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Química Analítica • Definição técnicas de identificação e/ou quantificação de espécies químicas • Classificação – Análise Qualitativa: Quem? – Análise Quantitativa: Quanto?

Química Analítica Definição –técnicas de identificação e/ou quantificação de espécies químicas Classificação –Análise Qualitativa: Quem? –Análise Quantitativa:

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Química Analítica

• Definição– técnicas de identificação e/ou

quantificação de espécies químicas

• Classificação– Análise Qualitativa: Quem?– Análise Quantitativa: Quanto?

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Métodos de análise qualitativa

• Ensaios que permitem:– identificação dos elementos/condições

Ex: Fenolftaleína

- indicador de pH: incolor em meio ácido

rosa em meio básico

Ex: Turvação de solução de prata frente ao cloreto

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Métodos de análise quantitativa

• Identifica quantidade

• Analito: espécie química de interesse– Ex: Teor de ferro na água do mar

• Amostra: matriz analisada– Ex: água do mar

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Classificação dos métodos analíticos

• Métodos clássicos– Volumetria ou titrimetria– Gravimetria

• Métodos instrumentais– Elétricos– Ópticos

• Cromatografia– Separação e determinação

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Etapas do processo analítico

1 – Problema analítico: hipótese

2 – Seleção dos métodos de campo e laboratório

3 – Amostragem do material: - draga vs. core vs mergulho - preservação

- condicionamento

4 – Processamento da amostra: secagem, moagem,etc...

5 – Sobulibilização da amostra, pre-concentracao, digestão

6 – Determinação/ medida

6 – Processamento de dados e avaliação estatística

7 - Divulgação dos resultados

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• Medida da quantidade da amostra– Amostra sólida < 1,0g ou µg

– Amostra líquida mL ou µL

• Multiplicidade da amostra– Amostras simples

– Amostras duplicadas

– Amostras triplicadas

• Dissolução da amostra– Extração Água ou Solventes Orgânicos

– Ataque com Ácidos e Agentes Oxidantes Abertura úmida

– Fusão com Sais Abertura seca

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Escolha do método analítico

1. Quantidade de amostra disponível

2. Quantidade relativa do componente desejado

3. Exatidão requerida

4. Composição química da amostra

5. Número de amostras a analisar

6. Recursos disponíveis

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Quantidades aproximadas dos constituintes de uma amostra

Constituintes (analitos) Quantidades

Maiores > 1%

Menores ~0,1% a 1%

Traços < 0,1%

Ultratraços ppm; ppb; ppt

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MEDIDAS EM QUÍMICA ANALÍTICA

• Mol – É a quantidade de uma espécie química que contém

6,02x1023 partículas (átomos, moléculas, íons, elétrons, etc).

• Massa Molar (M ou MM)– A massa em g de 1 mol da espécie química.– Massa molar atômica Peso atômico

Ex: 1 mol de H = 1,0079g de H,

1 mol de Fe = 55,847g de Fe

– Massa molar molecular Peso Molecular e Peso Fórmula

Ex: 1 mol de CO2 = 44,01 g de CO2

1 mol de H2O = 18,0158g de H2O

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Concentração da solução

• Concentração Molar (Molaridade)– Concentração da solução expressa em mols

do soluto por litros do solvente.

– Solução 1 molar = 1 mol da substância / 1L

de solução ou 1 molar = 1 mmol da

substância / 1 mL de solução

)).Volume(L1MM(g.mol

massa(g)Molaridade

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Densidade• Densidade = massa da substância / volume

• Unidades: (g/mL) ou (g/cm3) ou (kg/L)

• Expressões de resultados analíticos:

– Amostras sólidas: Relação m/ m

• % analito = massa (g) analito x 100

massa (g) amostra

– Amostras líquidas:

– Relação m/v

• % analito = massa (g) analito x 100

volume (mL) amostra

• Relação v/v

• % analito = volume (mL) analito x 100

volume (mL) amostra

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Fator de diluição

• Fator de correção da concentração da solução após a sua diluição.

2

1

1

2

C

Cou

V

Vf.d.

2211 .. CVCV

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Algumas unidades físicas de massa e volume:

Massas Volumes

1kg = 103g 1L = 103mL

1g = 103mg 1mL = 103µL

1g = 106µg 1L = 106µL

1mg = 103µg 1L = 109L

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Unidades comuns para expressar concentrações traços de analito:

Abreviação m/m m/v v/v

ppm mg.kg-1 mg.L-1 µL.L-1

ppm µg.g-1 µg.mL-1

ppb µg.kg-1 µg.L-1

mg % mg/100g mg/100mL mL/100mL

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Algarismos significativos

• Representam os números de dígitos necessários para expressar os resultados de uma medida. – Ex.: 0,032g; 0,1000N; 0,2080g; 3,50mL

• Os valores que resultam de observações devem ser registrados com apenas 1 algarismo duvidoso. – Ex.: 1g ≠ 1,0g ≠ 1,05g ≠ 1,053g ≠ 1,0539g

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Algarismos significativos

• O dígito 0 (zero) pode ser parte significante de uma medida.

• Exemplos:– 0,261 3 algarismos significativos– 90,7 3 algarismos significativos– 800,0 4 algarismos significativos– 0,0670 3 algarismos significativos– 9,3660 x 105 5 algarismos significativos

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Arredondamento de números

• Avalia-se o algarismo duvidoso:– Se maior que 5 + 1 unidade– Se menor que 5 mantém o número– Se igual a 5 Impar = + 1 unidade

Par = mantém o número• Ex.:

– 9,47 = 9,5– 9,43 = 9,4– 9,45 = 9,4– 9,35 = 9,4

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Exatidão e precisão de uma medida

• Exatidão:– grau de concordância entre o valor achado e

o valor verdadeiro (ou o mais provável)

• Precisão:– grau de concordância entre medidas

repetidas de uma quantidade. Exprime a “reprodutibilidade” de uma série de medidas.

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A B

C D

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Teoria dos Erros

• Erros determinados:

– Erros operacionais e erros pessoais. Ex.: perdas mecânicas de materiais nas diversas etapas da análise; observação de mudança de cor, em uma titulação visual; erros matemáticos nos cálculos.

– Erros instrumentais e erros de reagente. Ex.: falhas ou defeitos nos aparelhos; aparelhos mal calibrados; uso de reagentes contendo impurezas.

– Erros de método (método analítico). Ex.: reações laterais e incompletas.

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Teoria dos Erros

• Erros indeterminados:• Refletem pequeninas diferenças entre os

valores experimentais de uma série de medidas (números de observações). Esses erros não podem ser evitados.

• Leis matemáticas de probabilidade podem ser usadas para tratar os valores de uma série de medidas. Os erros indeterminados tendem a seguir uma distribuição normal (ou curva gaussiana).

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Distribuição Normal

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Mediana e Média Aritmética• Mediana:

– Num conjunto disposto em ordem de grandeza, o valor acima e abaixo do qual há um mesmo número de casos

• Média Aritmética:– O quociente da soma de x valores

por N elementos.• Exemplo:

– Resultados da análise da acidez total do vinagre:4,62%; 4,68% e 4,59%

– Mediana = 4,62%– Média Aritmética = 4,63%

N

XX

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Modos de expressar a exatidão

Erro Absoluto

Erro relativo

• Ex.: O resultado de uma análise é 36,97g. O valor aceito

(valor verdadeiro) para a mesma análise é 37,06g. Calcular o

erro relativo.

verdadeiroobservado VVEA

100100(%) xV

EAx

V

VVER

verdadeiroverdadeiro

verdadeiroobservado

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Desvio padrão

• Expressa a precisão de uma série de medidas (número observações).

• s - desvio padrão estimado de um conjunto finito de valores experimentais, para N 30,

• (N – 1) - graus de liberdade,• X - média estimada (média aritmética),• m - valor experimental individual em uma série de

medidas (número de observações).

1N

mxs

2

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Desvio padrão

• Desvio padrão relativo (DPR% ou RSD%) ou Coeficiente de Variação (CV)

• Limite de confiança (LC) ou Intervalo de confiança (IC).– t – parâmetro estatístico

que depende do nível de confiança usado e N-1 graus de liberdade; os valores de t encontram-se tabelados.

100.%X

sRSD

N

stxLC

.

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Rejeição de resultados

• Usamos o teste Q para rejeitar valores grosseiros em uma série de medidas

• Qexp é comparado com Qcrit (valores críticos para o quociente Q de rejeição; encontram-se tabelados).

• Se Qexp > Qcrit rejeitar o valor suspeito; caso contrário reter o valor.

menormaior

próximosuspeito

xx

xxQ

exp

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Carta de controle

• É um gráfico seqüencial com algum critério de qualidade. Mostra os limites estatísticos de variações que são permitidos, para os valores obtidos experimentalmente.

• Limite de controle superior (LCS ou UCL)

• Limite de controle inferior (LCI ou LCL)

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Carta de controle

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Exercícios

1. Um químico obteve os seguintes dados para o teor de álcool em uma amostra de sangue: % C2H5OH: 0,084; 0,089 e 0,079. Calcular o limite de confiança da média ao nível de 95% , admitindo não se conhecer a precisão do método.

2. A análise de uma amostra de calcita resultou nas porcentagens de CaO de 55,95; 56,00; 56,04; 56,08 e 56,23. O último valor aparece como grosseiro. Este valor deve ser retido ou rejeitado?

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Exercícios:

1. Calcular a massa em gramas em 1 mol de CaSO4.7H2O (M.A.: Ca = 40,08; S = 32,06; O = 15,999; H = 1,0079)

2. Calcular o número de mols em 500mg de Na2CO3. (M.A.: Na = 22,990; C = 12,011)

3. Quantos miligramas estão contidos em 0,250 mmols de Fe2O3? (M.A.: Fe = 55,847)

4. Uma solução é preparada pela dissolução de 1,26g de AgNO3 em um balão volumétrico de 250mL e diluído à volume. Calcular a molaridade da solução de AgNO3. Quantos milimols deste sal foram dissolvidos? M.A.: Ag = 107,87; N = 14,007

5. Uma alíquota de 5mL de água do mar foi transferida para um balão volumétrico de 100mL e seu volume completado com água destilada até a marca. Calcule o fator de diluição aplicado a esta solução.

6. Uma solução de H2SO4 1mol.L-1 foi diluída em um balão volumétrico. Sabendo que a concentração do H2SO4 após a diluição é 0,01mol.L-1, calcule o fator de diluição.

7. Uma solução diluída de vinagre (ácido acético) teve a sua acidez calculada em 0,427%. Sabendo que a amostra inicial de vinagre foi diluída 10 vezes, calcule a concentração da amostra antes da diluição.

8. 10mL de uma solução padrão de Fe(III) foi diluída, com água destilada, em um balão volumétrico de 250mL. Calcule o fator de diluição e a concentração final da solução de Fe(III) diluída.

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1. Qual o volume de H3PO4 85% (m/m) necessário para

preparar 250 mL de uma solução de H3PO4 1 mol.L-1.

(MM = 98g.mol-1, d = 1,71 g/mL) ?

2. Qual a massa de iodeto de potássio para preparar 2L

de uma solução de KI 10% (m/v)?

3. Qual a massa de CuSO4.5H2O (MM = 249,69 g.mol-1)

necessária para preparar 500mL de uma solução

padrão de Cu(II) 2,0 g.L-1 (MM = 63,546 g.mol-1)?