Aula 2: Validação em Análises Ambientais - ufjf.br§ão-em-Análises... · Aula 2: Validação em Análises Ambientais QUÍMICA ANALÍTICA AMBIENTAL 1º período de 2013 Prof

Aula 2:

Validação em Análises AmbientaisValidação em Análises Ambientais

QUÍMICA ANALÍTICA AMBIENTALQUÍMICA ANALÍTICA AMBIENTAL1º período de 20131º período de 2013

Validação em Análises AmbientaisValidação em Análises Ambientais

Prof. Rafael SousaProf. Rafael SousaDepartamento de Química – UFJF

www.ufjf.br/baccanwww.ufjf.br/baccan

NA AULA PASSADA ...

A QUÍMICA AMBIENTAL é uma ciência multidisciplinar por envolver não só as áreas básicas da Química como também a

Biologia, a Geologia, a Ecologia e a Engenharia Sanitária

Estuda processos químicos que ocorrem no meio ambiente

ProblemasProblemas causadoscausados pelapela poluiçãopoluição e/oue/ou osos impactosimpactosProblemasProblemas causadoscausados pelapela poluiçãopoluição e/oue/ou osos impactosimpactosnegativosnegativos dasdas atividadesatividades humanashumanas

Conceito de “sustentabilidade”Conceito de “sustentabilidade”

-- Reaproveitamento da água e tratamento de efluentesReaproveitamento da água e tratamento de efluentes-- Menor consumo de recursos naturais (energia)Menor consumo de recursos naturais (energia)- Menor utilização de materiais (papel, madeira, ...)Menor utilização de materiais (papel, madeira, ...)- Coleta do lixo reciclável ...Coleta do lixo reciclável ...

QuímicaQuímicaee

EngenhariasEngenharias

AA preocupaçãopreocupação comcom oo ambienteambiente éé antigaantiga

�� NaNa décadadécada dede 7070 surgemsurgem algunsalguns “resultados”“resultados” destadesta preocupaçãopreocupação

�� LegislaçõesLegislações ambientaisambientais

Cada vez mais restritivas (preocupação com o destino doscompostos químicos no meio ambiente)

A QUÍMICA AMBIENTAL NÃO É UMA ÁREA “NOVA”...

compostos químicos no meio ambiente)

�� AvaliaçãoAvaliação dede riscosriscos ambientaisambientais

Preocupação com o risco de exposição a novas moléculasproduzidas pelo homem, de cuja toxicidade pouco se sabia

VÁRIOS CONCEITOS E TERMOS TÉCNICOS EM QUÍMICA AMBIENTAL, EX:

Meio-ambiente

BiosferaBiosfera

Poluição

PoluenteQuímica AnalíticaQuímica Analítica::

determinaçãodeterminaçãoee

monitoraçãomonitoração

OS POLUENTES MAIS COMUNSCompostos orgânicos voláteis (VOC), Compostos halogenados, Pesticidas, Metais

“pesados”, Hidrocarbonetos policíclicos aromáticos (PAH)

CLASSESCLASSES (espécies orgânicas, inorgânicas e organometálicos)

NÃONÃO ESQUECERESQUECER DEDE ESPÉCIESESPÉCIES INORGÂNICASINORGÂNICAS

�� Íons que ocorrem naturalmente no ambiente (águas)

podem ter sua concentração aumentada pelas atividadesantrópicas:antrópicas:

CNCN--,, ClCl--,, CaCa22++,, MgMg22++,, POPO4433--,, NHNH44

++,, NONO33--,, NONO22

--,, HH++,, SS22--,, demaisdemais íonsíonsmetálicosmetálicos

SABER SABER como determinácomo determiná--los los !!

�� Várias possibilidades

�� Técnicas instrumentais devem ser preferidas ...

NA QUÍMICA ANALÍTICA AMBIENTAL ...

Portabilidade de equipamentos característica importante e desejávelcaracterística importante e desejável

FiguraFigura 44 – Cromatógrafo portátil** sendoutilizado para medidasmedidas dede VOCsVOCs pela CETESB.

A QUÍMICA ANALÍTICA AMBIENTAL ...

Portabilidade de equipamentos –característica importante e desejávelcaracterística importante e desejável

utilizado para medidasmedidas dede VOCsVOCs pela CETESB.

((**) FONTE:) FONTE:http://www.cetesb.sp.gov.br/gerenciamentohttp://www.cetesb.sp.gov.br/gerenciamento--dede--riscos/emergenciasriscos/emergencias--quimicas/84quimicas/84--cromatografocromatografo--aa--gasgas--portatilportatil, , acessado 05acessado 05--0505--1313..

�� “CROMATOGRAFIA GASOSA”TÉCNICA MUITO IMPORTANTE EM QAA

A maioria das análises não pode ser feita em campo ...

Muitos Muitos analitosanalitos precisam sofrer transformações químicas e passar por métodos de precisam sofrer transformações químicas e passar por métodos de purificação para tornar possível a sua determinaçãopurificação para tornar possível a sua determinação

A QUÍMICA ANALÍTICA AMBIENTAL ...

Portabilidade de equipamentos�� CaracterísticaCaracterística importanteimportante ee desejáveldesejável

AMOSTRAGEM ADEQUADA

OutraOutra consideraçãoconsideração importanteimportante:: VariabilidadeVariabilidade “natural”“natural” nana composiçãocomposição dedeamostrasamostras dodo mesmomesmo tipotipo (Validação(Validação !)!)

METODOLOGIAS ANALÍTICAS EM QUÍMICA AMBIENTAL

�� “CROMATOGRAFIA GASOSA”

CONDIÇÕES EXPERIMENTAIS JÁ ESTABELECIDAS PARAANÁLISES AMBIENTAIS

-- COLUNAS: colunas capilares (COLUNAS: colunas capilares (Cromatografia gasosa capilarCromatografia gasosa capilar))

-- Existem colunas capilares (comerciais) específicas para Existem colunas capilares (comerciais) específicas para PHAsPHAs- FE apolarapolar (metilpolisiloxanos ou fenilmetilpolisiloxanos)

-- Para Para OPPsOPPs usamusam--se FE se FE semisemi--polarpolar e para outros compostos até mesmo e para outros compostos até mesmo polapolarr

-- Interferências (geralmente conhecidas): Interferências (geralmente conhecidas): -- ExEx: Identificação de : Identificação de PCBsPCBs

necessários usar 2 colunas (FE ≠)necessários usar 2 colunas (FE ≠)

EmpacotadaEmpacotada CapilarCapilar




-- COLUNAS: colunas capilares (Cromatografia gasosa capilar)COLUNAS: colunas capilares (Cromatografia gasosa capilar)

-- DETECÇÃO (alguns DETECÇÃO (alguns exex): ):

FID ou MS �� PHAsPHAs

ECD �� pesticidas organocloradospesticidas organoclorados

FPD �� pesticidas contendo P, S ou Snpesticidas contendo P, S ou Sn

�� Tendência é usar MSTendência é usar MS: melhorar e /ou garantir a seletividade: melhorar e /ou garantir a seletividade

Dificuldade importante: identificação de isômerosDificuldade importante: identificação de isômeros

�� Colunas Colunas quiraisquirais ((exex: determinação de : determinação de toxofenostoxofenos))




-- COLUNAS: colunas capilares (Cromatografia gasosa capilar)COLUNAS: colunas capilares (Cromatografia gasosa capilar)

-- DETECÇÃO (algumas possibilidades) DETECÇÃO (algumas possibilidades)

�� Tendência é usar MSTendência é usar MS: melhorar e /ou garantir a seletividade: melhorar e /ou garantir a seletividade�� Tendência é usar MSTendência é usar MS: melhorar e /ou garantir a seletividade: melhorar e /ou garantir a seletividade

-- APLICAÇÃO: principal técnica para APLICAÇÃO: principal técnica para determinação de pesticidas

�� Escolher cuidadosamente a configuração instrumentalEscolher cuidadosamente a configuração instrumental-- Injetor, coluna, detector, p. ex.Injetor, coluna, detector, p. ex.

- Otimizar as condições instrumentais Otimizar as condições instrumentais (vazão do gás, temperatura do forno, necessidade de PI, ...)

�� Demonstrar confiabilidade a partir de ensaios de VALIDAÇÃO

VALIDAÇÃO EM ANÁLISES AMBIENTAIS

IMPORTÂNCIA

Garante a confiabilidade dos resultados

- Avalia sistematicamente o processo de aquisição dos dados

-- ExatidãoExatidão-- PrecisãoPrecisãoConhecer o métodoConhecer o método -- PrecisãoPrecisão

LEMBRAR QUE A ANÁLISE SE INICIA NA AMOSTRAGEMSE INICIA NA AMOSTRAGEM

Etapa em que ocorrem a maior parte dos errosa maior parte dos erros

-- Erros comuns na amostragem

-- “Tamanho” da amostra (heterogêneas)“Tamanho” da amostra (heterogêneas)-- Escolha inadequada do ponto de coletaEscolha inadequada do ponto de coleta-- Horário da coleta (estação do ano, ...)Horário da coleta (estação do ano, ...)


O escopo de uma análise ambiental envolveO escopo de uma análise ambiental envolve

11-- DefiniçãoDefinição dodo problemaproblema analíticoanalítico

22-- DefiniçãoDefinição dodo pontoponto dede amostragemamostragem

- Georreferenciamento das amostras

33-- ColetaColeta dada amostraamostra

- Protocolos específicos (matriz)

�� Não existe uma regra que define:-- númeronúmero-- quantidadequantidade-- frequenciafrequencia dada amostragemamostragem

- O analista deve ser minucioso na descrição (e na repetição)do procedimento


O escopo de uma análise O escopo de uma análise ambiental envolveambiental envolve

11-- DefiniçãoDefinição dodo problemaproblema analíticoanalítico

22-- DefiniçãoDefinição dodo pontoponto dede amostragemamostragem

33-- ColetaColeta dada amostraamostra

44-- TransporteTransporte dasdas amostrasamostras parapara oo laboratóriolaboratório

- Armazenagem adequada à amostra e analitos

55-- AnáliseAnálise propriamentepropriamente ditadita dada amostraamostra ((etapaetapa principalprincipal dada validaçãovalidação))

66-- DescartarDescartar asas amostrasamostras apósapós aa suasua “morte”“morte”(tempo máximo em que a amostra é estável)

77-- AvaliarAvaliar osos dadosdados analíticosanalíticos- Recursos estatísticos são ferramentas úteis

(às vezes, indispensáveis)


O escopo de uma O escopo de uma amostragem ambiental envolveamostragem ambiental envolve

11-- DefiniçãoDefinição dodo problemaproblema analíticoanalítico22-- DefiniçãoDefinição dodo pontoponto dede amostragemamostragem33-- ColetaColeta dada amostraamostra44-- TransporteTransporte dasdas amostrasamostras parapara oo laboratóriolaboratório

55-- AnáliseAnálise propriamentepropriamente ditadita dada amostraamostra ((etapaetapa principalprincipal dada validaçãovalidação))

66-- DescartarDescartar asas amostrasamostras apósapós aa suasua “morte”“morte”77-- AvaliarAvaliar osos dadosdados analíticosanalíticos

Considerar os parâmetros analíticos parâmetros analíticos mais importantes

- Exatidão

- Precisão

- Limites de detecção e quantificação

Dependem daDependem da“Curva de calibração padrão”“Curva de calibração padrão”


ExatidãoExatidão

- Grau de concordância entre o VALOR MEDIDO e o VALOR VERDADEIRO

- Expressa em “porcentagem de recuperação”

%% recrec..== concentraçãoconcentração esperadaesperada xx 100100concentraçãoconcentração verdadeiraverdadeira

�� quantoquanto maismais próximopróximo dede 100100%% MAISMAIS EXATAEXATA éé aa medida/medida/ análiseanálise

- QUAL é o valorvalor verdadeiroverdadeiro para os analitos em uma amostra ambiental ??

GeralmenteGeralmente nãonão éé conhecidoconhecido !!

�� % rec. é determinada por meio de uma “fortificaçãofortificação dada amostraamostra”(experimento de adição e recuperação de analito)

%% recrec.. == concentraçãoconcentração amostraamostra fortfort.. –– concentraçãoconcentração amostraamostra xx 100100concentraçãoconcentração correspondentecorrespondente àà fortificaçãofortificação


ExatidãoExatidão

- Com QUANTO FORTIFICAR a amostra ?

- Com quantidades de analito entre 00,,55 ee 22 vezesvezes o teor obtidona amostra

- Algumas recomendações (do Professor)

-- TestarTestar maismais dede umum nívelnível dede fortificaçãofortificação

-- RealizarRealizar oo procedimentoprocedimento antesantes dodo preparopreparo dada amostraamostra

-- AguardarAguardar “um“um tempo”tempo” parapara integraçãointegração dodo analitoanalito comcom aa matrizmatriz


PrecisãoPrecisão

- Grau de concordância entre medidasmedidas individuaisindividuais de uma mesmapopulação

Métodode análise

C preciso preciso ee exato !exato !C

B

A

preciso preciso ee exato !exato !

preciso preciso masmas inexatoinexato

impreciso e inexatoimpreciso e inexato

Conc. do analitovalor verdadeiro


PrecisãoPrecisão

- Grau de concordância entre medidasmedidas individuaisindividuais de uma mesmapopulação

“desvio padrão” (SS)- Expressa desvio padrão relativo (RSDRSD)

diferença percentual relativa (RPDRPD)

S = Σ(xi – x )2

i=1

N

N-1

RSD = x 100RSD = x 100

XX

SS

RPD = x 100RPD = x 100

XX

(X1 (X1 –– X2)X2)


Exatidão Exatidão ++ Precisão Precisão == Análises quantitativas de boa qualidadeAnálises quantitativas de boa qualidade

LimitesLimites dede DETECÇÃODETECÇÃO ee QUANTIFICAÇÃOQUANTIFICAÇÃO

- Limite de detecção do método (MDL)

É a conc. mínima que pode ser medida e reportada com 99% deÉ a conc. mínima que pode ser medida e reportada com 99% deconfiança de que a conc. do analito é maior do que “zero” (EPA,(EPA, 19841984)).

CálculoCálculo::

1- Matriz livre de analito: reagentes (branco)

2- Fortificação do branco de 3 – 5x o teor esperado para o MDL

3- Análise do branco fortificado ( n > 7)

�� MDL = S x t ,, ondeonde tt 9999%%,, 66 grausgraus dede liberdadeliberdade == 33,,143143




CálculoCálculo::

1- Matriz livre de analito: reagentes (branco)

2- Fortificação do branco de 3 – 5x o teor esperado para o MDL2- Fortificação do branco de 3 – 5x o teor esperado para o MDL

3- Análise do branco fortificado ( n > 7)

�� MDL = S x t ,, ondeonde tt 9999%%,, 66 grausgraus dede liberdadeliberdade == 33,,143143

- matriz (≠ matrízes: ≠ métodos)� MDL é específico

- instrumento




NÃO SE UTILIZA resultados no nível do MDL !

Apenas no nível do LIM. DE QUANTIFICAÇÃO PRÁTICO (PQL)

PQL é a menor conc. que pode ser determinada com confiabilidade atendendoPQL é a menor conc. que pode ser determinada com confiabilidade atendendoa níveis de precisão e exatidão durante condições operacionais de rotina(EPA, 1996).

Cálculo: PQL = (2x a 10x) MDL

Recomendação:O valor do PQL deve ser o 1º ponto da curva de calibração

padrão


CurvaCurva dede calibraçãocalibração

É um gráfico da RespostaResposta instrumentalinstrumental x ConcentraçãoConcentração dodo analitoanalito ::absorbânciaabsorbânciasinalsinal elétricoelétricoáreaárea dede pico,pico, ......

) PadrõesPadrões) PadrõesPadrões

Concentração (mg L-1)00 11

Absorbância(ua) PadrõesPadrões

BrancoBranco

Concentração (mg L-1)00 11

Absorbância(ua) PadrõesPadrões

BrancoBranco

AbsAbs= 48,3= 48,3xx + 0,24+ 0,24r= 0,9987



Características desejáveis::

- utilizar várias soluções padrões (n > 5)

- trabalhar preferencialmente com regressões lineares

AbsAbs= 48,3= 48,3xx + 0,24, + 0,24, r= 0,9987AbsAbs= 48,3= 48,3xx + 0,24, + 0,24, r= 0,9987

sensibilidadesensibilidade

Importante:

- O parâmetro “sensibilidadesensibilidade” é diferente do parâmetro “detectabilidadedetectabilidade”

- Métodos mais sensíveis devem ser preferidos

“b” deve ser sempre “pequeno”“b” deve ser sempre “pequeno”



Características desejáveis::

- utilizar várias soluções padrões (n > 5)

- trabalhar preferencialmente com regressões lineares

- necessária para TODOS os métodos instrumentais(principalmente(principalmente espectroscópicosespectroscópicos ee cromatográficos)cromatográficos)

Recomendação prática:

- Na rotina a necessidadenecessidade dede recalibraçõesrecalibrações deve seravaliada analisando-se padrões ou amostras de referência



Recomendação prática:

- Na rotina a necessidade de recalibrações deve seravaliada analisando-se padrões ou amostras de referência

- Realizar a calibração nana mesmamesma sequenciasequencia do lotede amostrasde amostras

- Atentar-se ao uso de diluiçõesdiluições diferentesdiferentes paraamostras do mesmo lote

�� OsOs resultadosresultados finaisfinais terãoterão correçõescorreções diferentesdiferentes !!

BOAS PRÁTICAS DE LABORATÓRIOBOAS PRÁTICAS DE LABORATÓRIO

OS PRINCÍPIOS DA QUÍMICA ANALÍTICA AMBIENTAL

�� Amostragem adequada

�� Uso de métodos apropriados ao nível do(s) analito(s) aserem quantificados

�� Garantir a confiabilidade dos resultados (validação)�� Garantir a confiabilidade dos resultados (validação)

- Conhecendo os níveis da EXATIDÃO e PRECISÃO

� A dotar procedimentos “amigos” doambiente sempre que possível

Bibliografia Consultada

11-- BAIRD, C. Química Ambiental, São Paulo, BAIRD, C. Química Ambiental, São Paulo, BookmanBookman, 2ª ed., 2005., 2ª ed., 2005.

22-- http://qnesc.sbq.org.br/online/cadernos/01/introd.pdf. Acessado em 13/11/2012http://qnesc.sbq.org.br/online/cadernos/01/introd.pdf. Acessado em 13/11/2012..

55-- ZHANG, C. Fundamentals ZHANG, C. Fundamentals ofof Environmental Environmental SamplingSampling andand AnalysisAnalysis, New Jersey, , New Jersey, WileyWiley & Sons, & Sons, 2007.2007.

66 -- Santos, F. J., Santos, F. J., GalceranGalceran, M. T. The , M. T. The ApplicationApplication ofof GasGas ChromatographyChromatography toto Environmental Environmental AnalysisAnalysis, , Trend Anal. Trend Anal. ChemChem. 21 (2002) 672.. 21 (2002) 672.

88-- NASCENTES, C. C.; COSTA, L. M., Química Ambiental, Universidade Federal de Minas Gerais, NASCENTES, C. C.; COSTA, L. M., Química Ambiental, Universidade Federal de Minas Gerais, 2011, p. 1 2011, p. 1 –– 43.43.

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