Aula S16:

Monitoração Ambiental e

Análise Química

Prof. Rafael Arromba de Sousa

Departamento de Química – UFJF

www.ufjf.br/baccan - rafael.arromba@ufjf.edu.br

QUÍMICA ANALÍTICA AMBIENTAL1º período de 2014

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Lembrando a Aula S01...

OS POLUENTES MAIS COMUNS

Podem ser espécies orgânicas, inorgânicas e organometálicos

Em alguns casos, o aumento da sua concentração é que indica

poluição pelas atividades antrópicas

Importância da monitoração ambiental

(Análises químicas em amostras “ambientais”)

QUÍMICOS: saber como determiná-los...

Várias possibilidades

Técnicas instrumentais devem ser preferidas

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Figura 1 – Sonda multiparâmetro para

leitura simultânea de parâmetros (pH,

oxigênio dissolvido, condutividade elétrica,

temperatura, turbidez) que medem a

qualidade de águas superficiais em rios,

lagoas, represas e de águas subterrâneas.

PODEMOS FALAR EM “QUÍMICA ANALÍTICA AMBIENTAL”

Portabilidade de equipamentos –

característica importante e desejável

Métodos eletroquímicos mostram-se adequados

Preparo de amostra (geralmente) requerido é uma desvantagem

no caso das demais análises

Figura 2 – Equipamento de fluorescência de raios-x (FRX)

portátil* para determinação simultânea de elementos químicos

(principalmente metais) em amostras sólidas.

A QUÍMICA ANALÍTICA AMBIENTAL ...

Portabilidade de equipamentos –

característica importante e desejável

Determinações inorgânicas (resíduos sólidos)

Detectabilidade da FRX: mg kg-1 – mg g-1

(dependo do elemento e condições instrumentais)

(*) FONTE: http://www.anacomci.com.br/produtos.php?pagina=produtos&produto=66, acessada 05-05-13.

(A) Efeito Fotoelétrico; (B) Emissão de Raios-X característicos provenientes de transições eletrônicas subseqüentes

A QUÍMICA ANALÍTICA AMBIENTAL ...

Portabilidade de equipamentos –

princípio da técnica de FRX

** Este slide foi retirado do material didático da disciplina QP812, preparado pela

Prfa. Dra. Maria Izabel M. Silveira (IQ- UNICAMP)

Figura 3 – Equipamento de LIBS* – laser

induced breakdown spectroscopy

(espectroscopia de emissão óptica

induzida por laser) portátil* para

determinação simultânea de elementos

químicos (principalmente metais) em

amostras sólidas.

A QUÍMICA ANALÍTICA AMBIENTAL ...

Portabilidade de equipamentos –

característica importante e desejável

Determinações inorgânicas em amostras sólidas

(materiais “líquidos” (úmidos))

Detectabilidade comparável à FRX

Facilidade para trabalhos de prospecção ambiental

(*) FONTE: http://www.anacomci.com.br/produtos.php?pagina=produtos&produto=10 , acessado em 05-05-13.

Protótipo do “Los Alamos National Laboratory”.

Figura 4 – Cromatógrafo portátil* sendo

utilizado para medidas de VOCs pela CETESB.

A QUÍMICA ANALÍTICA AMBIENTAL ...

Portabilidade de equipamentos –

característica importante e desejável

(*) FONTE:

http://www.cetesb.sp.gov.br/gerenciamento-de-riscos/emergencias-quimicas/84-cromatografo-a-gas-portatil, acessado 05-05-13.

“CROMATOGRAFIA GASOSA”

TÉCNICA MUITO IMPORTANTE EM QAA

Vários fabricantes de cromatógrafos portáteis:

Agilent Tecnologies, Eletronic Sensor Tecnology, O. I. Analytical, Torion Tecnologies,

Photovac Inc. ...

A QUÍMICA ANALÍTICA AMBIENTAL ...

Portabilidade de equipamentos –

característica importante e desejável

“CROMATOGRAFIA GASOSA”

TÉCNICA MUITO IMPORTANTE EM QAA

Alguns fabricante s de cromatógrafos portáteis:

Agilent Tecnologies, Bruker, Eletronic Sensor Tecnology, Inficon, O. I. Analytical,

Torion Tecnologies, Photovac Inc. ...

Cromatógrafos portáteis apresentam algumas desvantagens...

Precisão inferior

Limitações técnicas

(capacidade do reservatório de gases e o dispositivo de bateria)

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

Muitos analitos precisam sofrer transformações químicas e passar por métodos de

purificação para tornar possível a sua determinação

SE a técnica analítica não consegue medir o analito por estar ele em concentração

muito baixa na matriz

Pré-concentração do analito

Uso de técnicas mais sensíveis (geralmente não portáteis)

AMOSTRAGEM ADEQUADA

A condição fundamental de uma amostra é que ela deve retratar o mais

próximo possível o meio do qual ela foi retirada

A QUÍMICA ANALÍTICA AMBIENTAL ...

Portabilidade de equipamentos

Característica importante e desejável

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Muitos métodos já estabelecidos (podem ser aplicados)

Demandas por novos métodos- Caso dos “poluentes emergentes”- Otimização de métodos para preparo de amostra

Exemplo-

MÉTODOS ANALÍTICOS EM QUÍMICA AMBIENTAL

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Exemplo- Analytica Chimica Acta 659 (2010) 186-193

ALGUNS ASPECTOS EXPERIMENTAIS

Estudou-se o desempenho da extração sólido-líquido sobre pressão

- Empregou material de referência certificado (preocupação com a validação)

- A extração com Soxhlet foi usada como referência para avaliar os resultados

- Realizou as análises por GC-MS

RESULTADOS RELEVANTES

O aumento da T melhora a eficiência da extração para a maioria dos analitos

À 200 oC houve degradação parcial de alguns dibenzofuranos clorados

O desempenho do método pode variar se aplicado a amostras de solo

MÉTODOS ANALÍTICOS EM QUÍMICA AMBIENTAL

1. Extração líquido-líquido

Baseada na diferença de solubilidade entre duas substâncias em relaçãoA DOIS SOLVENTES, geralmente água e um solvente orgânico

OCORRE transferência de um soluto (A) de uma fase para a outra

- Técnica simples- Temperatura ambiente- A substância separada ainda pode ser tratada (purificada, pré-concentrada, etc)

funil de separação

Sistema DESCONTÍNUO(batelada)

MÉTODOS ANALÍTICOS EM QUÍMICA AMBIENTAL –Alguns métodos para preparo de amostra

Uso: separação e purificação de substâncias

Substâncias mais polares ou iônicas fase aquosaSubstâncias mais apolares fase orgânica

Escolha do solvente:

Coeficiente de partição (Coeficiente de distribuição, KD)

É a constante de equilíbrio para a solubilidade de um composto em um solvente “1” em relação a um solvente “2”:

KD= C 1 / C 2

C1 e C2 são as solubilidades, NO EQUILÍBRIO, do composto nos solventes “1” e “2”

Número alto de KD:grande parte do soluto irá ser transferida para o solvente “1”

Eficiência da extração (KD): Lei da distribuição de Nernst

Mesmo em casos onde KD é bastante alto, é mais eficiente se realizar sucessivas

extrações usando volumes pequenos, em vez de uma única extração

com um volume maior

Extração líquido-líquido de espécies inorgânicas (metais)

Formação de quelatos metálicos(atentar para o pH do meio durante à extração)

Extração de vários metais dependendo do quelante e das condições experimentais:

Acetilcetona (quelante) + CCl4 (solvente)

(Al, Be, Ce, Co(III), Ga, In, Fe...)

Outros exemplos de quelantes:Cupferron, difeniltiocarbazona, dietilditiocarbamato de sódio...

Aplicações

2. Extração sólido-líquido para substâncias orgânicas no sólidoExtração Sólido-líquido para substâncias inorgânicas no sólido (mais efetiva)

Soluto + solvente

Solvente destiladoem contato com a AMOSTRA

Extrator de Soxhlet:

Uma das fases é um sólido, onde se encontra o solutoUma ou mais substâncias vão passar para a fase líquida

Ex cotidiano: Preparação de bebidas como chá e café

Sistema CONTÍNUO

Ex. indústria: análise inorgânica de solos e fertilizantes (elementos minerais e ânions)

Definição do problema analítico

Escolha do método de análise

Amostragem

Tratamento da amostra (e separação da espécie de interesse)

Calibração

Medida analítica

Avaliação dos resultados

Ação

O Preparo de Amostra e a Análise Química

AAS

ICP OES

ICP-MS

HPLC

GC

CE

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Análise Química Ambiental:

Algumas técnicas instrumentais

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Separação:LC (LC-MS)

CI GC (GC-MS)CE (CE-MS)

Espectroscópicas:FRXLIBSAAS

ICP OES (ICP-MS)

Metais espectroscopia e eletroquímica

Espécies orgânicas separações e eletroquímica

Ânions inorgânicos separação (CI e CE) eeletroquímica

Técnicas eletroquímicas

(em menor extensão)

Potenciometria

Voltametria

Análise Química Ambiental:

Técnicas instrumentais e o Preparo das amostras

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Técnicas espectroscópicas e eletroquímicas

PREPARO DE AMOSTRA

Extração

semelhante ao dos métodos de separação

Decomposição (parcial ou total da amostra)

para disponibilizar o analito em solução

Vários métodos, que combinam diferentes recursos:- (Pré-tratamento) secagem, moagem, peneiração, filtração

- (Tratamento) aquecimento, agitação (mecânica ou por US), reagentesácidos e/ou alcalinos DIGESTÃO DE AMOSTRA

- Métodos específicos para as análises de especiação (preservar a formaquímica do analito)

Bibliografia Consultada

1- BAIRD, C. Química Ambiental, São Paulo, Bookman, 2ª ed., 2005.

2- BJÖRKLUND, E.; NILSSON, T. Pressurized liquid extraction of persistent organic pollutants inenvironmental analysis, Trends Anal. Chem 19 (2000) 434.

3- ZHANG, C. Fundamentals of Environmental Sampling and Analysis, New Jersey, Wiley & Sons, 2007.

4 - Santos, F. J., Galceran, M. T. The Application of Gas Chromatography to Environmental Analysis,Trend Anal. Chem. 21 (2002) 672.

5- HARRIS, C. M. GC to Go, Today´s Chemist at Work, march 2003, 33.

6- Ohweiler, O. A., Química Analítica Quantitativa, vol. 1, 2ª Ed, Livros Técnicose Científicos Editora: Rio de Janeiro,1980.

7- Jeffery, G. H. e col, Vogel – Análise Química Quantitativa, 5ª Ed, Livros Técnicos e Científicos Editora:Rio de Janeiro, 1992.

8- Atkins, P. W., Physical Chemistry, 6th Ed, Oxford University Press:Oxford, 1998.

9- Harries, D. C., Análise Química Quantitativa, 7ª Ed, Livros Técnicose Científicos Editora: Rio de Janeiro, 2008.

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Próximas aulas ...

APRESENTAÇÕES

seg. 14-07

ESTUDO DIRIGIDO (?)

qua. 16-07

VISITA TÉCNICA

seg. 21-07

2º TVC (?)

qua. 23-07