FUNDAMENTOS DE ANÁLISE INSTRUMENTAL

1. FUNDAMENTOS DE ANÁLISE INSTRUMENTAL Profa. Denise Esteves Moritz

2. O queesperar? • Conhecimentoprévio? • Habilidade? • Aplicabilidade? • Importância? • O queesperarao final da disciplina?

3. Química Analítica A química analítica é uma ciência metrológica que busca desenvolver, otimizar e aplicar ferramentas analíticas para obter informações a respeito da composição química, bioquímica e da estrutura da matéria, visando a resolução de problemas científicos, técnicos, econômicos e sociais.

4. Conhecimentoprévio! • PRÉ-REQUISITOS • O alunodeveterconhecimentopréviosobreconceitos de químicageral, taiscomoestruturaatômica, fórmulasmoleculares e estruturais, ligaçãoquímica, polaridade e forçasintermoleculares, funçõesorgânicas. • Cálculosbásicos • Excel Básico

5. Análise Quantitativa Análise Qualitativa Análise Estrutural Química Analítica

6. Análise Qualitativa Tem como objetivo a identificação do analito na amostra:  íons  moléculas  espécies atômicas  grupos funcionais  Origina uma resposta binária: sim/não.  A incerteza é dependente do método ou da técnica adotada.  Exemplos: identificação de hidrocarbonetos aromáticos na atmosfera, pesticidas em alimentos, drogas no sangue, íons metálicos em uma amostra, etc.

7. Análise Quantitativa Tem como objetivo determinar a quantidade de um analito em uma porção do material (amostra):  íons  moléculas  espécies atômicas  grupos funcionais  Origina uma resposta numérica.  A incerteza dessa resposta está implicitamente relacionada às incertezas de todas as etapas adotadas durante o procedimento experimental.

8. Análise Estrutural Tem como objetivo principal estabelecer a estrutura de uma espécie química ou bioquímica.  A informação pode-se referir a uma substância pura (ex. proteína) ou no conjunto (ex. distribuição espacial dos componentes em uma amostra).

9. Métodos Analíticos Clássicos Análise qualitativa Análise estrutural Análise quantitativa Métodos Analíticos Instrumentais

10. Métodos Analíticos Clássicos Os métodos clássicos apresentam três características importantes relacionadas à obtenção das informações qualitativas e quantitativas:  uso dos sentidos (mudança de cor e cheiro)  uso de balança (gravimetria) e bureta (volumetria)  emprego de reações químicas como operações prévias fundamentais do procedimento analítico

11. Plano de Ensino • http://www.analiseinstrumental.ecaths.com/materia/

12. O que é a informação analítica desejada? Determinação de baixas concentrações de elementos e espécies em materiais de interesse: alimento, ambiental, industrial... Fonte: FJ Krug

13. Métodos Analíticos Instrumentais Os métodos instrumentais apresentam como característica principal a obtenção das informações por meio de instrumentos, diferentes aos utilizados nas análises clássicas:  Técnicas Ópticas: Espectrofotometria molecular (absorção e emissão), Espectrometria atômica (absorção e emissão)  Técnicas Eletroanalíticas: Condutometria, Potenciometria, Polarografia, Coulometria, Voltametria  Técnicas Magnéticas: Espectrometria de massas, Ressonância magnética nuclear  Técnicas Térmicas: Análise térmica diferencial, Termogravimetria  Técnicas Radioquímicas: Análise por ativação neutrônica

14. Aplicabilidade • Indústria, namedicina e emtodas as outrasciências. • As concentrações de oxigênio e de dióxido de - usadasparadiagnosticar e tratardoenças. • As quantidades de hidrocarbonetos, óxidos de nitrogênio e monóxido de carbonopresentesnos gases de descargaveiculares- parase avaliar a eficiência dos dispositivos de controle da poluição do ar. • As medidasquantitativasde cálcioiônico no sorosangüíneoajudam no diagnóstico de doenças da tireóideemsereshumanos. • A determinaçãoquantitativa de nitrogênioemalimentosindica o seu valor protéico e, desta forma, o seu valor nutricional.

15. Aplicabilidade cont. • A análise do açonasuaprodução - o ajustenasconcentrações de elementos, como o carbono, níquel e cromo, paraque se possaatingir a resistênciafísica, a dureza, a resistênciaàcorrosão e a flexibilidadedesejadas. • O teor de mercaptanas no gás de cozinhadevesermonitorado com freqüência, paragarantirqueestetenha um odor ruim a fim de alertar a ocorrência de vazamentos. • Osfazendeirosplanejam a programação da fertilização e a irrigaçãoparasatisfazer as necessidades das plantas, durante a estação de crescimento, quesãoavaliadas a partir de análisesquantitativasnasplantas e nos solos nosquaiselascrescem.

16. Fonte: FUNDAMENTOS DE QUÍMICA ANALÍTICA – EDITORA THOMSON pag. 4

17. Introdução à Análise Instrumental • QUÍMICA ANALÍTICA • Métodos Qualitativos • Métodos Quantitativos • “A Química Analítica é a arte de reconhecer diferentes substâncias e determinar seus constituintes” Ostwald, 1894 O que tem? Quanto tem?

18. Introdução à Análise Instrumental Métodos Clássicos • Separação e identificação de componentes através de técnicas simples • Precipitação • Extração • Destilação • Exemplos: VOLUMETRIA E GRAVIMETRIA Simplicidade e Confiabilidade

19. MÉTODOS ANALÍTICOS QUANTITATIVOS • massaou o volume de umaamostraqueestásendoanalisada. • Duasmedidas! • Intensidadede luzoucargaelétrica. Analito: Osanalitossãooscomponentes de umaamostra a serdeterminados. • propriedadeelétrica, como o potencial, corrente, resistência e quantidade de cargaelétrica. • interação entre a radiaçãoeletromagnética e osátomosou as moléculas do analito -a produção de radiaçãopeloanalito

20. Métodos Instrumentais e as Propriedades Físicas Medidas

21. Métodos • métodosgravimétricos • métodovolumétrico • métodoseletroanalíticos • métodosespectroscópicos

22. MétodosGravimétricos • determinam a massa do analitoou de algumcompostoquimicamente a elerelacionado.PREV MétodoVolumétrico • Mede-se o volume da soluçãocontendoreagenteemquantidadesuficienteparareagir com todoanalitopresente. NEXT

23. Métodoseletroanalíticos • Envolvema medida de algumapropriedadeelétrica, como o potencial, corrente, resistência e quantidade de cargaelétrica. MétodosEspectroscópicos • baseiam-se namedida da interação entre a radiaçãoeletromagnética e osátomosou as moléculas do analito, ouainda a produção de radiaçãopeloanalito.

24. Outros Métodos! • razãomassa-carga de moléculasporespectrometria de massas, • velocidade de decaimentoradiativo, • calorde reação, • condutividadetérmica de amostras, • atividadeópticae • índice de refração.

25. Introdução à Análise Instrumental Métodos Instrumentais • Medidas de propriedades físicas das substâncias através do desenvolvimento de equipamentos • Condutividade Elétrica • Absorção ou Emissão de Luz Análises cada vez mais sofisticadas

26. Introdução à Análise Instrumental Métodos Estequiométricos • São aqueles também chamados de clássicos, pois fazem uso dos princípios fundamentais da química. • A medida de um sinal analítico é diretamente relacionada à concentração do elemento de interesse. Em muitos casos não se conhece perfeitamente a reação química envolvida e, por isso mesmo, esses métodos sempre requerem calibração. Métodos Não Estequiométricos

27. Introdução à Análise Instrumental • Métodos Instrumentais e as Propriedades Físicas Medidas

28. Introdução à Análise Instrumental • Seleção dos Métodos Instrumentais • Objetivo da análise • Exatidão requerida • Teor do componente presente na amostra • Recursos disponíveis • Número de amostras a analisar • Composição química da amostra • Quantidade de amostra • O USO DE UM EQUIPAMENTO SOFISTICADO PARA A DETECÇÃO DE UM SINAL ANALÍTICO NÃO É GARANTIA DE UM RESULTADO EXATO!

29. Escolha do método  Características do método Eficiente, simples e rápido  Não deve implicar em danos aos materiais usados na análise  Não deve ser passível de erros sistemáticos  Ter boa seletividade  Se possível, ter mínima manipulação Resultados devem ser obtidos com a máxima segurança operacional

30. fatoreconômico! compromissoentre a exatidãorequerida e o tempo e recursosdisponíveispara a análise UMA ANÁLISE QUANTITATIVA TÍPICA amostrarepresentativa 1 Essapropriedadedevevariar de uma forma conhecida e reprodutível com a concentraçãocAdo analito. Idealmente, a medida da propriedadeédiretamenteproporcionalàconcentração.

31. Processamento da Amostra! • Medidasdiretas? • Preparação da Amostra de Laboratório? • Sólido; líquidoougasoso? • AlteraçõesFísicas e Químicas?PREV

32. Como estudarAnálise Instrumental? EPB

33. Problemática: • O incidentecomeçouquando um guardaflorestalencontrou um cervo de caudabrancamorto, próximoa um lagonaregiãooeste de Kentucky. O guardaflorestalsolicitou a ajuda de um químico do laboratórioestadual de diagnósticoveterinárioparaencontrar a causa da morte, visandotentarprevenirfuturasmortes de cervos. • Poucosdiasapós o início das investigações, o guardaencontroumaisdoiscervosmortos no mesmo local.

34. Investigação? • Osinvestigadoresnotaramque a gramanosarredores dos postes da linha de transmissão de energiaestavaseca e descolorida. • Um ingredientecomumenteencontradoemherbicidasé o arsênioemalguma de suasváriasformas, incluindotrióxido de arsênio, arsenito de sódio, metanoarsenatomonossódico e metanoarsenatodissódico.

35. O Queocorreu? • saldissódicodo ácidometanoarsênico, CH3AsO(OH)2 - reatividade ante a grupos(S–H) • cisteína das enzimasde plantasreage com compostos de arsênio- a função da enzimaéinibida e a plantafinalmentemorre. • Infelizmente, efeitosquímicossimilaresacontecemtambémemanimais.

36. Como foianalisado? • Estratégiapara a determinação de arsênioemamostrasbiológicaspodeserencontradanosmétodospublicadospelaAssociação dos QuímicosAnalíticosOficiais (Association of Official Analytical Chemists – AOAC); • Este métodoenvolve a destilaçãodo arsêniocomoarsina, queéentãodeterminadapormedidascolorimétricas.

37. Processamento da Amostra: • oscervosforamdissecadose seusrins, removidosparaanálise- Cada rim foicortadoempedaços, triturado e homogeneizadoem um liquidificador de altavelocidade. • Trêsamostras de 10 g do tecidohomogeneizado de cadacervoforamcolocadasemcadinhos de porcelana. • Para se obterumasoluçãoaquosa do analitopara a análise, foinecessáriocalcinaraoar a amostraatéconvertê-la a cinzas- pentóxido de arsênio. • O sólidosecopresenteemcadacadinhofoientãodissolvidoemHCldiluído, queconverteu o As2O5 a H3AsO4solúvel.

38. Interferências • O arsêniopodeserseparado de outrassubstânciasquepodeminterferirnaanálisepelasuaconversãoàarsina, AsH3, um gásincolortóxicoqueéevolvidoquando a solução de H3AsO3étratada com zinco. • H3AsO3 + 3Zn + 6HCl AsH3(g) + 3ZnCl2+ 3H2O SoluçãoColorida

39. MedidaQuantitativa do Analito • Cor? Espectrofotometria! • um instrumentochamadoespectrofotômetro, paramedir a intensidade da corvermelhaformadanascubetas. • fornece um númerochamadoabsorbância, queédiretamenteproporcionalàconcentração da espécieresponsávelpela cor. • As absorbâncias das soluções-padrãocontendoconcentraçõesconhecidas de arsêniosãolançadasem um gráficoparaproduzirumacurva de cali- bração,

40. Essevalor écomparadocom a concentraçãodesejável. A diferençaéentãoutilizadaparadeterminaraçõesapropria- das (como a diminuição no uso de herbicidasà base de arsênio) de forma quegarantaqueoscer- vosnãosejamenvenenadosporquantidadesexcessivas de arsênio no meioambiente, quenesteexemploé o sistemacontrolado.

43. EstudarAnalítica…..

44. PADRONIZAÇÃO E CALIBRAÇÃO • Conceitos: • Precisão • Exatidão • Limite de detecção • Limite de quantificação • Etc.