tornam mais fceis a decomposio de matrizes problemticas e obtm-se tempos de digesto extremamente curtos quando comparados aos mtodos convencionais de digesto. Garca et al. (1999) empregaram esta tcnica para determinao de Co, Ni e Cu, em ETAAS. Nenhum modificador qumico, exceto HF, foi usado nas anlises, cujas etapas convencionais de pirlise foram desnecessrias. As atomizaes geraram uma baixa radiao no especfica, que pde ser corrigida com uma lmpada de deutrio. A confiabilidade deste procedimento foi confirmado pelos resultados obtidos para seis materiais certificados de referncia. Por outro lado, Bradshaw e Slavin (1989), analisando As, Pb, Tl e Se em amostras de poeira atmosfrica sem fazer uso desta metodologia tiveram que empregar um corretor de fundo, Zeeman, para obter resultados satisfatrios em condies semelhantes, isto , sem o emprego de modificadores qumicos e eliminando a etapa de pirlise. As precises variaram de 2% a 10%, dependendo da quantidade de slido amostrada. 3.2. Influncia do Tamanho da Partcula O tamanho das partculas do material slido usado para preparar uma suspenso pode influenciar as eficincias de estabilizao e, em alguns casos, de atomizao, assim, fundamental proceder adequadamente as etapas de moagem e peneirao do material slido, evitando ao mximo a contaminao da amostra durante este processo. O tamanho mdio das partculas podem variar desde