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UNIVERSIDADE FEDERAL DA GRANDE DOURADOS
FACULDADE DE CIÊCIAS EXATAS E TECNOLOGIA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM QUÍMICA
VANESSA CRUZ DIAS PERONICO
DESENVOLVIMENTO DE PROCEDIMENTOS PARA O PREPARO DE AMOSTRA
NA DETERMINAÇÃO DE MACRO- E MICRONUTRIENTES EM PLANTAS
OLEAGINOSAS POR ESPECTROMETRIA DE ABSORÇÃO ATÔMICA
DOURADOS/MS
2014
Vanessa Cruz Dias Peronico
Desenvolvimento de procedimentos para o preparo de amostra na determinação de
macro- e micronutrientes em plantas oleaginosas por espectrometria de absorção
atômica
Dissertação apresentada ao Programa de Pós-
Graduação em Química, da Universidade
Federal da Grande Dourados, como parte dos
requisitos para obtenção do título de Mestre
em Química
Orientador: Prof. Dr. Jorge Luiz Raposo Junior
DOURADOS/MS
2014
AGRADECIMENTOS
A minha família pela paciência, dedicação, incentivo e companheirismo.
Aos amigos pelo companheirismo e motivação nos momentos mais difíceis.
Ao professor Jorge Luiz Raposo Junior, pela orientação, paciência, amizade.
Aos professores do programa de Pós-Graduação em Química da Universidade Federal
da Grande Dourados pelos ensinamentos e contribuição profissional.
A Universidade Federal da Grande Dourados e a Faculdade de Ciências Exatas e
Tecnologia pelo apoio institucional e estrutura oferecida.
A Embrapa Agropecuária Oeste pelas amostras concedidas
A professora Nilva Ré pelo fornecimento da bomba digestora.
Ao professor Luiz Carlos e à equipe da Fazenda Experimental de Ciências Agrárias da
Universidade Federal da Grande Dourados pelo fornecimento das amostras oleaginosas
LISTA DE ABREVIATURAS
AAS Espectrometria de Absorção Atômica, do inglês Atomic Absorption Spectrometry.
Co Concentração característica FAAS Espectrometria de Absorção Atômica em Chama, do inglês Flame Atomic
Absorption spectrometry HR-CS-AAS Espectrometria de Absorção Atômica com Fonte contínua de Alta
Resolução, do inglês High - Resolution Continuum Source Atomic Absorption Spectrometry
LD Limite de Detecção LS-AAS Espetrometria de Absorção Atômica com Fonte de Linha, do inglês Line
Source Atomic Absorption Spectrometry LQ Limite de Quantificação PFA PTFE modificado quimicamente, do inglês perfluoroalcoxi PTFE Politetrafluoroetileno, do inglês polytetrafluoroethylene RSD Desvio padrão relativo, do inglês Relative Standard Deviation TFM Marca registrada da Hoeschst para PTFE modificado quimicamente, do
inglês Teflon Fluor Modified
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 Parâmetros instrumentais do AA 240FS para determinação de Cu, Fe, Mn, Zn, Ca e Mg em sementes oleaginosas.
24
Tabela 2 Parâmetros de confiabilidade analítica relativos à determinação de Cu, Fe, Mn, Zn, Ca e Mg em sementes oleaginosas por FAAS.
37
Tabela 3 Parâmetros analíticos para as curvas analíticas de Mn em concentrações variadas de HNO3.
38
Tabela 4 Resultados (média ± desvio padrão) da determinação (n=3) de Cu, Fe, Mn, Zn, Ca e Mg (mg g-1) em materiais certificado por FAAS empregando os procedimentos de digestão por via úmida em sistema aberto.
40
Tabela 5 Resultados (%) da recuperação de Cu, Fe, Mn, Zn (µg g-1) Ca e Mg (mg g-1) para a amostra de canola digerida por via úmida em sistema aberto a partir do procedimento 1.
42
Tabela 6 Resultados (média ± desvio padrão) da determinação (n=3) de Cu, Fe, Mn, Zn (µg g-1) Ca e Mg (mg g-1) nas amostras oleaginosas decompostas a partir do procedimento 1 de digestão em sistema aberto.
43
Tabela 7 Resultados (média ± desvio padrão) da determinação (n=3) de Cu, Fe, Mn, Zn (µg g-1) Ca e Mg (mg g-1) nas amostras oleaginosas decompostas a partir do procedimento 8 de digestão em sistema fechado.
46
Tabela 8 Resultados (%) da recuperação de Cu, Fe, Mn, Zn (µg g-1) Ca e Mg (mg g-1) para a amostra de canola digerida por via úmida em sistema fechado a partir do procedimento 8.
47
Tabela 9 Resultados (média ± desvio padrão) da determinação (n=3) de Cu, Fe, Mn, Zn (µg g-1) Ca e Mg (mg g-1) nas amostras oleaginosas decompostas a partir do procedimento de digestão por via seca.
50
Tabela 10 Resultados (%) da recuperação de Cu, Fe, Mn, Zn (µg g-1) Ca e Mg (mg g-1) para a amostra de canola digerida a partir do procedimento de digestão por via seca.
51
Tabela 11 Influência da concentração de ácido nírico na determinação (n = 3) de Cu, Fe, Mn, Zn (µg g-1), Ca e Mg (mg g-1) na amostra de crambe utilizando tempo de extração de 10 minutos.
54
Tabela 12 Influência do tempo de extração na determinação (n = 3) de Cu, Fe, Mn, Zn (µg g-1), Ca e Mg (mg g-1) na amostra de crambe utilizando solução 1,40 mol L-1 de ácido nítrico.
55
Tabela 13 Resultados (%) da recuperação (n= 3) de Cu, Fe, Mn, Zn (µg g-1), Ca e Mg (mg g-1) para a amostra de canola submetida ao procedimento de extração em banho de ultrassom empregando os parâmetros estabelecidos.
56
Tabela 14 Resultados (média ± desvio padrão) da determinação (n= 3) de Cu, Fe, Mn, Zn (µg g-1), Ca e Mg (mg g-1) na amostra de crambe, niger, canola e cártamo por FAAS submetida a extração em banho ultrassom utilizando os procedimento estabelecidos.
57
Tabela 15 Resultados (média ± desvio padrão) comparativos para a determinação (n= 3) de Cu, Fe, Mn, Zn (µg g-1), Ca e Mg (mg g-1) em sementes oleaginosas por FAAS empregando os procedimentos 1 (via úmida em sistema aberto), 8 (via úmida em sistema fechado), 9 (via seca) e 10 (extração por banho de ultrassom).
59
Tabela 16 Resultados de tcalculado e ttabelado para n1 + n2 - 2 graus de liberdade (teste-t de Student) obtidos por meio da comparação estatística entre os procedimentos 1 (via úmida em sistema aberto) e procedimento 8 (sistema fechado).
60
Tabela 17 Resultados de tcalculado e ttabelado para n1 + n2 - 2 graus de liberdade (teste-t de Student) obtidos por meio da comparação estatística entre os procedimentos 1 (via úmida em sistema aberto) e procedimento 9 (via seca).
61
Tabela 18 Resultados de tcalculado e ttabelado para n1 + n2 - 2 graus de liberdade (teste-t de Student) obtidos por meio da comparação estatística entre os procedimentos 1 (via úmida em sistema aberto) e procedimento 10 (extração por banho de ultrassom).
62
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 Foto ilustrativa do espectrômetro de absorção atômica em chama AA240FS.
24
Figura 2 Foto ilustrativa da bomba de decomsição: (a) cilindro e tampa com rosca em aço inox; (b) tubo cilíndrico de teflon®.
25
Figura 3 Foto ilustrativa das amostras de semente oleaginosas: (a) crambe; (b) níger; (c) canola; (d) cártamo moídas em moinho multi-uso
27
Figura 4 Curvas de resposta para a faixa de concentração avaliada (à esquerda) e intervalo linear (à direita) estabelecidos para Cu, Fe e Mn.
35
Figura 5 Curvas de resposta para a faixa de concentração avaliada (à esquerda) e intervalo linear (à direita) estabelecidos para Zn, Ca e Mg.
36
Figura 6 Avaliação da influência da acidez na sensibilidade da curva analítica para determinação de Mn no intervalo de 0,0 – 4,0 mg L-1 nas condições descritas na Tabela 1 (pág. 24).
37
Figura 7 Foto ilustrativa do aspecto das amostras oleaginosas (a) crambe; (b) niger; (c) cártamo; (d) canola após decomposição pelo procedimento 1.
42
Figura 8 Foto ilustrativa do sistema de decomposição após digestão da amostra oleaginosa utilizando o procedimento 6.
44
Figura 9 Foto ilustrativa da vedação do tubo de teflon®: (a) vedação interna da tampa; (b) vedação externa do tubo.
45
Figura 10 Foto ilustrativa do sistema de decomposição por via úmida em bomba digestora contendo as amostras (a) niger e (b) crambe submetidas ao procedimento 8.
45
Figura 11 Foto ilustrativa do cadinho de porcelana contendo a amotra de niger após queima em bico de Bunsen por 180 segundos. Massa inicial de aproximadamente 0,3000.
48
Figura 12 Foto ilustrativa dos cadinhos de porcelana contendo as amostras de (a) crambe, (b) niger, (c) canola, (d) cártamo após decomposição em mufla a 500 oC por 180 minutos. Massa inicial de aproximadamente 0,3000.
49
Figura 13 Foto ilustrativa do papel filtro após processo de filtração das soluções de amostra obtidas a partir da solubilização das cinzas de (a) crambe, (b) niger, (c) canola e (d) cártamo com solução 2,0 mol L-1 de HCl.
49
Figura 14 Foto ilustrativa do teste da erosão com papel alumínio para identificação do ponto de maior intensidade de cavitação após 60 segundos: (a) papel alumínio antes da realização do teste de erosão; (b) e (c) papel alumínio após a realização do teste; (d) tubo de extração posicionado no ponto de maior intensidade de cavitação.
52
RESUMO
A eficiência de procedimentos de preparo de amostra empregando a digestão por via úmida e via seca foi avaliada na determinação multielementar de Cu, Fe, Mn, Zn, Ca e Mg em sementes de espécies oleaginosas por meio da espectrometria de absorção atômica em chama. Foram avaliados procedimentos baseados na digestão ácida empregando energia térmica (sistema aberto usando aquecimento em bloco digestor e sistema fechado usando aquecimento em estufa a 150 oC), decomposição por via seca em sistema aberto com aquecimento em forno tipo mufla e extração com energia ultrassônica (banho de ultrassom) utilizando ácidos diluídos. A exatidão e precisão dos procedimentos foram avaliadas através da análise de dois materiais de referência cedidos pela Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (Embrapa Agropecuária Oeste – Dourados, MS) e também por testes de adição e recuperação de analitos e os resultados foram concordantes ao nível de 95% de confiança. Os intervalos de concentração obtidos para os nutrientes foram: 5,27 ± 0,24 - 17,09 ± 0,93 µg g-1 Cu; 71,32 ± 4,74 - 343,19 ± 38,38 µg g-1 Fe; 20,12 ± 1,02 - 49,08 ± 0,49 µg g-1 Mn; 32,45 ± 1,86 - 43,51 ± 4,27 µg g-1 Zn; 1,13 ± 0,01 - 3,86 ± 0,13 mg g-1 Ca e 2,07 ± 0,18 - 3,14 ± 0,06 mg g-1 Mg (massa seca). Os teores obtidos para Cu, Fe, Mn, Zn, Ca e Mg a partir dos procedimentos avaliados foram comparadas por meio do teste-t de Student e os resultados mostraram concordância ao nível de 95% de confiança entre os procedimentos para a maioria dos elementos. Palavras-chaves: Preparo de amostras, Espécies oleaginosas, Espectrometria de absorção atômica.
ABSTRACT
The efficiency of sample preparation procedures employing wet and dry digestion was evaluated in multielement determination of Cu, Fe, Mn, Zn, Ca and Mg in oilseeds species by flame atomic absorption spectrometry. Procedures based on acid digestion were evaluated using thermal energy (open system using a heating block and closed system heating in an oven at 150 oC), decomposition by dry heat in an open system procedure employing a muffle furnace and extraction with ultrasonic energy (ultrasonic bath) using dilute acids. The accuracy and precision of the procedures were evaluated by analysis of two reference materials of the Empresa Brasilera de Pesquisa Agropecuária (Embrapa Agropecuária Oeste - Dourados, MS) and also by recovery tests, and the results were in agreement at 95% of confidence level. The concentration ranges for nutrients were: 5.27 ± 0.24 - 17.09 ± 0.93 µg g-1 Cu, 71.32 ± 4.74 - 343.19 ± 38.38 µg g-1 Fe, 20.12 ± 1.02 - 49.08 ± 0.49 µg g-1 Mn, 32.45 ± 1.86 - 43.51 ± 4.27 µg g-1 Zn, 1.13 ± 0,01 - 3.86 ± 0.13 mg g-1 Ca and 2.07 ± 0.18 - 3.14 ± 0.06 mg g-1 Mg (dry matter). The content obtained for Cu, Fe, Mn, Zn, Ca and Mg by the proposed procedures were compared by Student test-t and the results showed agreement at 95 % confidence for most of elements. Keywords: Sample preparation. Oilseed species. Atomic absorption spectrometry.
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO 12 2 REVISÃO DA LITERATURA 14 2.1 Cultivares oleaginosas 14 2.2 Estratégias de preparo de amostra para determinação inorgânica 15 2.2.1 Procedimentos de tratamento de amostra por via úmida 15 2.2.1.1 Energia térmica no pré-tratamento de amostra 16 2.2.1.2 Ondas ultrassônicas em processos de tratamento de amostra 17 2.2.1.3 Energia radiante em processos de tratamento de amostra 18 2.2.2 Procedimentos de tratamento de amostra por via seca 19 2.2.2.1 Decomposição por fusão 19 2.2.2.2 Decomposição por combustão 20 2.3 Espectrometria de absorção atômica na determinação elementar 21 3 OBJETIVOS 23 4 PARTE EXPERIMENTAL 24 4.1 Instrumentação e acessórios 24 4.2 Reagentes, soluções analíticas e materiais de referência 26 4.3 Amostragem e pré-tratamento das amostras 27 4.3.1 Procedimentos de preparo de amostra por via úmida em sistema aberto 28 4.3.2 Procedimentos de preparo de amostra por via úmida em sistema fechado 29 4.3.3 Procedimento de preparo de amostra por via seca 30 4.3.4 Procedimento de extração assistida por energia ultrassônica 30 4.4 Otimização de método para a determinação de Cu, Fe, Mn, Zn, Ca e Mg
por FAAS 31
4.5 Forma de análise dos resultados 32 5 RESULTADOS E DISCUSSÃO 34 5.1 Método para determinação de Cu, Fe, Mn, Zn, Ca e Mg em sementes
oleaginosa por FAAS 34
5.2 Determinação de Cu, Fe, Mn, Zn, Ca e Mg por procedimentos de decomposição das amostras por via úmida em sistema aberto
38
5.3 Determinação de Cu, Fe, Mn, Zn, Ca e Mg por procedimentos de decomposição em sistema fechado
44
5.4 Determinação de Cu, Fe, Mn, Ca e Mg pelo procedimento de decomposição de amostra por via seca
47
5.5 Determinação de Cu, Fe, Mn, Ca e Mg utilizando de procedimento de extração por energia ultrassônica
51
5.6 Avaliação estatística dos procedimentos de preparo de amostra 58 6 CONDIDERAÇÕES FINAIS 63 7 REFERÊNCIAS 65
12
1 INTRODUÇÃO
O atual cenário energético caminha para a busca por fontes de energia renováveis, haja
vista a crescente limitação do uso de energia produzida a partir de combustíveis fósseis [1].
Atualmente, os biocombustíveis – fontes de energias renováveis – vêm sendo gradualmente
incorporados ao diesel convencional como forma de limitar a demanda do consumo de
combustíveis fósseis e alavancar a produtividade do diesel “ecologicamente correto”. No
entanto, a possibilidade de produzir biodiesel e até mesmo óleo vegetal a partir de fontes
oleaginosas requer dedicada atenção a vários pontos, dentre estes o cuidado com balanço
nutricional da cultura merece destaque [1,2]. Monitorar a composição mineral de uma
determinada cultura é, sem dúvida, relevante e promissor no que diz respeito ao conhecimento
das informações nutricionais destas oleaginosas [3], e que pode ser adquirido pelo
desenvolvimento de métodos e/ou procedimentos analíticos precisos, rápidos e eficientes em
análise química, inferindo diretamente no controle de qualidade dos produtos de partida [4,6].
Nesse contexto, a química analítica desempenha papel importante para determinação
da composição mineral de plantas, solos e outras matrizes, utilizando técnicas clássicas e
instrumentais [4,6]. Entre as técnicas analíticas instrumentais, a espectrometria de absorção
atômica é amplamente utilizada na determinação da composição mineral de plantas e de
outras matrizes (ambiental, agroindustrial, alimentícia etc.). Atualmente encontram-se
disponíveis na literatura diversas metodologias para análise individual de Cu, Fe, Mn, Zn, Ca
e Mg entre outros elementos de estimada relevância em um número variado de matrizes [7-
13]
Como a determinação elementar empregando técnicas espectrométricas está bem
estabelecida em literaturas dirigidas, alguns trabalhos envolvendo espécies inorgânicas têm
sido direcionados a etapa de preparo de amostra. Em espectrometria de absorção atômica, a
conversão da amostra original em uma solução aquosa é o procedimento mais utilizado para
determinar as espécies de interesse na matriz, uma vez que soluções aquosas são mais
versáteis e de fácil manipulação do que o material sólido [14]. Assim, procedimentos como
dissolver, digerir, decompor etc., são procedimentos bastante utilizados para transformar o
material de origem em soluções compatíveis com a técnica de análise utilizada [14-16].
De forma geral, os procedimentos de conversão de amostras sólidas em soluções
verdadeiras podem ser divididos em procedimentos de tratamento por via úmida e via seca,
13
que podem ser realizados em sistema aberto ou fechado [14-18] podendo empregar energia
térmica [14-16], radiante [17, 19-21] e ainda ondas ultrassônicas [22-26]
Nessa perspectiva, o presente trabalho apresenta um estudo comparativo de
metodologias de preparo de amostras de sementes oleaginosas na determinação de Ca, Cu, Fe,
Mg, Mn e Zn por espectrometria de absorção atômica em chama. Os procedimentos foram
desenvolvidos na busca pela simplicidade, baixo custo e minimização de perdas dos analitos.
14
2 REVISÃO DA LITERATURA
2.1 Cultivares oleaginosas
A soja é a oleaginosa produzida em maior quantidade no mundo [27], e atualmente é a
principal fonte de óleo vegetal para consumo humano e também para a produção de biodiesel
[28].
A escolha da matéria-prima adequada para produção de biodiesel depende de aspectos
como disponibilidade da oleaginosa na região, custo para sua produção em grande escala e
teor de óleo na oleaginosa, além disso sua utilização para a produção de biodiesel não deve
competir com sua aplicação em outros setores [29]. Considerando esses aspectos e também o
fato de 90% de todo biodiesel produzido no mundo ser produzido a partir do óleo de soja [28],
que possui grande aplicação no mercado alimentício, o estudo de oleaginosas alternativas e
pouco conhecidas para a produção de biodiesel torna-se promissor. Nessa perspectiva
diversos estudos científicos têm sido desenvolvidos para avaliar a potencialidade energética
de oleaginosas alternativas comestíveis ou não [30-33]. Também discutir outros aspectos
relacionados à produção e utilização dessas espécies como fonte de óleo vegetal [34-36].
Espécies oleaginosas como o niger (Hyoscyamus niger), a colza (Brassica napus), o
nabo forrageiro (Raphanus sativus L.), o crambe (Crambe abyssinica Hoechst), o gergelim
(Sesamum indicume) o cártamo (Carthamus tinctorius L.) e a canola (Brassica napus) tem se
apresentado como promissoras fontes de óleo vegetal [37-39]. Essas oleaginosas são culturas
adaptáveis a diferentes condições climáticas, não exigem muito preparo do solo para cultivo e
apresentam pequena incidência de pragas e doenças [28, 40-43], e também possibilitam a
rotação de cultura com cultivares como a soja e o milho [37-39], o que viabiliza a produção
dessas espécies sem necessidade de abertura de novas áreas agriculturáveis, apresentando
também baixos custos de produção [28,37]. Outro aspecto positivo, é que além dos elevados
teores de óleo, suas sementes são ricas em proteínas, carboidratos e lípídios, podendo ser
aproveitadas para consumo humano, com excessão ao crambe que possui altos teores de ácido
erúcico [37, 38, 43].
Apesar destas oleaginosas apresentarem-se como espécies promissoras para a
produção de óleo vegetal, ainda são necessários estudos para avaliar o potencial agronômico
na produção e utilização em escala comercial dessas cultivares. Nessa perspectiva a química
15
analítica aliada a técnicas espectrométricas, desempenha papel importante na avaliação
nutricional mineral para acompanhamento agronômico dessas e outras matrizes.
2.2 Estratégias de preparo de amostra para a determinação inorgânica
A etapa de pré-tratamento de amostra, ou mais comumente conhecida como etapa de
preparo da amostra, envolve uma sequência clássica de procedimentos que inclui
higienização/limpeza, secagem, moagem e por fim a conversão da amostra em uma solução
verdadeira [14, 44].
Em espectrometria de absorção atômica, a conversão da amostra original em uma
solução aquosa é o procedimento mais utilizado para determinar as espécies de interesse na
matriz. Essa etapa, é bastante crítica, consome a maior parte do tempo despendido em uma
análise química e também configura com grande fonte de erros [4, 14]. Dentre as diversas
fontes de erros causadas na etapa de preparo de amostra, as principais são provenientes da
solubilização incompleta dos analitos, perdas dos analitos por volatilização e por interação
com frascos de reação, contaminação por reagentes e soluções utilizadas no processo e perdas
dos analitos durantes processos de filtração e/ou diluição [4, 14, 45, 46].
Os procedimentos de conversão de amostras sólidas em soluções verdadeiras para
determinação elementar empregando técnicas espectrométricas podem ser divididos em
procedimentos de tratamento por via úmida e por via seca [4, 14, 45].
2.2.1 Procedimentos de tratamento de amostra por via úmida
Nos procedimentos de tratamento de amostra por via úmida costuma-se dissolver ou
decompor uma amostra sólida utilizando-se ácidos minerais diluídos ou concentrados ou
ainda misturas de ácidos em sistemas abertos ou fechados, com ou sem aquecimento, na
presença ou ausência de pressão [4, 14, 45], sob radiações ultravioletas [14,28], ultrassônicas
[22, 23] ou de microondas [16, 17, 19, 20].
Dentre os ácidos minerais mais utilizados em processos de digestão por via úmida
podemos destacar os ácidos clorídrico, nítrico, sulfúrico, perclórico e fluorídrico [4, 14]. As
propriedades de ponto de ebulição, poder oxidante e complexante, solubilidade dos sais, grau
de pureza e aspectos relacionados à segurança de manipulação desses ácidos, bem como a
16
composição da matriz devem ser considerados para orientar a escolha do ácido mineral mais
adequado para o tratamento de amostra proposto [14, 16].
Algumas matrizes cuja predominância seja de carbonatos, sulfatos, sulfetos e óxidos
de metais são facilmente solubilizadas em ácidos minerais diluídos ou empregando um único
ácido concentrado [14]. Já algumas matrizes cuja composição contém elevado teor de matéria
orgânica ou até mesmo amostras de ligas metálicas necessitam o emprego de ácidos em
diferentes proporções para sua completa decomposição [14, 16, 45]. O emprego de
combinações de ácidos é sempre avaliado pois potencializa os processos de digestão por via
úmida, pois é possível combinar diferentes propriedades químicas ou produtos com maior
reatividade que reagentes empregados separadamente [14].
É comum também a adição de agentes oxidantes (H2O2, Br2, KClO3), complexantes
(ácido tartárico, cítrico, lático etc.), catalisadores (Cu2+, Hg2+) ou substâncias que aumentam o
ponto de ebulição (Na2SO4, K2SO4) ao processo de digestão empregando um único ácido ou a
misturas de ácidos na decomposição por via úmida [14].
Outro aspecto que possui elevada relevância nos procedimentos de tratamento de
amostra por via úmida é a forma de energia empregada no sistema, uma vez que esta pode
influenciar diretamente no tempo requerido para completa decomposição do material e na
quantidade de reagentes utilizados [14 - 16]. Energia térmica, ultrassônica e energia radiante
(microondas, radiação UV etc.) podem ser utilizadas para decomposição da matéria por via
úmida [16, 45].
2.2.1.1 Energia térmica no pré-tratamento de amostra
A decomposição por via úmida utilizada para uma grande variedade de amostras é
bem sucedida se efetuada à quente [14]. Por meio de bicos de gás, blocos digestores, chapas
de aquecimento, muflas e estufas [16].
Procedimentos de decomposição que utilizam energia térmica requerem muito tempo
para converter a amostra sólida em uma solução e podem necessitar de constante supervisão.
Quando realizados em sistemas abertos, consomem maior quantidade de reagentes e estão
sujeitos a contaminações do meio externo e, principalmente, podem apresentar perdas dos
analitos por volatilização [16]. Parâmetros como tempo e temperatura de decomposição, bem
17
como a escolha e as quantidades dos reagentes utilizados podem ser avaliados para minimizar
os problemas [17, 47].
Um procedimento que permite contornar os problemas de perdas de analitos e
possíveis contaminações consiste em realizar o tratamento de amostra em sistemas fechados
[14, 16, 17, 48]. Um exemplo clássico e muito utilizado de decomposição pressurizado com
aquecimento convencional é a bomba de decomposição, que consiste em um tubo cilíndrico
de PTFE (politetrafluoretileno) mantido em um cilindro com tampa de rosca confeccionado
em aço inoxidável [14, 28]. A quantidade de amostra e o volume dos reagentes utilizados
variam de acordo com a pressão interna exercida pelos reagentes e do volume do frasco de
PTFE submetidas a diferentes temperaturas em estufas ou muflas [14,16]. A diminuição do
tempo para completa decomposição e redução da quantidade de reagentes utilizados são
vantagens observadas em procedimentos de digestão empregando o sistema de bomba de
decomposição. No entanto, o sistema está sujeito a efeitos de memória, superaquecimento e
riscos de explosões se o volume de ácidos (p.ex. o perclórico) for levado até a secura em
sistemas fechados [14].
2.2.1.2 Ondas ultrassônicas em processos de tratamento de amostra
Ondas ultrassônicas têm sido amplamente utilizadas em processos de solubilização de
amostras, extração de substâncias inorgânicas e orgânicas de matrizes sólidas, emulsificação e
homogeneização, dispersão de suspensões, limpeza de materiais entre outras aplicações [22].
A cavitação, principal efeito mecânico gerado pelas ondas ultrassônicas, é
caracterizada pela formação de microbolhas no líquido irradiado, que entram em colapso
(implosão) ao atingirem um diâmetro crítico, resultando no aumento pontual da temperatura e
da pressão [14]. Este procedimento leva a formação de radicais livres na interface entre a
bolha e o solvente, aumentando a reatividade química do solvente. A ocorrência destes
fenômenos na superfície das partículas da amostra auxilia na decomposição e dissolução do
material [14, 16, 22, 23].
Em procedimentos de preparo de amostra para a determinação elementar as ondas
ultrassônicas podem ser utilizadas em processos de extração, solubilização e de digestão
usando banhos ultrassônicos e sondas ultrassônicas [14,16]. Os procedimentos de tratamento
de amostra por energia ultrassônica geralmente são conduzidos em condições brandas de
18
temperatura e pressão com o auxílio de ácidos diluídos [14, 22-25, 49]. No entanto, a
composição da matriz pode influenciar na escolha da utilização de aquecimento e reagentes
mais concentrados [22,23]. Parâmetros como quantidade e tamanho de partícula da amostra,
volume de ragentes, tempo de extração, temperatura do sistema, volume de água no banho de
ultrassom, posição e número de tubos de reação podem influenciar significativamente o
processo de tratamento das amostras e precisam ser avaliados para garantir a eficiência do
processo [14, 22-25, 28, 49].
Entre as vantagens associadas à utilização de energias ultrassônicas em procedimentos
de tratamento de amostra podemos citar: i) menor tempo requerido para preparo das amostras,
ii) menor consumo de reagentes, associada a utilização de reagentes diluídos, iii) maior
segurança, uma vez que na grande maioria os procedimentos são realizados em condições de
temperatura ambiente, iv) permite utilizar misturas de ácidos que normalmente são evitados
em procedimentos que utilizam energia térmica e v) simplicidade de preparo e baixo custo
relativo [22, 23, 50].
2.2.1.3 Energia radiante em processos de tratamento de amostra
Procedimentos de preparo de amostra empregando a decomposição ácida assistida por
forno de microondas para a determinação elementar têm sido bastante utilizados no preparo
de amostra [14, 16, 19, 20]. A utilização de radiação microondas no preparo de amostra
tornou-se bastante popular devido à expressiva redução do tempo de decomposição. São
descritos na literatura metodologias analíticas para uma infinidade de elementos em amostras
de plantas, óleos, de alimentos, combustíveis, materiais biológicos [9, 21, 51-53].
A diminuição do tempo de decomposição foi constatada desde os primeiros
experimentos que foram conduzidos em fornos de microondas domésticos [20, 54]. Em
procedimento que utiliza energia radiante, o aquecimento por radiação microondas envolve a
absorção direta da energia pelo material, ao contrário dos sistemas baseados em aquecimento
condutivo. O aquecimento é resultante de processos de migração iônica e da rotação de
dipolos em líquidos dielétricos proporcionados pelo campo elétrico oscilante da radiação. Os
procedimentos de preparo de amostra envolvendo radiação microondas são atualmente
conduzidos em fornos, confeccionados para tal finalidade, com cavidade ou fornos com
radiação focalizada que operam com frequência de 2,45 GHz [14, 16, 56].
19
Nos fornos com cavidade os experimentos são realizados em sistemas fechados
utilizando-se frascos de PTFE, PFA (perfluoroalcoxi) ou TFM (teflon quimicamente
modificado). As decomposições são conduzidas utilizando, principalmente, ácidos nítrico,
clorídrico e também peróxido de hidrogênio, submetidos a programas de temperatura e
pressão variados [19, 56]. No procedimento empregando forno de microondas em sistema
fechado, as digestões são feitas em poucos minutos devido à alta temperatura e pressão
exercida no interior do frasco. Desta maneira os riscos de perda de analitos por volatilização e
as contaminações pelo meio externo são muito reduzidos [14, 16]. A principal limitação deste
procedimento reside na quantidade de amostras utilizada e a necessidade de resfriamento e
despressurização destes para adição de reagentes em procedimentos realizados em vários
ciclos [14, 16, 57].
Nos fornos com radiação focalizada a radiação microondas é incidida na parte inferior
dos frascos contendo a amostra e os reagentes, o que aumenta a eficiência da distribuição de
energia no meio reacional [58]. Os procedimentos são realizados em pressão atmosférica em
frascos de PTFE, borossilicato ou quartzo, que possuem um dispositivo (tampa) adequado
para minimizar perdas dos analitos e contaminações e que permitem a adição contínua de
reagentes. A principal vantagem deste tipo de forno, é a decomposição de amostras com alto
teor de matéria orgânica, e a possibilidade de realizar decomposições com massas de amostras
de até 10g e volumes variados de reagentes [19, 20]. Neste tipo de forno também é possível
aplicar procedimentos variados para diferentes amostras, pois cada frasco pode ser operado de
forma independente. As principais dificuldades surgem de problemas como distribuição não
uniforme da radiação entre os tubos quando operados simultaneamente e a utilização de
ácidos concentrados na decomposição de grandes quantidades de amostras [14, 17, 19, 20].
Estes efeitos podem afetar a eficiência do processo de digestão causando problemas de
interferência durante as análises [14, 16, 20].
2.2.2 Procedimentos de tratamento de amostra por via seca
2.2.2.1 Decomposição por Fusão
A decomposição por fusão é utilizada, principalmente, para a conversão de materiais
predominantemente inorgânicos, que não se dissolvem em ácidos minerais concentrados a
20
quente, ou são atacados lentamente ou se dissolvem parcialmente como cimentos, aluminatos,
alguns óxidos minerais e ligas metálicas entre outros [14, 16, 44].
Este método consiste em transformar o material sólido de difícil decomposição em
outro material sólido que se dissolve mais facilmente em ácidos ou água através da fusão da
amostra com um fundente apropriado a altas temperaturas [16]. O procedimento de
decomposição consiste em misturar a amostra com o fundente apropriado em quantidades que
podem variar de 2 a 50 vezes maior que a massa da amostra [16, 44-46, 48]. A decomposição
da mistura é feita em cadinhos de porcelana, platina ou níquel com lento aquecimento em
muflas a temperaturas que variam de 300 - 1000 oC, para posterior dissolução do sólido
residual com água ou ácidos minerais diluídos [16, 44-46, 48]. A escolha do fundente
dependerá da composição do material a ser decomposto, e estes fundentes podem ser ácidos,
básicos, bem como misturas de fundentes com agentes oxidantes [16, 44]. Os principais
fundentes utilizados são o carbonato de sódio, hidróxido de sódio, peróxido de sódio, ácido
bórico, pirossulfato de potássio, metaborato de lítio entre outras [4, 14, 16, 44].
Durante o processo de decomposição é possível ocorrer contaminação da amostra
devido às impurezas contidas no fundente e também por reações com o material do cadinho
utilizado [14]. Esses problemas podem ser minimizados utilizando materiais fundentes de alta
pureza e cadinhos que sejam inertes ao meio reacional. Perdas dos analitos por volatilização,
efeitos de matriz na nebulização da amostra, interferências espectrais e efeitos de memória
também são alguns inconvenientes observados neste procedimento [14, 16, 48].
São descritos na literatura aplicações de procedimentos de decomposições por fusão
para análise elementar por técnicas espectroanalíticas em amostras argila, granito, cinzas,
areia e carvão [59], para caracterização química de minérios de titânio [60], para
determinação de rênio em rochas [47] entre outras.
2.2.2.2 Decomposição por combustão
A decomposição por combustão é um método alternativo e vem sendo bastante
utilizado em procedimentos de preparo de amostras para determinação da composição mineral
em amostras orgânicas [14]. Esse processo consiste em oxidar a matéria orgânica em
atmosfera de ar ou oxigênio em altas temperaturas, resultando em resíduo inorgânico não
volátil e solúvel em água ou ácidos diluídos [4, 14, 18, 45]. Um dos procedimentos mais
21
simples de decomposição por combustão consiste na queima da matéria orgânica contida em
um cadinho em forno mufla sob temperaturas que variam de 450 - 550 oC até obtenção de um
resíduo na forma de cinzas [14, 16, 44, ]. Este procedimento não é indicado para sistema
aberto, uma vez que perdas do analito por volatilização limita a utilização deste na
determinação de alguns elementos como As, Sb, P, S, Ge, Hg etc [14, 18, 45].
Também são descritos na literatura o emprego de sistemas fechados para
decomposição iniciada por combustão utilizando tubo de combustão [61], frasco de
combustão de Schöninger [14], bomba de combustão de oxigênio [62-65], combustão iniciada
por microondas em sistema fechado [18, 66, 67]. Estes sistemas permitem a determinação de
alguns produtos voláteis da decomposição por combustão, pois os problemas envolvendo
perda do analito por volatilização são minimizados [14, 18].
2.3 Espectrometria de absorção atômica na determinação elementar
Entre as técnicas analíticas instrumentais, a espectrometria de absorção atômica em
chama é amplamente utilizada para análise da composição mineral em matrizes diversas.
Nesta técnica a solução de amostra é aspirada para o interior de um sistema
nebulizador/queimador e transportada por gases até uma chama onde ocorrerá a atomização
dos elementos. Uma vez atomizados, estes átomos livres serão capazes de absorver energia
eletromagnética de uma fonte de radiação externa, sendo que a quantidade de energia
absorvida será proporcional à população de átomos na chama, sendo este o princípio desta
técnica analítica [68, 69].
Desde a introdução da espectrometria de absorção atômica como técnica analítica em
meados da década de 50, esta se desenvolveu até tornar-se como uma importante ferramenta
para análise química elementar. Atualmente estão disponíveis no mercado espectrômetros
acoplados com sistemas de introdução de amostras completamente automatizados, com
atomizadores eletrotérmicos que possibilitam análise direta de sólidos e de suspensões
minimizando o tempo gasto com processos de tratamento de amostras [70] e também
equipamentos que utilizam uma fonte de radiação contínua de alta resolução (HR-CSAAS)
em substituição as tradicionais lâmpadas de cátodo-oco, oferecendo vantagens como: (a)
utilização de uma única lâmpada para determinar todos os elementos cuja determinação é
possível por AAS; (b) análises multielementares seqüenciais mais rápidas que as análises
22
realizadas com equipamentos que operam com fonte linhas (LS AAS); (c) monitoramento de
diferentes linhas espectrais para um mesmo elemento permitindo a ampliação da faixa linear o
que minimiza a necessidade de diluições das amostras, entre outros benefícios [52, 71].
Devido a versatilidade desta técnica, as aplicações para análise elementar são bastante
amplas, estando descrito na literatura aplicações utilizando a técnica de espectrometria de
absorção atômica na determinação de Cu, Fe, Mn, Zn, Ca e Mg entre outros elementos de
estimada importâcia em amostras de diferentes composições, como óleo vegetal [9, 72-75],
alimentos [9, 25, 49, 76-81, matrizes aquosas [82-86], de plantas [7, 52, 87-92] entre outros.
23
3 OBJETIVOS
Desenvolver e avaliar a eficiência de procedimentos de preparo de amostras utilizando
as sementes oleaginosas canola, cártamo, crambe e niger para a determinação de Cu, Fe, Mn,
Zn, Ca e Mg por espectrometria de absorção atômica em chama. Para isso as seguintes metas
compõem este trabalho:
a) estabelecer procedimentos de preparo de amostra empregando a decomposição do
material por via úmida e por via seca;
b) avaliar a eficiência de extração dos nutrientes por meio de banho de ultrassom;
c) desenvolver métodos analíticos para a determinação multielementar dos teores de Cu,
Fe, Mn, Zn, Ca e Mg em sementes oleaginosas, estabelecendo os principais
parâmetros de confiabilidade analítica;
d) contribuir para o conhecimento da composição mineral destas espécies.
24
4 PARTE EXPERIMENTAL
4.1 Instrumentação e acessórios
Para as medidas experimentais, um espectrômetro de absorção atômica em chama AA
240FS (Agilent Technologies®, EUA) equipado com lâmpadas de cátodo oco (LCO)
monoelementares (Figura 1) foi utilizado operando nas condições descritas na Tabela 1.
Figura 1 - Foto ilustrativa do espectrômetro de absorção atômica em chama AA 240FS.
Fonte: próprio autor.
Tabela 1 - Parâmetros instrumentais do AA 240FS para determinação de Cu, Fe, Mn, Zn, Ca
e Mg em sementes oleaginosas.
Parâmetros Instrumentais Cu Fe Mn Zn Ca Mg
Linha atômica (nm) 324,8 248,3 279,5 213,9 422,7 202,6
Corrente de lâmpada (mA) 4 5 5 5 10 4 Fenda de saída (nm) 0,5 0,2 0,2 1,0 0,5 1,0
Composição da chama ar/acetileno Vazão de acetileno
(L min-1) 2,0
13,0
2,2 2,0
Vazão de oxidante (L min-1)
13,4 13,0
Queimador (mm) 100 50
Taxa de aspiração (mL min-1)
5,0
25
As amostras de sementes das plantas oleaginosas foram secas em estufa Orion 515
(Fanem®, Brasil), processadas em moinho multi-uso TE-631 (Tecnal®, Brasil) e pesadas em
balança analítica FA2104N (Bioprecisa®, Brasil). Para decomposição das amostras por via
úmida, um bloco digestor TE-007MP (Tecnal®, Brasil) contendo tubos de 100 mL foi
utilizado para os procedimentos de decomposição em sistema aberto e a bomba digestora
(Figura 2) com capacidade de 100 mL foi utilizada para a decomposição das amostras em
sistema fechado com aquecimento em estufa. O banho ultrassom USC-14004 (Unique®,
Brasil) operando em frequência de 40 khz e capacidade de 2,8 L foi utilizado para avaliar a
eficiência da extração dos metais por meio de energia ultrassônica e a mufla Q318524
(Quimis®, Brasil) foi utilizada para a decomposição das amostras por via seca.
Micropipetas Eppendorf® (10 - 100 µL e 100 - 1000 µL) foram outros materiais
volumétricos utilizados no preparo das soluçãoes.
Figura 2 - Foto ilustrativa da bomba de decomposição: (a) cilindro e tampa com rosca em aço
inox; (b) tubo cilíndrico de teflon®.
Fonte: próprio autor.
26
4.2 Reagentes, soluções analíticas e materiais de referência
Água ultra pura (resistividade 18,2 MΩ cm) obtida a partir de um deionizador
Millipore Milli-Q Academic (Beadford®, EUA) foi utilizada para o preparo de todas as
soluções de trabalho.
Para a decomposição das sementes oleaginosas e do material de referência foram
utilizados HCl 37% (v/v) (Vetec, Brasil), HNO3 65% (v/v) (Vetec, Brasil), H2SO4 98% (v/v)
(Vetec, Brasil), HClO4 70% (v/v) (Vetec, Brasil) e H2O2 30% (v/v) (Dinâmica, Brasil).
Soluções diluídas contendo 0,14 -1,4 e 2,8 mol L-1 de HNO3 foram utilizadas para extrações
dos metais por ultrassom. Solução de 2,0 mol L-1 HCl foi utilizada para solubilização das
amostras preparadas por via seca.
Soluções estoque de 5,0% (m/v) de lantânio (La) foram preparadas dissolvendo-se
aproximadamente 58,6 g La2O3 99,9% (m/m) (Vetec, Brasil) em 120 mL de HCl
concentrado e diluindo a 1000 mL com água deionizada. Esta solução foi utilizada no preparo
das soluções trabalho e amostras na determinação de Ca e Mg.
Soluções padrão estoque monoelementares de 1000 mg L-1 (SpecSol, Brasil) foram
utilizadas para preparo de soluções intermediárias de Cu (25 e 250 mg L-1), Fe (100 mg L-1 )
Mn (50 e 100 mg L-1), Zn (50 e 100 mg L-1), Ca (250 mg L-1) e Mg (250 mg L-1). Estas
soluções foram armazenadas em frascos de polipropileno (Nalgene, EUA) de alta densidade,
mantidas sob refrigeração e utilizadas para preparo de soluções analíticas de calibração.
As soluções analíticas de calibração multielementares foram preparadas a cada rotina
diária de trabalho por meio de diluição das soluções intermediárias nos intervalos 0,05 - 2,00
mg L-1 Cu, 0,50 - 8,00 mg L-1 Fe, 0,10 - 4,00 mg L-1 Mn, 0,10 - 1,50 mg L-1 Zn, 0,50 - 4,00
mg L-1 Ca e de 0,30 - 4,00 mg L-1 Mg em meio de 1,0% (m/v) La e 1,0% (v/v) de HNO3.
Dois materiais de referência (PIATV 2/2010 e PIATV 5/2010) provenientes da
Embrapa Agropecuária Oeste foram utilizados para verificação da precisão e exatidão dos
procedimentos de decomposição por via úmida em sistema aberto.
A descontaminação dos materiais utilizados no preparo das soluções foi feita
inicialmente com água corrente e posteriormente imersos em banho contendo solução 10%
(v/v) de HNO3 por 24 horas. Em seguida os materiais eram enxaguados abundantemente com
27
água deionizada. Para descontaminação do tubo cilíndrico de teflon®, eram adicionados 10
mL da mistura 1:1 (v/v) de HNO3:H2O e o sistema era submetido ao aquecimento em estufa a
150 oC por 60 minutos. Após resfriamento o tubo era lavado com água deionizada.
4.3 Amostragem e pré-tratamento das amostras
As sementes das espécies oleaginosas crambe (Crambe Hochst abyssinica), niger
(Guizotia abyssinica), canola (Brassica napus L. Brassica rapa L.) e cártamo (Carthamus
tinctorius L.) foram cultivadas na Fazenda Experimental de Ciências Agrárias da
Universidade Federal da Grande Dourados. A propriedade está localizada a uma altitude de
458 m (coordenadas geográficas: latitude 22º 14’S e longitude de 54º 49’W) e apresenta
temperatura média anual de 22 oC e clima, segundo Koppen, mesotérmico úmido sem
estiagem (Cfa). O solo predominate na região é o latossolo vermelho distroférrico (LVdf)
muito argiloso [93] com as seguintes características na camada de 0 – 20 cm: matéria orgânica
= 26,0 g dm-3; pH = 5,4; P = 25,0 mg dm-3; K+ = 8,7 mmolc dm-3; Ca2+ = 36,0 mmolc dm-3;
Mg2+ = 22,0 mmolc dm-3; V = 54%; S - SO42- = 5,6 mg dm-3; granulometria de 644 g kg-1 de
argila, 203 g kg-1 de silte e 152 g kg-1 de areia.
Foram coletadas aproximadamente 1000 g de semente de cada uma das variedades
citadas acima. As amostras foram armazenadas em sacos plásticos identificados e conduzidas
ao Laboratório de Espectrometria e Cromatografia Aplicada para a continuidade dos
trabalhos. Toda semente coletada foi lavada abundantemente com água corrente para remoção
de impurezas, e em seguida submetidas à secagem em estufa a 70 oC por 72 horas. Após
secagem as sementes foram processadas em moinho multi-uso e armazenadas em sacos
plásticos identificados. A Figura 3 ilustra o aspecto das sementes.
Figura 3 - Foto ilustrativa das amostras de semente oleaginosas: (a) crambe, (b) niger, (c)
canola e (d) cártamo moídas em moinho multi-uso.
Fonte: próprio autor.
28
Para desenvolvimento do procedimento de extração por banho de ultrassom, as
sementes moídas foram secas por mais 96 horas e então processadas em peneira de 20 mesh
(0,833 mm de abertura) para uniformização do tamanho de partícula.
4.3.1 Procedimentos de preparo de amostra por via úmida em sistema aberto
Para estabelecer o procedimento de preparo de amostra por via úmida em sistema
aberto em bloco digestor com aquecimento convencional, foram avaliados cinco
procedimentos de digestão de amostra utilizando os materiais de referência PIATV 2/2010 e
PIATV 5/2010. Estes procedimentos envolveram amostras digeridas em triplicata.
Procedimento 1: em 0,2000 g (± 0,0001 g) de amostra adicionou-se 4,5 mL de HCl e 1,5 mL
de HNO3. A mistura contendo amostra + reagentes foi deixada em repouso por 12 horas
(overnight) para pré-digestão. Em seguida as amostras foram submetidas a aquecimento lento
em bloco digestor até 180 ºC com adições de 1,0 mL de HNO3 em 150 °C e 165 °C. As
soluções permaneceram em 180 °C para eliminação dos vapores de NO2 e clareamento da
solução. O tempo total de aquecimento foi de 210 minutos.
Procedimento 2: em 0,2000 g (± 0,0001 g) de amostra adicionou-se 4,0 mL de HNO3 e após
repouso por 12 horas (overnight) a mistura foi submetida a aquecimento lento até 180 ºC com
adições de 1,0 mL de solução 30% (m/v) de H2O2 vagarosamente em 50, 100 e 150 oC. Por
fim elevou-se a temperatura a 180 ºC permanecendo até clareamento da solução. O tempo
total de aquecimento foi de 160 minutos.
Procedimento 3: em 0,2000 g (± 0,0001 g) de amostras adicionou-se 5,0 mL de HNO3
permanecendo em repouso por 12 horas (overnight). No dia seguinte os tubos contendo a
mistura foram submetidos a aquecimento lento até 150 ºC, e então adicionado 1,0 mL de
HClO4. Em seguida, a temperatura foi elevada lentamente até atingir 210 ºC permanecendo
até clareamento da solução. Tempo total de aquecimento foi de 150 minutos.
Procedimento 4: em 0,2000 g (± 0,0001 g) de amostra adicionou-se 4,0 mL de HNO3 e 0,5
mL de HClO4. A mistura foi submetida a aquecimento lento até 210 ºC permanecendo nesta
temperatura por 180 minutos. O tempo total de aquecimento foi de 400 minutos.
29
Procedimento 5: em 0,2000 g (± 0,0001 g) de amostra adicionou-se 5,0 mL de H2SO4,
permanecendo em repouso por 20 minutos. A mistura foi submetida a aquecimento lento até
150 oC com adições de 1,0 mL de HNO3 a cada 50 ºC. Em seguida a temperatura foi elevada à
280 °C permanecendo por 60 minutos. O tempo total de aquecimento foi de 300 minutos.
Os digeridos finais obtidos com os procedimentos 1 - 5 foram filtrados em papel de
filtro (Ø = 150mm e 80 g m2) e transferidos para frascos de polipropileno de 25 mL,
completando-se o volume com água deionizada e mantidos sob refrigeração até análise. Os
brancos amostrais foram preparados pela adição apenas dos reagentes nas proporções
descritas para os procedimentos 1 a 5 nos frascos de reação, estes eram submetidos ao mesmo
tratamento adotado para a digestão, diluição e armazenamento adotado para as amostras
nesses procedimentos.
4.3.2 Procedimentos de preparo de amostra por via úmida em sistema fechado
Para avaliar o procedimento de preparo de amostra por via úmida em sistema fechado,
foi utilizado uma bomba digestora submetida ao aquecimento em estufa. Nos procedimentos 6
– 8 a amostra de niger foi selecionada para o estudo. Estes procedimentos envolveram
amostras digeridas em triplicata.
Procedimento 6: em 0,3000 g (± 0,0001 g) de amostra foram adicionados 4,5 mL de HCl e
3,5 mL de HNO3. Em seguida o sistema de decomposição foi inserido na estufa e submetido a
aquecimento até 150 °C, permanecendo nesta temperatura por 150 minutos.
Procedimento 7: em 0,3000 g (± 0,0001 g) de amostra foram adicionados 6,0 mL de HNO3 e
2,0 mL de HCl. Em seguida, o sistema de decomposição foi inserido na estufa e submetido a
aquecimento até 150 °C, permanecendo nesta temperatura por 150 minutos.
Procedimento 8: em 0,3000 g (± 0,0001 g) de amostra foram adicionados 6,0 mL de HNO3 e
2,0 mL de H2O deionizada. Em seguida, o sistema de decomposição foi inserido na estufa e
submetido a aquecimento até 150 °C, permanecendo nesta temperatura por 150 minutos.
Os digeridos finais obtidos com os procedimentos 6 - 8 foram filtrados em papel de
filtro (Ø = 150mm e 80 g m2) e transferidos para frascos de polipropileno de 25 mL,
30
completando-se o volume com água deionizada e mantidos sob refrigeração até análise. Os
brancos amostrais foram preparados pela adição apenas dos reagentes nas proporções
descritas para os procedimentos 6 a 8 nos frascos de reação, estes eram submetidos ao mesmo
tratamento adotado para a digestão, diluição e armazenamento adotado para as amostras
nesses procedimentos.
4.3.3 Procedimento de preparo de amostra por via seca
Para avaliar a decomposição do material por via seca, foram utilizados um bico de
Bunsen e uma mufla. A necessidade do emprego da queima prévia do material em cadinho de
porcelana com auxílio do bico de Bunsen deve-se ao fato do elevado teor de óleo nas
amostras oleaginosas, e com o aquecimento rápido da mufla ocasiona em perdas apreciáveis
de amostra. Este procedimento envolveu amostras digeridas em triplicata.
Procedimento 9: aproximadamente 0,3000 g (± 0,0001 g) de amostra foi carbonizada em
bico de bunsen por aproximadamente 180 segundos. Em seguida o material foi levado ao
aquecimento em mufla por 180 minutos a 500 oC. As cinzas obtidas foram solubilizadas com
10,0 mL de solução 2,0 mol L-1 de HCl. As soluções foram filtradas e transferidas para frascos
de polipropileno de 25 mL, completando-se o volume com água deionizada e mantidos sob
refrigeração até análise. Para preparo do branco amostral, em um cadinho de porcelana vazio
submetido ao procedimento de queima em mufla como descrito para amostra, eram
adicionados 10 mL de da solução de HCl, posteriormente era filtrado e seu volume
completado a 25,0 mL.
4.3.4 Procedimento de extração assistida por energia ultrassônica
Para avaliar este procedimento foi utilizado um banho de ultrassom operando em 40
kHz com capacidade de 2,8 L. Primeiramente foi feita a identificação do ponto de intensidade
de cavitação do banho de ultrassom pela método da erosão do papel alumínio. Este teste foi
realizado forrando-se o fundo da cuba do banho de ultrassom com papel alumínio. Após
adicionar 1,5 litros de água, o banho de ultrassom foi ligado por 60 segundos.
Além das características relacionadas ao posicionamento dos frascos no interior do
banho de ultrassom, os parâmetros de massa de amostra, tamanho de partícula, temperatura de
31
extração, material do frasco de extração, tipo, concentração e volume de solução extratora têm
influencia direta na eficiência de extração. No entanto, avaliar muitos parâmetros
experimentais requer um planejamento fatorial para melhor orientação das condições
avaliadas. Neste sentido, para a avaliação do procedimento de extração por ultrassom os
parâmetros de concentração da solução extratora e o tempo de extração foram otimizados para
obtenção de máxima eficiência. Este procedimento envolveu extrações realizadas em
triplicata.
Procedimento 10: em 0,3000 g (± 0,0001 g) de amostra eram adicionados 10,0 mL de
solução extratora 0,14; 1,40 e 2,80 mol L-1 de HNO3. Em seguida os frascos de polipropileno
eram posicionados no centro do banho de ultrassm (ponto de maior intensidade de cavitação)
e então submetido a sonicação por 1, 5, 10, 20 e 30 minutos. Os extratos obtidos eram
filtrados e transferidos para frascos de polietileno de 25 mL, completando-se o volume com
água deionizada e mantidos sob refrigeração até análise.
Os brancos de amostra foram preparados pela adição da solução extratora de 0,14;
1,40 ou 2,80 mol L-1 no frasco de reação, que então era submetido a sonicação por 1, 5, 10,
20 e 30 minutos. Posteriormente a solução contida no frasco de reação era filtrada e seu
volume completado para 25,0 mL.
4.4 Otimização de método para a determinação de Cu, Fe, Mn, Zn, Ca e Mg por FAAS
Para determinação dos teores de Cu, Fe, Mn, Zn, Ca e Mg em sementes oleaginosas,
foi inicialmente avaliado o intervalo linear de determinação dos elementos. Para isso, foram
preparadas 19 soluções padrão multielementares em meio de 1,0% (v/v) de HNO3 e 1,0%
(m/v) de La nos seguintes intervalos de concentração: 0,05 - 15,00 mg L-1 para Cu, Fe, Mn e
Zn, e 0,10 - 25,00 mg L-1 para Ca e Mg. Com uma taxa de aspiração fixada em 5,0 mL min-1,
as soluções foram aspiradas para o interior do sistema nebulizador/queimador e os elementos
foram atomizados sob as condições ideais (Tabela 1, pág. 24) de cada elemento e
determinados nos comprimentos de onda principais para Cu, Fe, Mn, Zn e Ca e secundário
para o Mg. Todas as medidas foram feitas com 3 repetições.
A influência da acidez na sensibilidade das curvas analíticas também foi avaliada, uma
vez que preparar soluções padrão com quantidades diferentes de ácido daquelas contidas nas
32
soluções de amostra pode acarretar em taxas de aspiração diferentes, comprometendo a
nebulização das soluções. O teste foi feito preparando-se soluções padrão contendo de 0,10 -
4,00 mg L-1 de Mn em meio de 1,0 – 5,0 – 10,0 – 15,0 e 20% (m/v) de HNO3. As curvas
analíticas obtidas foram interpoladas em forma de gráfico (Micronal OriginPro®) para
comparação da inclinação (sensibilidade).
Análise de materiais de referência (PIATV 2/2010 e PIATV 5/2010), testes de adição
e recuperação de analito foram utilizados para avaliar a exatidão do procedimento de digestão
por via úmida em sistema aberto (procedimento 1). Para os procedimentos de digestão por via
úmida em sistema fechado (procedimento 8), via seca (procedimento 9) e extração assistida
por energia ultrassônica (procedimento 10), a exatidão foi avaliada por meio de testes de
adição e recuperação de analito. A repetibilidade do método foi avaliada por meio do cálculo
do desvio padrão relativo efetuado para o valores de concentração determinados para os
elementos.
Devido os elevados teores de Ca e Mg nas sementes oleaginosas estudadas, foi
necessário uma diluição de 25 vezes das soluções das amostras preparados por via úmida nos
sistemas aberto e fechado, via seca, e por extração assistida por energia ultrassônica. Para os
materiais de referência preparados por via úmida em sistema aberto foi necessária uma
diluição de 100 vezes das soluções de amostra. Todas as soluções diluídas foram preparadas
em meio de 1,0% (m/v) de La.
4.5 Forma de análise dos resultados
Os métodos empregados para a determinação de Cu, Fe, Mn, Zn, Ca e Mg em sementes
oleaginosas alternativas foram avaliados por meio do cálculo dos principais parâmetros de
confiabilidade analítica: sensibilidade, intervalo linear de trabalho, precisão, exatidão,
concentração característica (C0), limites de detecção (LD) e quantificação (LQ) de acordo
com as normas da IUPAC [94] empregando programas como Microsoft Excel® e Microcal
OriginPro® como ferramenta de cálculo de acordo com as equações abaixo:
kC 0044,0
0 1.Eq
33
ksdLD
branco.3 2.Eq k
sdLQbranco.10
3.Eq
onde: k é o coeficiente angular da curva de calibração (sensibilidade analítica), sdbranco é
o desvio padrão para 10 ou mais medidas para o branco analítico da curva de calibração.
Os resultados das determinações, que empregou materiais de referência e testes de
adição e recuperação, foram avaliados por meio de testes estatísticos, e a concordância entre
os valores médios obtidos foi verificada pelo teste-t de Student de acordo com a equação
abaixo [44]. O teste foi aplicado para verificar se existe diferença significativa ao nível de
95% de confiança entre as médias dos resultados obtidos pelos métodos propostos :
Sagrupado = 2)1()1(
21
222
112
nnnsns
4.Eq
tcalc = agrupadoSd
. 21
21 .nn
nn 5.Eq
onde: d é a diferença entre os valores das médias de cada método, s é o desvio padrão
das médias, n é o número de repetições, tcalc é comparado com o ttabelado para n1 + n2 - 2
graus de liberdade, Sagrupado é o desvio-padrão agrupado fazendo uso de ambos os grupos
de dados.
34
5 RESULTADOS E DISCUSSÃO
5.1 Método para determinação de Cu, Fe, Mn, Zn, Ca e Mg em sementes oleaginosa por
FAAS
O teor dos micronutrientes Cu, Fe, Mn e Zn em plantas oleaginosas, assim como nos
mais variados tipos de amostras ambientais, estão na ordem de µg g-1, enquanto que os teores
dos macronutrientes Ca e Mg em mg g-1. Em virtude dessa diferença em concentração, os
teores destes nutrientes são determinados individualmente ou em grupos quando teores são de
mesma grandeza, em frações da amostra digerida ou daquelas submetida a diferentes
diluições. Desse modo ajustam-se as absorbâncias medidas dos analitos aos intervalos lineares
das respectivas curvas analíticas para que a determinação se torne possível.
Para estabelecer o intervalo linear da curva de calibração para a determinação dos
nutrientes propostos, foi necessário efetuar a otimização dos parâmetros instrumentais do
equipamento – vazão do combustível (gás acetileno), vazão do oxidante (ar), ganho da
lâmpada, corrente da lâmpada, tipo de queimador e taxa de aspiração – para que fosse obtido
a máxima sensibilidade nas medidas. Os parâmetros avaliados e otimizados estão descritos na
Tabela 1 (pág. 24).
Após a otimização dos parâmetros instrumentais, foi efetuada uma calibração
multielementar contendo Cu, Fe, Mn e Zn e outra contendo Ca e Mg para estabelecer o
intervalo de resposta linear para cada elemento empregando as linhas atômicas de maior
sensibilidade, conforme descrito na Tabela 1. As curvas de resposta e de calibração estão
ilustradas nas Figuras 4 e 5.
35
Figura 4 - Curvas de resposta para a faixa de concentração avaliada (à esquerda) e
intervalo linear (à direita) estabelecidos para Cu, Fe e Mn.
0 5 10 15
0,0
0,6
1,2
Abs
orbâ
ncia
Cu, mg L-1
0 1 2
0,00
0,09
0,18
Abs
orbâ
ncia
Cu, mg L-1
0 5 10 15
0,0
0,4
0,8
Abs
orbâ
ncia
Fe, mg L-1
0 4 8
0,0
0,2
0,4
A
bsor
bânc
ia
Fe, mg L-1
0 5 10 15
0,0
0,7
1,4
Abs
orbâ
ncia
Mn, mg L-1
0 2 4
0,00
0,25
0,50
Abs
orbâ
ncia
Mn, mg L-1
Fonte: próprio autor.
36
Figura 5 - Curvas de resposta para a faixa de concentração avaliada (à esquerda) e
intervalo linear (à direita) estabelecidos para Zn, Ca e Mg.
0 5 10 15
0,0
0,5
1,0
Abs
orbâ
ncia
Zn, mg L-1
0,00 0,75 1,50
0,0
0,1
0,2
Abs
orbâ
ncia
Zn, mg L-1
0 5 10 15 20 250
1
2
Abs
orbâ
ncia
Ca, mg L-1
0 2 4
0,00
0,75
1,50
A
bsor
bânc
ia
Ca, mg L-1
Fonte: próprio autor.
0 5 10 15 20 250,0
1,2
2,4
Abs
orbâ
ncia
Mg, mg L-1
0 2 4
0,00
0,45
0,90
Abs
orbâ
ncia
Mg, mg L-1
37
Os intervalos lineares (em mg L-1) determinados para os elementos foram: 0,05 –
10,00 (Cu); 0,50 – 8,00 (Fe); 0,10 – 4,0 (Mn); 0,10 – 1,50 (Zn), 0,50 – 4,00 (Ca); 0,30 – 4,00
(Mg) com coeficientes de correlação linear acima de 0,9988 para todos os elementos, desvios
padrões relativos inferiores à 2,9% em todas as medidas e limites de detecção satisfatórios
para a determinação dos elementos em amostras de sementes oleaginosas. A avaliação dos
parâmetros de determinação dos elementos foi feita por meio do cálculo dos principais
parâmetros de confiabilidade analítica e estão descritos na Tabela 2.
Tabela 2 - Parâmetros de confiabilidade analítica relativos à determinação de Cu, Fe, Mn, Zn,
Ca e Mg em sementes oleaginosas por FAAS.
Elemento Sensibiliade (A.L mg-1) R
LD (μg L-1)
LQ (μg L-1)
C0 (μg L-1)
RSD (%)
Cu 0,0755 0,9992 8,0 26,7 58,3 1,2 Fe 0,0476 0,9988 15,0 50,0 92,4 1,4 Mn 0,1222 0,9994 5,0 16,7 36,0 4,1 Zn 0,1229 0,9993 3,0 10,0 35,8 2,0 Ca 0,0214 0,9988 4,0 13,3 205,5 2,9 Mg 0,0137 0,9994 42,0 140,0 320,0 2,6
A: Absorbância; L: litro; mg: miligrama; μg: micrograma
Após a determinação da faixa linear, curvas de calibração contendo 0,0 - 4,0 mg L-1
Mn em meio de diferentes concentrações [1 a 20% (m/v)] de HNO3 foram obtidas. Os
resultados obtidos são ilustrados na Figura 6.
Figura 6 - Avaliação da influência da acidez na sensibilidade da curva analítica para
determinação de Mn nas condições descritas na Tabela 1 (pág. 24).
0 2 40,00
0,12
0,24
1% (m/v) HNO3 5% (m/v) HNO3 10% (m/v) HNO3 15% (m/v) HNO3 20% (m/v) HNO3
Abs
orbâ
ncia
Mn, mg L-1
Fonte: próprio autor.
38
Pode-se obeservar que a inclinação das curvas analíticas (Tabela 3) obtidas em
diferentes meio de HNO3 são muito semelhantes, o que indica que não houve diferença
significativa na sensibilidade entre 1,0 – 20% (m/v) de HNO3. Na Tabela 3 estão descritos os
valores das inclinações obtidas para todas as curvas.
Tabela 3 - Parâmetros analíticos para as curvas analíticas de Mn em concentrações variadas
de HNO3.
HNO3, % (m/v) Sensibilidade R
1 0,05915±0,00032 0,9999
5 0,05879±0,00021 0,9999
10 0,05808±0,00046 0,9998
15 0,05674±0,00038 0,9999 20 0,05406±0,00026 0,9999
A técnica FAAS apresentou grande potencial na determinação conjunta de Cu, Fe,
Mn, Zn, Ca e Mg em sementes oleaginosas. Além de sensibilidade, o método apresentou
limites de detecção e quantificação satisfatórios e baixos valores de desvio padrão relativo
(%RSD). Vale lembrar que as medidas efetuadas no equipamento de FAAS são bastante
rápidas, ou seja, o equipamento consegue fazer a leitura em triplicata para quatro elementos (o
equivalente à 12 medidas individuais) sequencialmente em aproximadamente 90 segundos
sem a necessidade de troca da fonte de radiação.
5.2 Determinação de Cu, Fe, Mn, Zn, Ca e Mg por procedimentos de decomposição de
amostra por via úmida em sistema aberto
Os ácidos inorgânicos oxidantes, o HNO3, HClO4, e H2SO4, são os mais empregados
em procedimentos de decomposição de matéria orgânica por via úmida [14]. O HNO3 e
H2SO4 podem ser utilizados isoladamente, já o HClO4 é utilizado sempre combinado com
outros ácidos devido alta periculosidade de seu uso isolado [14, 16]. Como o HNO3 possui
baixo ponto de ebulição, e o processo de decomposição apenas com H2SO4 é lento, e também
pelo fato da maioria das matrizes serem difíceis de decompor com um único ácido,
combinações entre estes três ácidos são frequentemente empregadas, e também combinações
39
de HNO3 e H2SO4 com H2O2 [14]. Baseado nessas informações, nos primeiros testes de
decomposição por via úmida em sistema aberto, combinações entre HNO3:HCl (procedimento
1), HNO3:H2O2 (procedimento 2), HNO3:HClO4 (procedimento 3 e 4), H2SO4:HNO3
(procedimento 5), e também combinações de HNO3:H2O2 (procedimento 2) foram avaliados
utilizando as amostras de referência PIATV 2/2010 e PIATV 5/2010. Para as combinações
entre HNO3:HClO4 (procedimento 3 e 4) as adições de HClO4 foram realizadas
posteriormente a adição de HNO3, pois o aquecimento do HClO4 isoladamente poderia
aumentar a sua concentração, aumentando consequentemente o risco de explosão [14, 15].
Em todos os procedimentos, as misturas eram levadas a aquecimento lento em
temperatura que permitisse a ebulição controlada da mistura. O tempo de repouso (overnight)
foi adotado nos procedimentos 1, 2 e 3 para facilitar a decomposição do material [14]. Cabe
ressaltar que os procedimentos citados anteriormente apresentavam aquecimento turbulento
sem o repouso prévio, e com isso os vapores gasosos liberados dentro do tubo arrastava parte
da amostra desde o íncio do aquecimento.
Quanto ao nível de dificuldade de realização dos procedimentos de digestão
propostos, os que empregam a mistura HNO3:H2O2 (procedimento 2) e HNO3:HClO4
(procedimento 4) podem ser considerados de maior dificuldade de execução. Para o
procedimento 2, as adições de H2O2 podem ser turbulentas caso não seja feita vagarosamente,
podendo acarretar em perda da amostra. Já para o procedimentos 4, como a mistura
permanece sob aquecimento por tempo elevado deve-se tomar cuidado para não ocorrer a
secagem excessiva das amostras, que pode ocasionar o aumento da concentração de HClO4.
Na Tabela 4 são descritos os resultados obtidos empregando os procedimentos de
preparo de amostra propostos.
40
Tab
ela
4 –
Res
ulta
dos
(méd
ia ±
des
vio
padr
ão) d
a de
term
inaç
ão (n
= 3
) de
Cu, F
e, M
n, Z
n, C
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Mg
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g-1) e
m m
ater
iais
cer
tific
ados
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úm
ida
em si
stem
a ab
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.
Proc
edim
ento
5
nd*
0,12
9 ±
0,00
1
0,79
6 ±
0,00
6
0,01
9 ±
0,00
1
29,2
7 ±
0,32
2,03
± 0
,02
0,06
3 ±
0,01
1
0,10
9 ±
0,00
1
0,16
2 ±
0,00
2
0,01
6 ±
0,00
1
9,63
± 0
,07
2,93
± 0
,10
*nd
- nã
o de
term
inad
o
PIA
TV 0
2/20
10: 0
,006
6
0,00
11 m
g g-1
Cu;
0,1
87
0,0
20 m
g g-1
Fe; 1
,386
0
,141
mg
g-1 M
n; 0
,016
0
,003
mg
g-1 Z
n; 2
4,59
2
,04
mg
g-1 C
a; 2
,27
0,21
mg
g-1 M
g.
PIA
TV 0
5/20
10: 0
,107
0
,014
mg
g-1 C
u; 0
,174
0
,027
mg
g-1 Fe
; 0,3
20
0,0
31 m
g g-1
Mn;
0,0
18
0,0
02 m
g g-1
Zn;
10,
11
0,8
6 m
g g-1
Ca;
3,3
4
0,28
mg
g-1 M
g.
Proc
edim
ento
4
nd*
0,18
7± 0
,002
1,13
7 ±
0,03
1
0,01
8 ±
0,00
1
30,3
7 ±
0,82
2,97
± 0
,11
0,10
3 ±
0,00
3
0,18
6 ±
0,00
3
0,30
5 ±
0,00
6
0,01
6 ±
0,00
1
9,67
± 0
,06
4,28
± 0
,19
Proc
edim
ento
3
nd*
0,17
6 ±
0,00
2
1,12
1 ±
0,00
8
0,00
9 ±
0,00
1
40,0
7 ±
5,79
2,44
± 0
,07
0,08
1 ±
0,00
2
0,18
8 ±
0,01
5
0,24
4 ±
0,01
4
0,00
7 ±
0,00
3
4,99
± 0
,51
2,77
± 0
,02
Proc
edim
ento
2
nd*
0,16
6 ±
0,00
2
1,12
6 ±
0,00
3
0,01
7 ±
0,00
1
34,4
6 ±
0,86
2,96
± 0
,04
0,09
9 ±
0,00
1
0,15
3 ±
0,00
2
0,30
0 ±
0,00
3
0,01
7 ±
0,00
1
9,63
± 0
,02
3,11
± 0
,05
proc
edim
ento
1
nd*
0,16
5 ±
0,00
6
1,45
0 ±
0,00
3
0,02
0 ±
0,00
1
23,1
8 ±
0,21
3
2,34
± 0
,095
0,10
8 ±
0,00
2
0,16
7 ±
0,00
2
0,32
4 ±
0,00
2
0,02
6 ±
0,00
1
10,1
5 ±
0,18
9
3,14
± 0
,175
Cu Fe
Mn
Zn
Ca
Mg
Cu Fe
Mn
Zn
Ca
Mg
Ref
erên
cia
PIA
TV
02/2
010
PIA
TV
05/2
010
41
A faixa linear de trabalho utilizada permitiu a determinação conjunta dos
micronutrientes nas amostras de referência a partir dos digeridos finais obtidos por meio dos
procedimentos de decomposição (1-5), com exceção do Cu na amostra PIATV2/2010 que não
foi detectado. Já para a determinação de Ca e Mg foi necessário efetuar uma diluição (100x)
dos digeridos para atender a faixa linear estabelecida.
Dentre os procedimentos propostos os resultados obtidos para 1 e 4 foram os que
apresentaram a maior concordância com os valores de referência ao nível de 95% de
confiança. No procedimento 1 obeservou-se os menores valores de %RSD, que variaram de
0,21 - 5,57%, enquanto que para o procedimento 4 variaram entre 0,62 – 6,25%. Para os
procedimentos 2, 3, e 5, somente uma parte dos elementos apresentaram resultados
concordantes com os de referência ao nível de 95% de confiança e valores satisfatórios de
%RSD, e desta maneira não serão utilizados para decomposição das amostras.
As diferenças observadas entre os teores determinados e os valores de referência nos
cinco procedimentos propostos podem ser justificadas devido ao tempo excessivo de
decomposição adotado em alguns procedimentos (p. ex. 4 e 5), e também por estes terem sido
feitos em sistema aberto que pode acarretar em perdas de Fe, Mn e Zn por volatilização e
ainda possíveis contaminações.
Diante dos resultados obtidos, o procedimento que emprega a mistura HNO3:HCl
(procedimento 1) foi adotado para a mineralização das amostras oleaginosas, por apresentar
elevada exatidão, tempo de digestão reduzido, simplicidade de execução e baixo custo
relativo.
Após avaliar os procedimentos de preparo de amostra por via úmida em sistema aberto
(bloco digestor) e estabelecer os parâmetros instrumentais do equipamento de FAAS para a
determinação de Cu, Fe, Mn, Zn, Ca e Mg, estudos de adição e recuperação de analito
também foram avaliados utilizando a amostra de canola.
Na Tabela 5, são apresentados os resultados obtidos para os testes de recuperação
realizados com a amostra de canola. As recuperações para os elementos variaram entre 83,96
- 102,5%, mostrando que o método tem valores satisfatórios e que o procedimento de digestão
foi eficiente para a decomposição das amostras oleaginosas.
42
Tabela 5 – Resultados (%) da recuperação de Cu, Fe, Mn, Zn (µg g-1) e Ca e Mg (mg g-1)
para a amostra de canola digerida por via úmida em sistema aberto pelo
procedimento 1.
Elemento Adicionado Determinado Recuperação (%)
Cu 4,00 4,10 ± 0,18 102,5 Fe 50,00 45,91 ± 1,64 91,82
Mn 46,00 44,45 ± 1,03 96,60 Zn 46,00 38,62 ± 1,54 83,96
Ca 3,20 3,15 ± 0,08 98,43 Mg 3,80 3,39 ± 0,28 89,21
Diante dos resultados obtidos, o procedimento proposto foi aplicado para a digestão
das amostras oleaginosas e a Figura 7 mostra o aspecto das amostras após o processo de
decomposição.
Figura 7 – Foto ilustrativa do aspecto das amostras oleaginosas (a) crambe; (b) niger; (c)
cártamo; (d) canola após decomposição pelo procedimento 1.
Fonte: próprio autor.
43
Os teores de Cu, Fe, Mn, Zn, Ca e Mg determinados nas sementes oleaginosas
digeridas pelos procedimento 1 estão descritos na Tabela 6.
Tabela 6 - Resultados (média ± desvio padrão) da determinação (n=3) de Cu, Fe, Mn, Zn (µg
g-1) Ca e Mg (mg g-1) nas amostras oleaginosas decompostas a partir do
procedimento 1 de digestão em sistema aberto.
Amostra Cu Fe Mn Zn Ca Mg
Crambe 5,27 ± 0,24 119,04 ± 3,15 20,12 ± 1,02 40,03 ± 1,00 3,86 ± 0,13 2,07 ± 0,18
Níger 13,62 ± 1,48 343,19 ± 38,38 29,20 ± 1,53 43,51 ± 4,27 3,09 ± 0,07 3,08 ± 0,08
Canola 5,28 ± 0,08 71,32 ± 4,74 49,08 ± 0,49 32,45 ± 1,86 3,50 ± 0,15 3,14 ± 0,06
Cártamo 17,09 ± 0,93 86,09 ± 6,21 20,65 ± 0,21 41,73 ± 2,50 1,13 ± 0,01 2,46 ± 0,12
A faixa linear de trabalho permitiu a determinação conjunta de Cu, Fe, Mn e Zn nos
digeridos das amostras oleaginosas, no entanto para a determinação de Ca e Mg foi feita uma
diluição (25x) dos digeridos para atender a faixa linear estabelecida para esses dois elementos.
Os teores de micronutrientes (µg g-1) variaram de 5,27 ± 0,24 - 17,09 ± 0,93 (Cu),
71,32 ± 4,74 - 343,19 ± 38,38 (Fe), 20,12 ± 1,02 - 49,08 ± 0,49 (Mn), 32,45 ± 1,86 - 43,51 ±
4,27 (Zn), e os de macronutrientes (mg g-1) variaram de 1,13 ± 0,01 - 3,86 ± 0,13 (Ca) e 2,07
± 0,18 - 3,14 ± 0,06 (Mg). Os maiores teores de Cu foram determinados na amostra de
cártamo, Mn e Mg na amostra de canola, Zn e Fe para amostra de niger e Ca na amostra de
crambre. Já os menores teores de Cu, Mg e Mn foram determinados na amostra de crambe, Fe
e Zn na amostra de canola e Ca na amostra de cartamo. Os teores de macro e micronutrientes
em plantas variam em função da composição do solo, da composição dos insumos utilizados
para adubação e também das quantidades requeridas por cada espécie [1, 3], não existindo um
padrão para os resultados obtidos.
Os desvios padrões relativos (n=3) para os elementos variaram de 1,51 - 10,86% (Cu),
2,65 - 11,18% (Fe), 1,00 - 5,23% (Mn), 2,50 - 9,81% (Zn), 0,88 - 4,28% (Ca) e 1,91 – 8,70%
(Mg). A amostra de canola apresentou os menores %RSD para os seis elementos, que
variaram de 1,00 - 5,73%. Enquanto que a amostra de niger foi a que apresentou os maiores
desvios padrões nas determinações que variaram entre 2,26 - 11,18%. Vale ressaltar que o
processo de digestão para a amostra de niger era o mais moroso, e apresentou aspecto menos
límpido ao final, o que pode ter prejudicado a determinação dos elementos.
44
5.3 Determinação de Cu, Fe, Mn, Zn, Ca e Mg por procedimentos de decomposição em
sistema fechado
Na determinação dos elementos utilizando o procedimento de digestão por via úmida
em sistema fechado, o procedimeno 6 foi avaliado e este utilizou mistura dos ácidos
HCl:HNO3 nas proporções (4,5:3,5) iguais ao procedimento 1 em bloco digestor. No entanto
este procedimento não apresentou bons resultados, haja vista o problema de vazamento de
amostra e corrosão da bomba de decomposição, o que dificultou a abertura do sistema ao
término do processo. Na Figura 8 é ilustrada o aspecto do sistema de decomposição por via
úmida em sistema fechado após a decomposição utilizando o procedimento 6.
Figura 8 - Foto ilustrativa do sistema de decomposição após digestão da amostra oleaginosa
utilizando o procedimento 6.
Fonte: próprio autor.
O problema de vazamento da amostra foi contornado realizando a vedação do sistema
com fita de teflon®, como ilustrado na Figura 9. No entanto o problema de corrosão da bomba
de decomposição durante o processo de aquecimento em estufa a 150 oC ainda era observado.
45
Figura 9 - Foto ilustrativa da vedação do tubo de teflon®: (a) vedação interna da tampa; (b)
vedação externa do tubo.
Fonte: próprio autor.
Diante do observado, optou-se por diminuir a quantidade de ácido clorídrico utilizado
no procedimento 6, que era de 4,5 mL para 2,0 mL, e aumentar a quantidade de ácido nítrico
de 3,5 mL para 6,0 mL, de modo que o volume final de reagente permanecesse em 8,0 mL.
Durante a realização do procedimento 7, foi observado que a corrosão da bomba de
decomposição era causada pela presença de ácido clorídrico, mesmo em quantidades
reduzidas. Assim, optou-se por avaliar um procedimento contendo a mistura de 6,0 mL de
HNO3 e 2,0 mL de H2O (procedimento 8). Este procedimento mostrou-se bastante eficiente
para decomposição das amostras, uma vez que ao término do procedimento as amostras
encontravam-se claras e totalmente mineralizadas. A Figura 10 ilustra o aspecto das amostras.
Figura 10 - Foto ilustrativa do sistema de decomposição por via úmida em bomba digestora
contendo as amostras (a) niger e (b) crambe submetidas ao procedimento 8.
Fonte: próprio autor.
46
Outro aspecto relevante é que este procedimento apresentou menor tempo de
decomposição (150 minutos) e menor de consumo de ácidos concentrados (6,0 mL de HNO3)
em relação ao procedimento 1, conduzido em sistema aberto, onde foram necessários 210
minutos para decomposição das amostras e um volume total de 8,0 mL de ácidos
concentrados (4,5 mL de HCl e 3,5 mL de HNO3). A diminuição do tempo de decomposição
ocorre devido o aumento da pressão em procedimentos conduzidos em sistema fechado, o que
permite conduzir a decomposição em temperaturas acima do ponto de ebulição da mistura
[14, 16]. O procedimento 8 também apresentou maior simplicidade de operação, uma vez que
em procedimentos empregando sistema fechado o risco de perda de amostra é minimizado, e a
adição de reagentes é feita apenas antes de proceder o aquecimento, não havendo necessidade
de constante supervisão do operador. Já para o procedimento 1, como é realizado em sistema
aberto pode ocorrer perda de amostra pois o aumento da temperatura pode tornar o
aquecimento da mistura turbulento, havendo necessidade de supervisão constante.
Na Tabela 7, são apresentados os teores de macro- e micronutrientes determinados nas
amostras oleaginosas a partir do procedimento 8. A determinação dos micronutrientes foi
realizada a partir dos digeridos finais, e dos macronutrientes foi necessária diluição dos
extratos (25x).
Tabela 7 - Resultados (média ± desvio padrão) da determinação (n=3) de Cu, Fe, Mn, Zn (µg
g-1) Ca e Mg (mg g-1) nas amostras oleaginosas decompostas a partir do
procedimento 8 de digestão em sistema fechado.
Cu Fe Mn Zn Ca Mg
Crambe 5,05 ± 0,06 117,00 ± 0,74 15,82 ± 0,04 41,60 ± 0,84 4,33 ± 0,16 2,36 ± 0,02
Niger 12,63 ± 0,23 206,33 ± 10,83 28,15 ± 0,18 39,13 ± 1,64 3,59 ± 0,06 2,91 ± 0,08
Canola 3,58 ± 0,25 68,28 ± 1,22 39,60 ± 2,21 32,94 ± 3,14 4,00 ± 0,11 3,27 ± 0,15
Cártamo 13,12 ± 0,19 69,18 ± 2,89 16,87 ± 0,99 38,25 ± 1,05 1,51 ± 0,04 2,46 ± 0,11
Os desvios padrões relativos (n= 3) variaram de 1,19 - 6,98% (Cu); 0,63 - 4,18% (Fe),
0,25 - 5,87% (Mn), 2,02 - 9,53% (Zn), 1,67 - 3,69% (Ca) e 0,85 - 4,59% (Mg). A amostra de
crambe foi a que apresentou os menores valores de RSD% para os elementos, entre 0,25 -
3,69%. Já os maiores RSD% foram obtidos na amostra de canola (1,79 - 9,53%). Os teores de
47
micronutrientes (µg g-1) variaram de 4,59 ± 0,20 - 13,12 ± 0,19 Cu; 69,18 ± 2,89 - 206,90 ±
4,02 Fe; 15,82 ± 0,038 - 39,60 ± 2,21 Mn; 32,94 ± 3,14 - 41,60 ± 0,84 Zn; e os de
macronutrientes (mg g-1) variaram de 1,51 ± 0,04 - 4,33 ± 0,16 Ca e 2,36 ± 0,021 - 3,27 ±
0,15 Mg. Assim como no procedimento 1 os teores mais elevados de Cu foram determinados
na amostra de cártamo, Mn e Mg na amostra de canola e Ca para amostra de crambe. Já o
mais elevado de Fe foi determinado na amostra de niger e de Zn na amostra de crambe. Os
menores teores de Mg e Mn foram determinados na amostra de crambe, Cu, Fe e Zn na
amostra de canola e Ca na amostra de cartamo.
As recuperações (Tabela 8) apresentaram valores satisfatórios para a maioria dos
elementos, acima de 81%, com exceção do Zn, cuja recuperação foi de 77,1%. De forma geral
experimentos conduzidos em sistema fechado apresentam recuperações maiores que para
procedimentos conduzidos em sistema aberto [14, 16, 17, 54]. Para os procedimentos
propostos a situação observada foi contrária, possivelmente isso pode estar relacionado com o
fato da vedação realizada para o procedimento em sistema fechado não ter sido totalmente
eficiente, acarretando em perdas por volatilização.
Tabela 8 – Resultados (%) da recuperação de Cu, Fe, Mn, Zn (µg g-1), Ca e Mg (mg g-1) para
a amostra de canola digerida por via úmida em sistema fechado a partir do
procedimento 8.
Elemento Adicionado Determinado Recuperação, %
Cu 83,00 68,01 ± 2,61 81,93 Fe 67,00 60,96 ± 5,98 91,98
Mn 58,00 51,15 ± 0,94 88,18 Zn 33,00 25,44 ± 0,31 77,09
Ca 1,70 1,55 ± 0,03 91,18 Mg 1,70 1,47 ± 0,06 86,47
5.4 Determinação de Cu, Fe, Mn, Ca e Mg pelo procedimento de decomposição de
amostra por via seca
A combustão por via seca é um dos procedimentos mais simples de decomposição de
amostras orgânicas [14]. Para esse tipo de procedimento, a quantidade de amostra a ser
utilizada é bastante flexível e pode chegar a quantidades maiores que 10 g, de acordo com a
capacidade do recipiente de decomposição [4, 14, 16, 44]. As temperaturas de decomposição
48
normalmente variam entre 450 - 550 oC, e o tempo de combustão para obtenção de resíduo na
forma de cinzas varia de acordo com a matriz da amostra [14, 16].
Para o desenvolvimento do procedimento de preparo de amostra por via seca, a massa
aproximada de 0,3000 g (± 0,0001 g) e a temperatura de 500 oC foram utilizadas para ínicio
dos testes. Os testes iniciais de combustão por via seca foram feitos sem a prévia
carbonização das amostras em bico de Bunsen, o que ocasionava perda de amostra devido o
elevado teor de óleo, e que provocava um aquecimento turbulento da amostra no cadinho de
porcelana. As demais combustões foram realizadas com carbonização prévia em bico de
Bunsen até atingir o aspecto ilustrado na Figura 11. Somente após esta etapa, as amostras
eram submetidas à decomposição em mufla.
Figura 11 - Foto ilustrativa do cadinho de porcelana contendo a amotra de niger após queima
em bico de Bunsen por 180 segundos. Massa inicial de aproximadamente 0,3000
g.
Fonte: próprio autor.
O tempo de decomposição em mufla foi otimizado observando-se o aspecto da
amostra ao término da combustão. Foram avaliados tempos de combustão de 120, 150 e 180
minutos, até obtenção de resíduos de cinzas com aspecto claro como ilustrado na Figura 12.
49
Figura 12 - Foto ilustrativa dos cadinhos de porcelana contendo as amostras de (a) crambe,
(b) niger, (c) canola, (d) cártamo após decomposição em mufla a 500 oC por 180
minutos. Massa inicial de aproximadamente 0,3000 g.
Fonte: próprio autor.
As cinzas obtidas foram solubilizadas com solução de 2,0 mol L-1 HCl e filtradas para
remoção de material insolúvel (Figura 13). Em procedimentos de decomposição por via seca é
comum a existência de material sólido residual após a etapa de dissolução das cinzas, pois
alguns produtos de decomposições por via seca podem ser de difícil dissolução, sendo esta
uma das desvantagens deste tipo de procedimento [14].
Figura 13 - Foto ilustrativa do papel filtro após processo de filtração das soluções de amostra
obtidas a partir da solubilização das cinzas de (a) crambe, (b) niger, (c) canola,
(d) cártamo com solução 2,0 mol L-1 HCl.
Fonte: próprio autor.
50
Após a otimização do procedimento de decomposição por via seca, foi feita a
determinação dos micronutrientes nas soluções finais de amostra e de Ca e Mg em soluções
diluídas (25x) como nos demais procedimentos. Na Tabela 9 são descritos os resultados
obtidos para determinação dos elementos a partir do procedimento de decomposição por via
seca.
Tabela 9 - Resultados (média ± desvio padrão) da determinação (n= 3) de Cu, Fe, Mn, Zn (µg
g-1) e Ca e Mg (mg g-1) nas amostras oleaginosas decompostas a partir do
procedimento de digestão por via seca.
Amostra Cu Fe Mn Zn Ca Mg
Crambe 4,79 ± 0,02 91,98 ± 1,88 15,54 ± 0,32 62,09 ± 0,46 4,21 ± 0,09 2,09 ± 0,17
Niger 13,35 ± 0,31 123,63 ± 2,26 29,78 ± 0,33 56,62 ± 1,51 3,05 ± 0,23 2,54 ± 0,07
Canola 4,61 ± 0,37 49,98 ± 1,25 50,55 ± 1,45 67,39 ± 5,68 4,32 ± 0,05 2,97 ± 0,06
Cártamo 18,01 ± 0,44 70,47 ± 1,75 22,61 ± 0,45 66,43 ± 1,15 1,23 ± 0,04 2,13 ± 0,06
Todos os resultados obtidos apresentaram desvios padrão relativos (n= 3) inferiores
8,13% para todos os elementos, variando entre 0,42 - 8,00% (Cu); 1,83 - 2,50% (Fe); 1,11 -
2,87% (Mn); 0,74 - 1,73% (Zn); 1,16 - 7,54% (Ca) e 2,02 - 8,13 % (Mg).
Os teores de micronutrientes (µg g-1) variaram de 4,79 ± 0,02 - 18,01 ± 0,44 Cu; 49,98
± 1,25 - 123,63 ± 2,26 Fe; 15,54 ± 0,32 - 50,55 ± 1,45 Mn; 56,62 ± 1,51 - 67,39 ± 5,68 Zn; e
de Ca e Mg (mg g-1) variaram de 1,23 ± 0,04 - 4,32 ± 0,05 e 2,09 ± 0,17 - 2,97 ± 0,06,
respectivamente.
Outra desvantagem de procedimentos de decomposição por via seca pode ser
observada com a perda de analito devido a volatilização destes em função da temperatura de
decomposição, e também devido a formação de produtos insolúveis em ácidos diluídos [14,
16]. Esse aspecto foi avaliado a partir de testes de adição e recuperação, que apresentaram
valores variando entre 81,72- 98,88% (Tabela 10).
51
Tabela 10 – Resultados (%) da recuperação (n= 3) de Cu, Fe, Mn, Zn (µg g-1), Ca e Mg (mg
g-1) utilizando a amostra de canola e o procedimento de digestão por via seca.
Elemento Adicionado Determinado Recuperação, %
Cu 80,00 72,36 ± 0,65 90,45
Fe 80,00 65,38 ± 1,17 81,72
Mn 80,00 79,11 ± 3,37 98,88 Zn 16,00 14,73 ± 0,82 92,06
Ca 0,60 0,57 ± 0,03 95,00 Mg 0,60 0,55 ± 0,04 91,66
5.5 Determinação de Cu, Fe, Mn, Ca e Mg utilizando de procedimento de extração por
energia ultrassônica
A ocorrência do fenômeno de cavitação gerado em líquidos expostos a ondas
ultrassônicas é conhecido como efeito mecânico e possibilita a solubilização de amostras e a
extração de substâncias inorgânicas e orgânicas de matrizes sólidas, quando sistemas líquido-
sólidos são irradiados [14, 22, 23]. No entanto, o efeito de cavitação em banhos ultrassônicos
não é homogêneo, e pode variar em função das dimensões e da posição do tubo no interior do
banho de ultrassom [24, 49]. Por esse motivo, é muito importante investigar os pontos de
maior intensidade de cavitação em banhos de ultrassom.
Neste trabalho, o ponto de maior intensidade de cavitação foi determinado pelo
método da erosão do papel alumínio. Neste teste as regiões de maior perfuração indicam os
pontos onde o efeito de cavitação é mais intenso, permitindo ao operador posicionar os
frascos de extração nestes pontos [14]. Os resultados obtidos são ilustrados na Figura 14.
52
Figura 14 - Foto ilustrativa do teste da erosão com papel alumínio para identificação do ponto
de maior intensidade de cavitação após 60 segundos: (a) papel alumínio antes da
realização do teste de erosão; (b) e (c) papel alumínio após a realização do teste;
(d) tubo de extração posicionado no ponto de maior intensidade de cavitação.
Fonte: próprio autor.
Ao término do teste, foram visualizados diversos pontos perfurados na folha de papel
alumínio, sendo possível identificar três regiões de maior perfuração. Soriano [98], ao realizar
o teste da erosão da folha de papel alumínio em um banho equipado com dois transdutores
piezoelétricos identificou três pontos de maior intensidade de cavitação: dois desses
localizados exatamente sobre os transdutores piezoelétricos e o terceiro localizado entre os
dois transdutores. Nascentes [50] ao caracterizar diferentes banhos ultrassônicos pelo método
colorimétrico da formação I2 pela irradiação de uma solução de KI com ondas ultrassônicas,
verificou que o ponto médio localizado entre os dois transdutores piezoelétricos apresenta a
maior intensidade ultrassônica.
O equipamento utilizado para desenvolvimento do procedimento de extração é
equipado com dois transdutores piezoelétricos, e os resultados obtidos estão em concordância
53
com as observações relatadas por Nascentes [50] e Soriano [95]. Baseado neste teste, o ponto
central do banho de ultrassom, indicado na Figura 14b e 14c, foi escolhido para ser utilizado
nas extrações.
O volume de água e a quantidade de frascos utilizados nos procedimentos de extração
por energia ultrassônica influenciam a eficiência da extração [14, 22, 23, 50]. Para evitar estes
problemas, o volume de água no banho foi fixado em 1,5 litros, e substituido a cada extração.
Todas as extrações foram realizadas individualmente em frascos de polipropileno como
ilustrado na Figura 14d.
Definido o posicionamento do tubo no interior do banho de ultrassom, os testes
envolvendo a avaliação dos parâmentros experimentais foram iniciados. Muitos trabalhos
descrevem que o tamanho de partícula, a natureza e concentração da solução extratora, o
tempo de extração, o volume da solução extratora, a massa de amostra e a temperatura de
extração são parâmetros que influenciam na eficiência de extração. No entanto, os parâmetros
tamanho de partícula, natureza e concentração da solução extratora e tempo de extração são as
variáveis que apresentam efeito mais pronunciado sobre a eficiência do procedimento [25, 26,
49, 50, 78, 96].
Soluções diluídas de ácido nítrico são soluções extratoras mais utilizadas em
procedimentos de extração de espécies inorgânicas por ondas ultrassônicas [22, 23, 97]. As
concentrações das soluções extratoras podem chegar até 50% (v/v) em função da matriz [97].
Neste sentido, não há necessidade de se destruir a matriz da amostra para a disponibilização
do analito, como é o objetivo de uma digestão. Na extração, a intenção é de apenas lixiviar o
metal de interesse da matriz da amostra através da quebra de ligações químicas.
Neste trabalho os parâmetros concentração da solução extratora e tempo de extração
foram avaliados para se obter a máxima eficiência de extração de Cu, Fe, Mn, Zn, Ca e Mg
nas sementes oleaginosas estudadas. Para otimização desses parâmetros, massa de amostra,
volume de solução extratora e temperatura de extração foram fixados em aproximadamente
0,3000 g , 10,0 mL e 25oC, respectivamente, em todas os procedimentos.
Soluções de ácido nítrico nas concentrações de 0,14 - 1,40 - 2,80 - 5,60 e 7,00 mol L-1
foram inicialmente avaliadas por um período de 10 minutos utilizando a amostra de crambe.
Ao término da extração, as amostras foram filtradas e os volumes completados para 25 mL.
Os extratos finais foram aspirados pelo sistema nebulizador/queimador do espectrômetro de
absorção atômica para avaliar a influência da viscosidade da solução na taxa de aspiração.
Para as soluções contendo 0,14 - 2,80 mol L-1 HNO3, a taxa de aspiração permanece em 5,0
54
mL min-1, a mesma quando é aspirada uma solução contendo apenas água deionizada. Para as
soluções amostra contendo 5,60 e 7,00 mol L-1 HNO3 observou-se uma diminuição na taxa de
aspiração para 4,0 mL min-1 devido o aumento da viscosidade da solução provocado pelo
aumento da acide. Como as soluções padrão contendo os elementos de interesse eram
preparadas em meio aquoso e aspiradas a uma taxa de 5,0 mL min-1, as soluções contendo
5,60 e 7,00 mol L-1 de ácido nítrico não puderam ser utilizadas neste procedimento de preparo
de amostra. Portanto, para a continuidade dos trabalhos apenas as soluções contendo 0,14;
1,40 e 2,8 mol L-1 HNO3 foram avaliadas.
Na Tabela 11 estão descritos os teores obtidos para os elementos utilizando soluções
extratoras de ácido nítrico em diferentes concentrações.
Tabela 11 – Influência da concentração de ácido nírico na determinação (n= 3) de Cu, Fe,
Mn, Zn (µg g-1), Ca e Mg (mg g-1) na amostra de crambe utilizando tempo de
extração de 10 minutos.
Elemento HNO3
0,14 mol L-1 1,40 mol L-1 2,80 mol L-1
Cu 2,53 ± 0,24 2,95 ± 0,31 3,07 ± 0,13
Fe 32,42 ± 1,39 53,42 ± 1,65 59,46 ± 1,05 Mn 18,32 ± 0,13 17,53 ± 1,30 17,59 ± 0,17
Zn 56,98 ± 2,36 54,43 ± 2,72 58,18 ± 2,03
Ca 3,31 ± 0,16 3,55 ± 0,25 3,35 ± 0,10
Mg 2,00 ± 0,15 2,15 ± 0,07 1,86 ± 0,08
A utilização de soluções de ácido nítrico mais concentrado não ofereceu melhorias
significativas na eficiência da extração de metais. De acordo com os resultados verificou-se
que a dependência entre a concentração da solução de ácido nítrico e a extração do analito foi
significativa apenas para a determinação de Cu e Fe, cujo teor extraído aumentou em 21% e
81%, respectivamente.
A natureza da solução extratora, ou seja, a concentração do ácido é essencial no
processo de extração dos metais, uma vez que o íon H+ deve ser responsável pelo
deslocamento dos íons metálicos presentes na matriz sólida da amostra [98]. Adicionalmente,
a natureza do ácido empregado também pode exercer um papel importante, uma vez que o seu
poder oxidante pode auxiliar na oxidação da amostra, liberando mais facilmente os íons
55
metálicos para a solução. De acordo com os resultados obtidos, optou-se por dar continuidade
dos trabalhos utilizando a solução de 1,40 mol L-1 HNO3, uma vez que a solução 2,80 mol L-1
HNO3 não aumentou significativamente os teores para os elementos.
Além da concentração da solução extratora, o tempo de extração também foi avaliado.
Tempos de extração em procedimentos de preparo de amostra em banho de ultrassom para a
determinação de espécies inorgânicas dependem da matriz de amostra e podem variar de
minutos à horas [101]. Desta maneira, optou-se por investigar os tempos de 1, 5, 10, 20 e 30
minutos para avaliar o procedimento de extração por banho de ultrassom. Os resultados
obtidos são descritos nas Tabela 12.
Tabela 12 - Influência do tempo de extração na determinação (n= 3) de Cu, Fe, Mn, Zn (µg
g-1), Ca e Mg (mg g-1) na amostra de crambe utilizando solução 1,40 mol L-1 de
ácido nítrico.
Elemento Tempo
1 minuto 5 minutos 10 minutos 20 minutos 30 minutos
Cu 2,23 ± 0,02 2,77 ± 0,24 2,95 ± 0,31 2,88 ± 0,10 3,03 ± 0,10
Fe 35,25 ± 2,40 42,34 ± 2,40 53,42 ± 1,65 57,26 ± 1,29 63,32 ± 0,23
Mn 15,96 ± 0,64 15,79 ± 0,79 17,53 ± 1,30 17,25 ± 0,17 17,90 ± 1,05 Zn 45,18 ± 0,42 46,25 ± 4,27 54,43 ± 2,72 57,12 ± 1,41 57,98 ± 3,59
Ca 3,60 ± 0,24 3,61 ± 0,06 3,55 ± 0,25 3,34 ± 0,01 3,42 ± 0,24
Mg 2,18 ± 0,19 2,15 ± 0,15 2,15 ± 0,07 1,84 ± 0,07 1,92 ± 0,17
Para os tempos de extração avaliados, observou-se um aumento na eficiência de
extração até 10 minutos, no entanto o mesmo não ocorreu de forma significativa entre 10 e 30
minutos, exceto para Fe e Zn conforme Tabela 12. Diante dos resultados apresentados,
adotou-se o tempo de extração de 10 minutos para a continuidade dos trabalhos. Desta
maneira, o procedimento de extração em banho de ultrassom foi empregado em testes de
adição e recuperação de analito utilizando os seguintes parâmetros: massas de 0,3000 g, 10,0
mL de solução extratora de 1,40 mol L-1 HNO3 e tempo de extração de 10 minutos. Os
resultados são apresentados na Tabela 13.
56
Tabela 13 - Resultados (%) da recuperação (n= 3) de Cu, Fe, Mn, Zn (µg g-1), Ca e Mg (mg
g-1) para a amostra de canola submetida ao procedimento de extração em banho de
ultrassom empregando os parâmetros estabelecidos.
Elemento Adicionado Determinado Recuperação (%)
Cu 4,00 3,82 ± 0,37 95,50 Fe 50,00 51,52 ± 0,71 103,00
Mn 50,00 44,26 ± 2,10 88,52 Zn 50,00 48,02 ± 0,16 96,00
Ca 3,30 3,73 ± 0,18 113,03 Mg 3,30 2,79 ± 0,10 84,54
Podemos observar na Tabela 13 que os valores de recuperação variaram entre 84,04 -
113,03% dentre os 6 elementos, mostrando que o método tem boa exatidão e precisão.
Após estabelecer o procedimento experimentais que fornecesse a maior eficiência de
extração dos metais utilizando banho de ultrassom, o método foi aplicado para deteminar Cu,
Fen, Mn, Zn, Ca e Mg nas amostras oleaginosas e os resultados estão descritos nas Tabelas
14.
Os resultados obtidos para Cu, Fe, Mn, Zn, Ca e Mg por FAAS utilizando extração em
banho de ultrassom foram comparados com aqueles determinados pelo procedimento 1
(Tabela 6, pág. 43) para avaliar a eficiência da extração de acordo com a equação abaixo e
estão descritos na Tabela 14.
100(%) xTTEficiência
dig
ext 6.Eq
onde Text é o teor do analito determinado pelo procedimento de extração por ultrassom, e Tdig é
o teor do analito determinado pelo procedimento 1 de digestão em sistema aberto.
57
Tabela 14 - Resultados (média ± desvio padrão) da determinação (n= 3) de Cu, Fe, Mn, Zn
(µg g-1), Ca e Mg (mg g-1) na amostra de crambe, niger, canola e cártamo por
FAAS submetida a extração em banho ultrassom utilizando os procedimento
estabelecidos.
Amostra Elemento Procedimento 1 Extração Ultrassom
Teor Eficiência (%)
Crambe Cu 5,27 ± 0,24 2,95 ± 0,31 55,97 Fe 119,04 ± 3,15 53,42 ± 1,65 44,87
Mn 20,12 ± 1,02 17,53 ± 1,30 87,13 Zn 40,03 ± 1,00 54,43 ± 2,72 136,97
Ca 3,86 ± 0,13 3,55 ± 0,25 91,96 Mg 2,07 ± 0,18 2,15 ± 0,07 103,86
Niger Cu 13,62 ± 1,48 12,43 ± 0,29 91,26 Fe 343,19 ± 38,38 53,08 ± 0,11 15,47
Mn 29,20 ± 1,53 29,52 ± 1,90 101,10 Zn 43,51 ± 4,27 59,95 ± 6,98 137,78
Ca 3,09 ± 0,07 3,09 ± 0,01 100,00 Mg 3,08 ± 0,08 3,19 ± 0,03 103,57
Canola Cu 5,28 ± 0,08 4,59 ± 0,21 86,93
Fe 71,32 ± 4,74 46,59 ± 1,76 65,32 Mn 49,08 ± 0,49 47,97 ± 0,86 97,74
Zn 32,45 ± 1,86 59,43 ± 2,00 183,14 Ca 3,50 ± 0,15 3,74 ± 0,01 106,86
Mg 3,14 ± 0,08 2,52 ± 0,03 80,25
Cártamo Cu 17,09 ± 0,93 14,65 ± 0,79 85,72
Fe 86,09 ± 6,21 44,80 ± 3,96 52,03 Mn 20,65 ± 0,21 21,27 ± 0,40 103,00
Zn 41,73 ± 2,50 59,10 ± 1,24 141,62 Ca 1,13 ± 0,01 0,86 ± 0,04 76,10
Mg 2,46 ± 0,12 1,82 ± 0,06 73,98
58
A eficiência de extração para os elementos variaram entre 55,97 – 91,26% Cu; 15,47 -
65,32% Fe; 87,13 - 103,00% Mn; 76,10 - 106,86% Ca e 73,98 - 103,86 Mg nas amostras.
Para o micronutriente Zn, os valores de eficiência de extração variaram de 136,97 – 183,14%.
Estes valores estão muito acima daqueles obtidos por via úmida em sistema aberto
(procedimento 1). No entanto, se os resultados obtidos pela extração por ultrassom
(procedimento 10) forem comparados com aqueles obtidos por via seca (procedimento 9), os
valoeres de eficiência de extração variam de 87,66 - 105,88%. De forma geral os valoers de
eficiências de extração (%) mais satisfatórios foram obtidos para Ca, Mg e Mn em todas as
amostras e as menores para Cu e Fe. Todos os resultados foram obtidos com desvios padrões
relativos inferiores à 11,64 %, variando entre 2,33 – 10,51% (Cu); 0,21 - 8,84% (Fe); 1,79 –
7,41% (Mn); 2,10 – 11,64% (Zn); 0,27 - 7,04% (Ca) e 0,94 - 3,29% (Mg).
5.6 Avaliação estatística dos procedimentos de preparo de amostra propostos
Para estabelecer o nível de similaridade entre os teores obtidos para Cu, Fe, Mn, Zn,
Ca e Mg nas semestes oleaginosas utilizando procedimentos de preparo de amostra
empregando a digestão por via úmida (em sistema fechado e aberto), via seca (calcinação em
bico de Bulsen e mufla) e extração por ondas ultrassônicas, os resultados foram agrupados e
estão descritos na Tabela 15.
59
Tabela 15 - Resultados (média ± desvio padrão) comparativos para a determinação (n= 3) de
Cu, Fe, Mn, Zn (µg g-1), Ca e Mg (mg g-1) em sementes oleaginosas por FAAS
empregando os procedimentos 1 (via úmida em sistema aberto), 8 (via úmida em
sistema fechado), 9 (via seca) e 10 (extração por banho de ultrassom).
Procedimento Crambe
Cu Fe Mn Zn Ca Mg
1 5,27 ± 0,24 119,04 ± 3,15 20,12 ± 1,02 40,03 ± 1,00 3,86 ± 0,13 2,07 ± 0,18
8 5,05 ± 0,06 117,00 ± 0,74 15,82 ± 0,04 41,60 ± 0,84 4,33 ± 0,16 2,36 ± 0,02
9 4,79 ± 0,02 91,98 ± 1,88 15,54 ± 0,32 62,09 ± 0,46 4,21± 0,09 2,09 ± 0,17
10 2,95 ± 0,31 53,42 ± 1,65 17,53 ± 1,30 54,43 ± 2,72 3,55 ± 0,25 2,15 ± 0,07
Procedimento Niger
Cu Fe Mn Zn Ca Mg
1 13,62 ± 1,48 343,19 ± 38,38 29,20 ± 1,53 43,51 ± 4,27 3,09 ± 0,07 3,08 ± 0,08
8 12,63 ± 0,23 206,33 ± 10,83 28,15 ± 0,18 39,13 ± 1,64 3,59 ± 0,06 2,91 ± 0,08
9 13,35 ± 0,31 123,63 ± 2,26 29,78 ± 0,33 56,62 ± 1,51 3,05 ± 0,23 2,54 ± 0,07
10 12,43 ± 0,29 53,08 ± 0,11 29,52 ± 1,90 59,95 ± 6,98 3,09 ± 0,01 3,19 ± 0,03
Procedimento Canola
Cu Fe Mn Zn Ca Mg
1 5,28 ± 0,08 71,32 ± 4,74 49,08 ± 0,49 32,45±1,86 3,50±0,15 3,14±0,06
8 3,58 ± 0,25 68,28 ± 1,22 39,60 ± 2,21 32,94±3,14 4,00±0,11 3,27±0,15
9 4,61 ± 0,37 49,98 ± 1,25 50,55 ± 1,45 67,39 ± 5,68 4,32±0,05 2,97±0,06
10 4,59 ± 0,21 46,59 ± 1,76 47,97 ± 0,86 59,43 ± 2,00 3,74 ± 0,01 2,52 ± 0,03
Procedimento Cártamo
Cu Fe Mn Zn Ca Mg
1 17,09 ± 0,93 86,09 ± 6,21 20,65 ± 0,21 41,73 ± 2,50 1,13 ± 0,01 2,46 ± 0,12
8 13,12 ± 0,19 69,18 ± 2,89 16,87 ± 0,99 38,25 ± 1,05 1,51 ± 0,04 2,46 ± 0,11
9 18,01± 0,44 70,47 ± 1,75 22,61 ± 0,45 66,43 ± 1,15 1,23 ± 0,04 2,13 ± 0,06
10 14,65 ± 0,79 44,80 ± 3,96 21,27 ± 0,40 59,10 ± 1,29 0,86 ± 0,04 1,82 ± 0,06
60
O teste-t de Student foi aplicado para comparar os resultados obtidos para os
procedimentos 8 (sistema fechado), 9 (via seca) e 10 (extração por banho de ultrassom) com
aqueles obtidos pelo procedimento 1 (sistema aberto) e verificar o nível de concordância entre
os valores médios para n1 + n2 - 2 graus de liberdade ao nível de 95% de confiança. As
Tabelas 16, 17 e 18 mostram os resultados obtidos entre os procedimentos.
Tabela 16 - Resultados de tcalculado e ttabelado para n1 + n2 - 2 graus de liberdade (teste-t de
Student) obtidos por meio da comparação estatística entre os procedimentos 1
(via úmida em sistema aberto) e procedimento 8 (sistema fechado).
Elemento Crambe Niger Canola Cártamo
ttabelado tcalculado
Cu 1,5403 1,1448 11,2176 7,2442
2,776
Fe 3,0600 5,9442 1,0758 4,2760
Mn 7,2967 1,1805 7,2536 6,4693
Zn 2,0822 1,6585 0,2325 2,2229
Ca 3,9488 9,6607 4,6558 14,5866
Mg 2,7717 2,6518 1,3937 0
A partir dos valores de tcalculado apresentados na Tabela 16, pode-se observar que os
procedimentos 1 e 8 não apresentam diferença significativa ao nível de 95% de confiança
apenas para de Zn e Mg entre os resultados obtidos para as amostras empregando os
procedimentos mencionados, uma vez que os valores de tcalculado são menores que de ttabelado. Em
outras palavras, os resultados obtidos para Zn e Mg nas amostras pelos procedimentos por via
úmida em sistema aberto (1) e sistema fechado (8) são concordantes entre si ao nível de 95% de
confiança. No outro extremo, todos os valores de tcalculado obtidos para Ca nas amotras foram
superiores ao valor do ttabelado ao nível de 95% de confiança. Isso quer dizer que os valores
determinados para Ca nas amostras oleaginosas pelos procedimentos 1 e 8 são diferentes. Para
os outros elementos, os resultados demonstraram diferença significativa – ao nível de 95% de
confiança – entre os resultados obtidos na determinação de Mn para os procedimento 1 e 8 para
as amostras de crambe, canola e cártamo, na determinação de Cu para as amostras de canola e
cártamo, e na determinação de Fe para a amostra de crambe, canola e cártamo.
61
Tabela 17 - Resultados de tcalculado e ttabelado para n1 + n2 - 2 graus de liberdade (teste-t de
Student) obtidos por meio da comparação estatística entre os procedimentos 1 (via
úmida em sistema aberto) e procedimento 9 (via seca).
Elemento Crambe Niger Canola Cártamo ttabelado
tcalculado
Cu 2,6612 0,3093 14,0728 1,5488
2,776
Fe 12,7766 9,8919 7,5401 4,1933
Mn 7,4206 0,6529 1,6635 2,2414
Zn 34,7126 5,0135 10,1255 15,5466
Ca 2,5414 0,2881 8,7635 1,7234
Mg 0,1399 8,7986 1,4101 2,6421
A partir dos valores de tcalculado apresentados na Tabela 17, pode-se observar que todos
os valores obtidos pelo teste-t de Student para Fe e Zn entre os procedimentos 1 e 9
apresentam diferença significativa ao nível de 95% de confiança, uma vez que os valores de
tcalculado são maiores que de ttabelado. Ou seja, os valores obtidos para estes elementos são
diferentes quando os procedimentos de digestão por via úmida em sistema aberto e o por via
seca são empregados como procedimentos de preparo de amostra. Para os demais elementos,
os resultados obtidos para Cu, Mn, Ca e Mg entre os procedimentos 1 e 9 diferem entre si –
ao nível de 95% de confiança - apenas para as amostras oleaginosas canola, crambe, canola e
niger, respectivamente.
62
Tabela 18 - Resultados de tcalculado e ttabelado para n1 + n2 - 2 graus de liberdade (teste-t de
Student) obtidos por meio da comparação estatística entre os procedimentos 1
(via úmida em sistema aberto) e procedimento 10 (extração por banho de
ultrassom).
Elemento Crambe Niger Canola Cártamo ttabelado
tcalculado
Cu 10,2497 1,3667 2,6454 2,5145
2,776
Fe 31,9627 13,0923 8,4715 11,5134
Mn 2,7149 0,4189 2,3819 2,3770
Zn 8,6065 2,7751 22,1578 10,7810
Ca 1,9055 0 2,7206 5,1395
Mg 0,7174 2,2299 3,2247 8,2627
O teste-t de Student aplicado para comparação dos valores médios de concentração
obtidos para Cu, Fe, Mn, Zn, Ca e Mg nas amostras oleaginosas empregando os procedimentos
1 e 10 (Tabela 18) revelou o maior nível de significância entre os resultados obtidos. O teste
revelou significância – ao nível de 95% de confiança – para aproximadamente 59% dos
resultados. Um valor ligeiramente superior aos 50% de valores concordantes observados na
comparação entre o procedimento 1 com o 8 (Tabela 16) e com o 9 (Tabela 17). Os valores de
tcalculado apresentados na Tabela 16 mostram que os procedimentos 1 e 10 não apresentam
diferença significativa ao nível de 95% de confiança para a determinação de Mn se qualquer
um dos dois procedimentos de preparo de amostra for utilizado, haja vista os valores inferiores
de tcalculado em relação aos de ttabelado. De maneira diferente, todos os valores de tcalculado para Fe
são superiores ao nível de 95% de confiança do valor ttabelado, ou seja, os teores de Fe
determinados nas amostras de crambe, niger, canola e cártamo são diferentes quando utilizado
os procedimentos de preparo de amostra por via úmida em sistema aberto e a extração por
banho de ultrassom. Para os demais elementos, os resultados demonstraram diferença
significativa – ao nível de 95% de confiança – entre os resultados obtidos utilizando os
procedimentos de preparo de amostra 1 e 10 na determinação de Cu para para a amostra de
crambe, na determinação de Zn para as amostras de crambe, canola e cártamo, e na
determinação de Ca e Mg para as amostras de cártamo.
63
6. CONDIDERAÇÕES FINAIS
O elevado teor de óleo contido nas sementes fez com que o processo de secagem dos
grãos fosse feito por um período maior para o procedimento de extração por ondas
ultrassônicas se comparado com o tempo de secagem adotado para os outros procedimentos
avaliados.
Sensibilidade, coeficientes de correlação relativos, limite de detecção e de
quantificação, concentrações característricas e desvios padrão relativos (%RSD) satisfatórios
foram obtidos para a determinação multielementar de Cu, Fe, Mn, Zn, Ca e Mg em sementes
oleaginosas por espectrometria de absorção atômica em chama.
Nos procedimentos de preparo de amostra propostos, aquele desenvolvido por via
úmida em sistema aberto apresentou valores de recuperação entre 82,75 - 102,5% e RSD
inferiores a 11,20% para todos os elementos, mostrando que o procedimento tem boa precisão
e exatidão. Para o procedimento de preparo de amostra por via úmida em sistema fechado, as
recuperações (77,09 - 91,88%) foram ligeiramente inferiores quando comparadas com o
procedimento por via úmida em sistema aberto. Mesmo assim, os desvios padrão relativos
foram inferiores a 9,53%. Algumas vantagens como consumo reduzido de ácidos
concentrados, menor tempo de digestão e simplicidade de operação foram algumas vantagens
observadas para este procedimento de preparo de amostra quando comparado com o
procedimento por via úmida em sistema aberto.
O procedimento de preparo de amostra por via seca apresentou recuperações entre 81 -
99% com desvios padrão relativos inferiores a 10,51%. Vantagens como simplicidade de
operação e menor consumo de reagentes também foram observadas para este procedimento.
No entanto a queima prévia do material oleaginoso em bico de Bulsen é uma etapa
indispensável.
No procedimento de extração em banho de ultrassom, os teores determinados para Cu,
Fe, Mn, Zn, Ca e Mg foram comparadas com aqueles obtidos por via úmida em sistema
aberto para que o cálculo da eficiência de extração pudesse ser efetuado. Neste sentido, a
eficiência do banho de ultração em lixiviar os elementos da matriz variaram de 15,47 -
183,14%, sendo que Mn, Ca e Mg foram os elementos que apresentaram as maiores % de
extração (76 - 107%). O procedimento mostrou-se rápido, simples e com precisão satisfatória,
haja vista a utilização de soluções de ácidos diluídos e a otimização de poucas etapas.
64
Os valores de tcalculado pelo teste-t de Student revelaram que os resultados obtidos para
os elementos nas amostras oleaginosas empregando os diferentes procedimentos de preparo
de amostra apresentaram concordância ao nível de 95% entre as digestões por via úmida em
sistemas aberto e fechado para Zn e Mg em todas as amostras. Entre via úmida em sistema
aberto e via seca os resultados são concordantes ao nível de 95% para Cu (execeto para
amostra de canola), Mn (execeto para amostra de crambe), Ca (execeto para amostra de
canola) e Mg (execeto para amostra de niger). A extração em banho de ultrassom apresentou
concordância com a digestão por via úmida em sistema aberto para Mn nas quatro matrizes
estudadas e para Ca (execeto para amostra de crambr) e Cu (execeto para amostra de
cártamo).
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