Amostragem e Métodos Analíticos

1. Amostragem e Métodos Analíticos Química Ambiental Engenharia Ambiental Prof. Alonso Goes Guimarães

2. Análise Química • Promovem relevantes informações a estudos ambientais; • Monitoramento de espécies químicas em um determinado meio; • Estudo e/ou pesquisa com propósito ambiental para obter resposta;

3. Análise Química • Estudo ambiental • Quais os diferentes compostos de mercúrio existentes em uma lagoa contaminada? • Quais os metais e suas respectivas concentrações no corpo hídrico?

4. Análise Química • Monitoramento ambiental • Obter dados analíticos que devem ser comparados com valores previamente estabelecidos; • Diagnosticar se critérios e/ou padrões de qualidade estão sendo obedecidos pelo objeto em estudo; • O efluente lançado pela indústria está dentro dos parâmetros permitidos pela legislação?

5. Química Analítica • É o ramo da química que se debruça na identificação ou quantificação de espécies ou elementos químicos; • Na sua qualidade de ciência metrológica, passa a ser cada vez mais importante em transações econômicas do tipo comercial.

6. Importância na Qualidade de Vida • Maior interesse em temas como saúde, segurança e o meio ambiente; • Informes e discussões/decisões em temas como qualidade das águas, dos sedimentos, dos solos, do ar, de resíduos; • evidências em casos de envenenamento ou ingestão de drogas envolvendo investigações policiais (medicina forense);

7. Engenharias Medicina Nutrição Farmácia Geologia Oceanografia Direito Ciências ambientais Química Analítica A Química Analítica e outras ciências

9. Segurança da qualidade na determinação dos resultados analíticos • Normatização estabelecida internacionalmente. • O custo de uma análise química equivocada: • em análises forenses: uma convicção injusta ou culpados impunes; • na indústria e comércio pode levar a distribuição de mercadorias inferiores; • no fornecimento de água para beber, contaminantes perigosos podem não ser detectados, ou aparecerem com níveis maiores do que o valor real;

10. Segurança da qualidade na determinação dos resultados analíticos • Em monitoramento ambiental, erros podem levar a não detecção de riscos ou a identificação de riscos irreais; • Os custos podem ser financeiros e/ou podem levar a perdas do valor intrínseco dos recursos naturais;

11. Química Analítica • O que é X na amostra Y? • Qual o teor do constituinte X na amostra Y ? • Qual a forma química e o teor que o constituinte X se apresenta na amostra Y? • Como o constituinte X esta distribuído na amostra Y? • Como o constituinte X esta estruturado na amostra Y?

12. Principais desafios da Química Analítica • Determinação de constituintes com teores cada vez menores; • Ganho em velocidade analítica; • Determinação com especiação; • Análise química em amostras sólidas e gasosas;

13. Análise Ideal • Métodos para determinação química diretamente no ambiente (in situ) e em tempo real; • Poucas são as medidas que podem ser feitas desta forma; • Normalmente, a espécie química deve sofrer transformações e purificação;

14. Alguns termos usados em Química Analítica • Analisar e determinar • Análise de traços • Exatidão e precisão • Seletividade • Sensibilidade • Pré-concentração • Efeito de matriz

15. Exatidão e Precisão • Exatidão: • Está relacionada com o erro absoluto da medida; • Proximidade do valor medido em relação ao valor verdadeiro da grandeza; • Precisão: • Está relacionada com a concordância das medidas entre si; • Quanto maior a dispersão dos valores, menor a precisão.

16. Exatidão e Precisão • Exatidão: • Veracidade das medidas; • Precisão: pode ser expressa quanto a grandeza dos desvios • Reprodutibilidade das medidas; • PRECISÃO NÃO IMPLICA OBRIGATORIAMENTE EXATIDÃO!!!!!

18. Métodos Analíticos -Introdução • Todo método analítico é baseado na medida de uma propriedade física; • Os métodos analíticos são classificados de acordo com a propriedade física que o mesmo se baseia.

19. Principais Métodos de Análise

20. Alguns exemplos de Componentes Instrumentais

21. Métodos AnalíticosCritérios de Seleção 1- Objetivo da análise 2- Exatidão requerida 3- Teor do componente presente na amostra • Componente maior conc. > 1% • componente menor conc. 0,1 a 1 % • Micro ou traços conc. < 0,1% • Ultratraços conc. g L-1

22. Métodos AnalíticosCritérios de Seleção 4- Recursos disponíveis 5- Número de amostras a analisar 6- Composição química da amostra 7- Tamanho da amostra

23. Tipos de Análise • Qualitativa • Quando se pretende determinar ou identificar as espécies ou elementos químicos presentes numa amostra. • Quantitativa • Para se determinar a quantidade de uma espécie ou elemento químico numa amostra.

24. Amostragem • É o processo de coleta de uma amostra representativa de um lote heterogêneo, ou seja, que represente a totalidade do material de interesse para que seja realizada a análise. • Mesmo para a melhor amostra representativa, haverá sempre a necessidade de algum grau de PREPARAÇÃO DA AMOSTRA, quer para retirar interferentes, quer para dar forma disponível para a análise.

25. Amostragem • Para Monitoramento ambiental: • Protocolos específicos de amostragens; • Normatizado por agências (ABNT); • Devem ser seguidos com rigor; • Para Estudo Ambiental: • Não acontece o mesmo; • Busca-se o desconhecido; • Bom senso; • Histórico do problema; • Experiência do analista pode ser melhor solução para elaboração do protocolo de amostragem

26. Amostragem de Líquidos • Garrafas de vidro, plástico e metal (depende da análise e do analito); • Não existem grandes dificuldades; • Não perturbar a água de forma significativa; • Às vezes coletar em diferentes profundidades; • Luz, calor, solubilidade de gases e contato com o leito influem nas concentrações dos compostos; • Frasco amostrador em profundidades.

27. Garrafas de amostragem Garrafa de Van Dorn

28. Amostragem de Sólidos • Tratamento especial; • Material é pouco homogêneo; • Pode ser necessário coletar em vários pontos. Todo material misturado e homogeneizado; • A profundidade pode ser relevante; • Dependendo do problema usar brocas, trados, tubos ou equipamentos para cortar o solo; • Cavar e recolher diretamente a amostra.

29. Amostragem de Sólidos

30. Amostragem de Gases • Frequentemente a matriz é a atmosfera; • Propriedade de dispersar e homogeneizar a mistura; • Amostra homogênea e muito diluída;

31. Amostragem de Gases • Fatores que influem nas propriedades e composição: • Pressão atmosférica; • Temperatura; • Vento; • Chuva; • Conhecer as condições ambientais pode ser necessário;

32. Amostragem de Gases • Para ambientes fechados e concentração alta: • Pequenos tubos contendo reagente (mudam de cor na presença do poluente); • Para ar atmosférico: • Baixas concentrações; • Não existem técnicas analíticas para determinação direta; • Pré-concentração: • Coletores capturam grande volume de ar por um meio sól. ou líq. e retem as espécies.

33. Amostragem de Gases • Existem bombas aspiradoras disponíveis no mercado para uso específico; • É possível adaptar: • Aspirador de pó; • Compressores de aquários; • Compressores para inalação.

34. Volumetria de neutralização • Método de análise baseado na reação entre íons H3O+ e OH- • H3O+ + OH- 2H2O • Detecção do ponto final com uso de indicadores;

35. Análise Gravimétrica • Método analítico quantitativo cujo processo envolve a separação e pesagem de um elemento ou um composto do elemento na forma mais pura possível. • Titulações que resultam na formação de compostos pouco solúveis; • Usadas principalmente para determinação de haletos e de alguns íons metálicos;

36. Análise Gravimétrica • Deve ser processada em tempo curto; • Composto suficientemente insolúvel; • Uso do indicador adequado; • Construção da curva de titulação;

37. Características de um bom precipitado • Ter baixa solubilidade • Ser fácil de recuperar por filtração • Não ser reativo com o ar, a água;

38. Alguns exemplos de elementos determinados

39. Exemplos de Análise • Determinação de ferro em solo • 0,485g de uma amostra de solo contendo ferro (II) e (III), foi oxidada e o ferro (III) precipitado como óxido de ferro hidratado (Fe2O3. XH2O). O precipitado depois de filtrado, lavado e calcinado pesou 0,248g, com o ferro na forma de óxido (Fe2O3).

40. Exemplos de Análise • Determinação de cálcio em águas naturais • O íon cálcio é precipitado na forma do sal orgânico oxalato de cálcio (pouco solúvel) com ácido oxálico H2C2O4. O precipitado CaC2O4 é coletado em papel de filtro (este será convertido em CO2(gás) e H2O(vapor) pela ação oxidante do O2 atmosférico, sendo estes então eliminados), seco e aquecido até o rubro (calcinação).

41. Exemplos de Análise • O processo converte o precipitado quantitativamente para óxido de cálcio (cal). O precipitado depois de calcinado é resfriado em dessecador e pesado. Usa-se um cadinho previamente aquecido, resfriado e pesado para a ignição do precipitado. O cálcio em 200mL de amostra de água natural foi determinado pela precipitação do cátion como CaC2O4. O precipitado foi filtrado, lavado e calcinado em cadinho com massa de 26,600g. A massa do cadinho, mais o precipitado calcinado (CaO PM=56,08g/mol) foi de 26,713g.

43. Potenciometria • A potenciometria direta determina a concentração do íon ativo simplesmente medindo a f.e.m. da célula em condições que permitam conhecer o seu valor exato. Dessa exatidão dependerá a precisão dos resultados analíticos;

44. Potenciometria • O potencial do eletrodo indicador (comparado com um eletrodo de referência) é medido inicialmente em soluções padrão da espécie química a ser determinada; • Comparando-se a medição do potencial em amostras com os dados das soluções padrões, é possível avaliar-se a concentração da amostra.

45. pHmetros

46. Sensor de OD

47. Aparelhos Portáteis Multiparâmetros

48. Analisador de Metais Pesados em Solos e Rocha - Fluorescência de Raio-X • Análise qualitativa e quantitativa de mais de 20 metais pesados presentes no solo, em rocha e minério. • Elementos Standard: Ba, Sb, Sn, Cd, Ag, Mo, Zr, Sr, U, Rb, Th, Pb, Se, As, Tl, Hg, Zn, Cu, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, V, Ti, Sc, Ca, K, Cl, S, P.

49. Analisador de Metais Pesados em Solos e Rocha - Fluorescência de Raio-X

50. Espectrofotometria • Dos métodos colorimétricos, o método mais exato para a determinação da concentração de substâncias em solução; • Um espectrofotômetro pode ser considerado como um fotômetro fotoelétrico de filtro refinado que permite o uso de faixas de luz aproximadamente monocromáticas continuamente;