Quim. Nova, Vol. 26, No. 2, 249-252, 2003

Revis

o

*e-mail: anchieta@iq.unesp.br

PADRONIZAO INTERNA EM ESPECTROMETRIA DE ABSORO ATMICA

Kelly G. Fernandes, Mercedes de Moraes e Jos A. Gomes Neto*Departamento de Qumica Analtica, Instituto de Qumica, Universidade Estadual Paulista, CP 355, 14801-970 Araraquara - SPJoaquim A. NbregaDepartamento de Qumica, Universidade Federal de So Carlos, CP 676, 13560-970 So Carlos - SPPedro V. OliveiraInstituto de Qumica, Universidade de So Paulo, CP 26077, 05513-970 So Paulo - SP

Recebido em 18/6/02; aceito em 12/8/02

INTERNAL STANDARDIZATION IN ATOMIC ABSORPTION SPECTROMETRY. This paper describes a review on internalstandardization in atomic absorption spectrometry with emphasis to the systematic and random errors in atomic absorptionspectrometry and applications of internal standardization in flame atomic absorption spectrometry and electrothermal atomicabsorption spectrometry. The rules for selecting an element as internal standard, limitations of the method, and some commentsabout the application of internal standardization in atomic absorption spectrometry and the future of this compensation strategyare critically discussed.

Keywords: internal standardization; atomic absorption spectrometry.

INTRODUO

A espectrometria de absoro atmica com atomizao em cha-ma ou eletrotrmica uma tcnica analtica bem estabelecida e sufi-cientemente robusta para ser implantada em laboratrios envolvidoscom anlises qumicas em larga escala. Por outro lado, erros siste-mticos e aleatrios podem prejudicar a exatido e preciso dos re-sultados bem como o desempenho das tcnicas analticas em ques-to1,2.

Em espectrometria de absoro atmica em chama (FAAS), asalteraes que ocorrem na temperatura da chama, na taxa de aspira-o da soluo, na composio da amostra, entre outras, podem pre-judicar os resultados analticos. Se comparada com a FAAS, aespectrometria de absoro atmica em forno de grafite (GFAAS) substancialmente mais sensvel e verstil, face configurao do tubode grafite e ao seu carter dual: reator qumico e atomizador. A tcni-ca GFAAS tambm susceptvel a alteraes instrumentais eoperacionais: variaes na temperatura e na taxa de aquecimento dotubo de grafite, no volume injetado de amostra, na radiao emitidada fonte, nas diluies, na estrutura do atomizador, so alguns exem-plos de parmetros que podem afetar o desempenho analtico.

Com a finalidade de compensar esses erros em espectrometriaatmica, Gerlach e Schweitzer3 propuseram, em 1929, o mtodo dapadronizao interna que vem sendo utilizado desde ento para com-pensar erros intrnsecos e garantir a qualidade dos resultados4,5.

A padronizao interna pode ser empregada em espectrometriade absoro atmica, espectrometria de emisso tica com fonte deplasma indutivamente acoplado (ICP-OES) e espectrometria de mas-sas com fonte de plasma indutivamente acoplado (ICP-MS) paracompensar vrios tipos de erros sistemticos e randmicos4-9. O prin-cpio desse mtodo baseia-se na comparao de um ou mais sinaisanalticos (analito) com um ou mais sinais de referncia de elemen-tos previamente selecionados (padro interno). Um padro internodeve ser adicionado aos brancos, solues de referncia e s amos-

tras10, ou quando presente na amostra, deve-se adicionar uma quan-tidade elevada desse elemento amostra para anular o efeito da con-centrao original da amostra11,12. Quando a padronizao interna usada, todos os clculos so baseados na suposio de que tanto oanalito como o padro interno sofrem influncias similares da ma-triz da amostra e de que ambos so perturbados igualmente pelasalteraes nas condies instrumentais ou operacionais. Portanto, assensibilidades das solues analticas de referncia (Ss) esto relaci-onadas com as das amostras (Sa) conforme a equao:

(1)

sendo que SsA e SsPI so as sensibilidades do analito e padro internoem solues analticas de referncia; SaA e SaPI so as sensibilidades doanalito e padro interno na amostra.

Assumindo que a absorbncia integrada Q = A dt proporcio-nal massa m do elemento no tubo de grafite para GFAAS, pode-seexpressar a sensibilidade como:

(2)

Nesse caso, a seguinte expresso usada para encontrar a massado analito na amostra (maA):

(3)

De acordo com as equaes (1), (2) e considerando msPI = maPI,

(4)

Se as massas do analito e padro interno adicionados s amos-tras e solues analticas forem iguais, as equaes (1), (2) e (4)podem ento ser reescritas conforme a equao 5:

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(5)

na qual QaA e (QaA)cor so os sinais original e corrigido do analito,respectivamente. A equao (5) pode ser usada para comparar ossinais corrigidos do analito em diferentes amostras13.

Portanto, se a razo do sinal analtico pelo sinal do padro inter-no utilizada ao invs do sinal do analtico apenas, h a possibilida-de de compensar qualquer perturbao negativa ou positiva nos si-nais, melhorando a preciso e exatido das medidas.

De acordo com a literatura, um pr-requisito importante paraque um elemento seja escolhido como padro interno que ele pos-sua propriedades fsico-qumicas semelhantes s do analito, seja so-lvel nas solues analticas e amostras, e que no interfira na deter-minao do analito4,5,13.

Desde a proposta da padronizao interna em espectrometria deemisso atmica, vrios trabalhos foram publicados aplicando-se essemtodo de compensao para melhorar a preciso e exatido. Essasduas caractersticas analticas tambm podem ser melhoradas emespectrometria de absoro atmica em chama se a padronizaointerna for utilizada para compensar alteraes instrumentais ouoperacionais que modificam as condies de atomizao e absoroda radiao: temperatura da chama, composio da chama, compo-sio da amostra, taxa de aspirao e nebulizao, potncia da fontede radiao, etc. De acordo com Radziuk et al.13, a padronizaointerna em espectrometria de absoro atmica foi introduzida em1965 por Massman14 para reduzir problemas relacionados com a in-troduo da amostra por nebulizao pneumtica. No mesmo ano,Butler e Strasheim6 projetaram e desenvolveram um instrumento deabsoro atmica multicanal e empregaram Au como padro internona determinao de Cu em ligas metlicas por FAAS. Em 1968, Smithet al.11 usaram Zn e Cr como padres internos na determinao deMg, Fe e Pb, ou Al, Cd e Cu, respectivamente, em materiais basede zinco por FAAS. A estratgia de padronizao interna foi tam-bm adotada no trabalho de Feldman et al. em 196915. Os autorescompararam a determinao direta e a padronizao interna (Cd, Mn,Cr ou Zn) com respeito preciso e exatido na determinao de Al,Ca, Cr, Cu, Fe, Mg, Mn, Ni, Si e Zn em cimentos, ligas metlicas eraes animais por FAAS. No ano seguinte, Feldman16 estudou osprincipais fatores que afetam o sinal analtico em FAAS e FAES, taiscomo vazo de ar e combustvel, composio da matriz, temperaturae taxa de aspirao. Nesse trabalho demonstrou-se a vantagem dapadronizao interna para diferentes determinaes e enumerou-secerca de 23 elementos que podem ser empregados como padro in-terno na determinao individual de 18 metais16.

A estratgia de padronizao interna foi tambm usada porKatskov e Lvov17 para determinar elementos trao em amostras dexido de zircnio e grafite utilizando zinco e prata como padrointerno, respectivamente.

Em 1979, Takada e Nakano desenvolveram um espectrmetromulticanal e aplicaram o conceito da padronizao interna emespectrometria de absoro atmica com atomizao eletrotrmicapara determinar ferro, usando cobalto como padro interno4. Parailustrar a vantagem da padronizao interna, os autores representa-ram a influncia da concentrao de potenciais interferentes no sinalatmico de Fe e na razo dos sinais atmicos de Fe e Co. A interfe-rncia de ctions em espectrometria de absoro em forno de grafite comum quando no h separao eficiente da matriz e quando oambiente no isotrmico. Com exceo do Ca, para a maioria doselementos testados, a razo da absorbncia entre Fe e Co foi inde-pendente do tipo e da quantidade de interferente presente na matrizpara at 5,0 mg L-1, ou seja, 100 vezes a concentrao do analito emsoluo. Logo, efeitos de matriz puderam ser eficientemente e am-plamente corrigidos com o uso da padronizao interna4. Por volta

de 1980, as principais dificuldades para generalizao do uso da pa-dronizao interna em espectrometria de absoro atmica residiamna indisponibilidade de um equipamento comercial que possibilitas-se medidas simultneas ou seqenciais do analito e padro interno eno escasso conhecimento de regras gerais para a seleo de um pa-dro interno4,5,13.

Takada e Nakano, em 1981, avaliaram alguns parmetros expe-rimentais de modo a elaborar alguns critrios de seleo de padrointerno para FAAS5. A mudana nas condies de atomizao e osfatores que afetam a eficincia da atomizao foram enfatizados. Parailustrar a influncia da taxa de aspirao na atomizao, os autoresselecionaram 14 elementos e introduziram as solues individuaisvia nebulizador a diferentes vazes. Quanto mais similar o compor-tamento entre os dois elementos, maior a probabilidade de seremescolhidos como analito e padro interno. Assim, demonstrou-se queos pares Cu-Ag, Cd-Zn, In-Tl, Fe-Co, Ni-Co e Ni-Sb podem serescolhidos como padro interno/analito ou vice-versa. Por outro lado,qualquer elemento selecionado para esse estudo dificilmente seriaum bom padro interno para Mo, Cr e Pb5.

Com o desenvolvimento de espectrmetros de absoro atmicamultielementar simultneo em forno de grafite na segunda metadeda dcada de 80, as aplicaes em GFAAS aumentaram e o uso dapadronizao interna ressurgiu. Neste contexto, em 1991 Atsuya etal.12 propuseram Cu e In como padres internos para Pb e Se, res-pectivamente, em amostras de gua usando um espectrmetro deabsoro atmica multielementar simultneo Hitachi, modelo Z-9000,equipado com forno de grafite para amostragem slida. Asabsorbncias desses elementos permaneceram constantes entre 500e 800 C. Uma temperatura de pirlise de 600 C foi selecionada.Apesar da impossibilidade de determinar Se em funo da sensibili-dade atingida, Pb foi determinado em nveis de ng/g e Cu e In foramutilizados como padres internos para determinao desse elementoem amostras de gua12.

Em 1999, Radziuk et al.13 testaram Tl e Bi como padres internosna determinao de Pb em amostras de sangue, urina e placenta usan-do um espectrmetro de absoro atmica multielementar simult-neo equipado com um atomizador de grafite com aquecimento trans-versal (THGA) e um sistema de correo de fundo por efeito Zeemanlongitudinal. Bismuto apresentou comportamento eletrotrmico se-melhante ao do Pb e foi usado para compensar alteraes nos seussinais atmicos de Pb, melhorando assim o desempenho analtico.

Com o objetivo de expandir o conceito da padronizao internaem GFAAS, a aplicao de Bi como padro interno na determinaode Pb em vinhos foi avaliada por Fernandes18. Nesse trabalho investi-garam-se vrios fatores que usualmente afetam o sinal atmico doanalito, tais como a variao no tempo de atomizao, no volume inje-tado de soluo analtica ou amostra e da matriz, a influncia da tem-peratura de pirlise e de atomizao e da variao da corrente aplicadas lmpadas, os erros de diluio, a vida til do atomizador etc. Parailustrar a potencialidade do Bi como padro interno, alguns dessesparmetros foram avaliados, tais como o comportamento eletrotrmicode Pb e Bi em vinho tinto e branco usando Pd(NO3)2 + Mg(NO3)2como modificador, o efeito da variao do volume injetado naabsorbncia e na preciso, os quais sero mostrados a seguir. Na Figu-ra 1 encontra-se ilustrado o comportamento eletrotrmico de Pb e Binos meios 0,2% v/v HNO3, vinho branco suave e vinho tinto suave.Bismuto apresentou comportamento eletrotrmico semelhante ao doPb. A boa correlao existente entre os comportamentos eletrotrmicosde Pb e Bi em soluo analtica e nas amostras de vinho indicaram queBi seria um potencial elemento para ser testado como padro internona determinao de Pb em vinhos18,19. O efeito da variao do volumeinjetado na absorbncia em meio contendo 0,2% v/v HNO3 e amostraest ilustrado na Figura 2. Os sinais de absorbncia de Pb e Bi cresce-

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ram proporcionalmente com o volume de soluo introduzido, mas arazo de absorbncias permaneceu praticamente constante. Na Tabela1 pode-se observar a influncia que o volume injetado tem narepetibilidade das medidas feitas pelo mtodo direto e pelo mtodo dapadronizao interna. Nota-se que desvios padro relativos maioresso obtidos quando aplicado o mtodo direto, enquanto que aplican-do-se o mtodo da padronizao interna os desvios padro so meno-res e praticamente constantes. O uso da padronizao interna possibi-lita que maiores volumes de soluo sejam injetados no atomizadorsem prejuzo da preciso18,19.

O uso do mtodo da padronizao interna em espectrometria deabsoro atmica, apesar de pouco explorado na literatura, permiteminimizar os erros resultantes de alteraes nas variveis instrumen-tais e/ou operacionais, melhorando o desempenho analtico4-6,10-20.As aplicaes da padronizao interna visando a melhoria do de-sempenho analtico esto restritas aos instrumentos com detecomultielementar, pr-requisito fundamental desse mtodo de compen-

sao. Outra limitao para uma maior aplicabilidade dessa estrat-gia reside na disponibilidade comercial de um pequeno nmero delmpadas multielementares com uma combinao restrita de elemen-tos em cada lmpada. Com o surgimento de instrumentos de absor-o atmica com fonte contnua em um futuro prximo, o cartermultielementar dessa tcnica tender a se tornar mais usual assimcomo o campo de estudos relacionados com a seleo e uso de pa-dro interno em AAS, levando a mtodos analticos mais exatos eprecisos e instrumentos com desempenhos analticos ainda melho-res. O estudo de elementos adequados como padres internos paradiferentes analitos e amostras um pr-requisito tambm essencialpara o uso mais efetivo dessa estratgia.

AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem FAPESP pelos auxlios concedidos (Pro-jetos 98/14636-2 e 00/14887-7) e ao CNPq pelas bolsas de ps-gra-duao (K. G. Fernandes) e de pesquisa (J. A. Gomes Neto e J. A.Nbrega)

Tabela 1. Efeito do volume injetado na repetibilidadeVolume Mtodo direto Padro interno

(L) APb ABi RSD (%) APb/ABi RSD* (%)20 0,0604 0,0217 1,3 2,8 0,340 0,1029 0,0355 2,1 2,9 0,560 0,1480 0,0524 3,0 2,8 0,5

A = Absorbncia integrada; * (n=3)Figura 1. Curvas de temperatura de pirlise e de atomizao para Pb e Bina presena de modificador Pd(NO3)2 + Mg(NO3)2 em meio 0,2% (v/v) HNO3(a), vinho branco (b) e vinho tinto (c). Os sinais correspondem a suspensesde vinho contendo 0,2% (v/v) HNO3 + 25 g L-1 Bi. A concentrao de Pb a originalmente presente no vinho

Figura 2. Efeito do volume injetado na absorbncia da soluo 0,2% (v/v)HNO3 (a) e amostra (b) contendo 25 g L-1 Pb e Bi

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