validação

QUÍMICA ANALÍTICA AMBIENTAL
1º período de 2013
Aula 2:
Validação em Análises Ambientais
Prof. Rafael Sousa
Departamento de Química – UFJF
www.ufjf.br/baccan
NA AULA PASSADA ...
A QUÍMICA AMBIENTAL é uma ciência multidisciplinar
por envolver não só as áreas básicas da Química como também a
Biologia, a Geologia, a Ecologia e a Engenharia Sanitária
Estuda processos químicos que ocorrem no meio ambiente
Problemas causados pela poluição e/ou os impactos
negativos das atividades humanas
Conceito de “sustentabilidade”
- Reaproveitamento da água e tratamento de efluentes
- Menor consumo de recursos naturais (energia)
- Menor utilização de materiais (papel, madeira, ...)
- Coleta do lixo reciclável ...
Química
e
Engenharias
A QUÍMICA AMBIENTAL NÃO É UMA ÁREA “NOVA”...
A preocupação com o ambiente é antiga
Na década de 70 surgem alguns “resultados” desta preocupação
Legislações ambientais
Cada vez mais restritivas (preocupação com o destino dos
compostos químicos no meio ambiente)
Avaliação de riscos ambientais
Preocupação com o risco de exposição a novas moléculas
produzidas pelo homem, de cuja toxicidade pouco se sabia
VÁRIOS CONCEITOS E TERMOS TÉCNICOS EM
QUÍMICA AMBIENTAL, EX:
Meio-ambiente
Biosfera
Poluição
Poluente
Química Analítica:
Analítica:
determinação
e
monitoração
OS POLUENTES MAIS COMUNS
Compostos orgânicos voláteis (VOC), Compostos halogenados, Pesticidas, Metais
“pesados”, Hidrocarbonetos policíclicos aromáticos (PAH)
CLASSES (espécies orgânicas, inorgânicas e organometálicos)
NÃO ESQUECER DE ESPÉCIES INORGÂNICAS
Íons que ocorrem naturalmente no ambiente (águas)
podem ter sua concentração aumentada pelas atividades
antrópicas:
CN-, Cl-, Ca2+, Mg2+, PO43-, NH4+, NO3-, NO2-, H+, S2-, demais íons
metálicos
SABER como determinádeterminá-los !
Várias possibilidades
Técnicas instrumentais devem ser preferidas ...
NA QUÍMICA ANALÍTICA AMBIENTAL ...
Portabilidade de equipamentos
característica importante e desejável
A QUÍMICA ANALÍTICA AMBIENTAL ...
Portabilidade de equipamentos –
característica importante e desejável
Figura 4 – Cromatógrafo portátil** sendo
utilizado para medidas de VOCs pela CETESB.
“CROMATOGRAFIA GASOSA”
TÉCNICA MUITO IMPORTANTE EM QAA
(*) FONTE:
http://www.cetesb.sp.gov.br/gerenciamento--de
http://www.cetesb.sp.gov.br/gerenciamento
de--riscos/emergenciasriscos/emergencias-quimicas/84quimicas/84-cromatografocromatografo-a-gasgas-portatil, acessado 0505-05
05--13.
A QUÍMICA ANALÍTICA AMBIENTAL ...
Portabilidade de equipamentos
Característica importante e desejável
A maioria das análises não pode ser feita em campo ...
Muitos analitos precisam sofrer transformações químicas e passar por métodos de
purificação para tornar possível a sua determinação
AMOSTRAGEM ADEQUADA
Outra consideração importante:
importante: Variabilidade “natural” na composição de
amostras do mesmo tipo (Validação !)
METODOLOGIAS ANALÍTICAS EM QUÍMICA AMBIENTAL
“CROMATOGRAFIA GASOSA”
CONDIÇÕES EXPERIMENTAIS
ANÁLISES AMBIENTAIS
JÁ
ESTABELECIDAS
PARA
Cromatografia gasosa capilar)
capilar)
- COLUNAS: colunas capilares ((Cromatografia
Empacotada
Capilar
- Existem colunas capilares (comerciais) específicas para PHAs
-
FE apolar (metilpolisiloxanos ou fenilmetilpolisiloxanos)
- Para OPPs usam
usam--se FE semi
semi--polar e para outros compostos até mesmo pola
polarr
- Interferências (geralmente conhecidas):
- Ex:
Ex: Identificação de PCBs
necessários usar 2 colunas (FE ≠)
METODOLOGIAS ANALÍTICAS EM QUÍMICA AMBIENTAL
“CROMATOGRAFIA GASOSA”
CONDIÇÕES EXPERIMENTAIS
ANÁLISES AMBIENTAIS
JÁ
ESTABELECIDAS
PARA
- COLUNAS: colunas capilares (Cromatografia gasosa capilar)
- DETECÇÃO (alguns ex
ex):
):
FID ou MS PHAs
ECD pesticidas organoclorados
FPD pesticidas contendo P, S ou Sn
Tendência é usar MS:
MS: melhorar e /ou garantir a seletividade
Dificuldade importante: identificação de isômeros
Colunas quirais (ex:
ex: determinação de toxofenos)
toxofenos)
METODOLOGIAS ANALÍTICAS EM QUÍMICA AMBIENTAL
“CROMATOGRAFIA GASOSA”
CONDIÇÕES EXPERIMENTAIS
ANÁLISES AMBIENTAIS
JÁ
ESTABELECIDAS
PARA
- COLUNAS: colunas capilares (Cromatografia gasosa capilar)
- DETECÇÃO (algumas possibilidades)
Tendência é usar MS:
MS: melhorar e /ou garantir a seletividade
- APLICAÇÃO: principal técnica para determinação de pesticidas
Escolher cuidadosamente a configuração instrumental
- Injetor, coluna, detector, p. ex.
- Otimizar as condições instrumentais
(vazão do gás, temperatura do forno, necessidade de PI, ...)
Demonstrar confiabilidade a partir de ensaios de VALIDAÇÃO
VALIDAÇÃO EM ANÁLISES AMBIENTAIS
IMPORTÂNCIA
Garante a confiabilidade dos resultados
- Avalia sistematicamente o processo de aquisição dos dados
Conhecer o método
- Exatidão
- Precisão
LEMBRAR QUE A ANÁLISE SE INICIA NA AMOSTRAGEM
Etapa em que ocorrem a maior parte dos erros
- Erros comuns na amostragem
- “Tamanho” da amostra (heterogêneas)
- Escolha inadequada do ponto de coleta
- Horário da coleta (estação do ano, ...)
VALIDAÇÃO EM ANÁLISES AMBIENTAIS
O escopo de uma análise ambiental envolve
1- Definição do problema analítico
2- Definição do ponto de amostragem
- Georreferenciamento das amostras
3- Coleta da amostra
- Protocolos específicos (matriz)
Não existe uma regra que define:
- número
- quantidade
- frequencia da amostragem
- O analista deve ser minucioso na descrição (e na repetição)
do procedimento
VALIDAÇÃO EM ANÁLISES AMBIENTAIS
O escopo de uma análise ambiental envolve
1- Definição do problema analítico
2- Definição do ponto de amostragem
3- Coleta da amostra
4- Transporte das amostras para o laboratório
- Armazenagem adequada à amostra e analitos
5- Análise propriamente dita da amostra (etapa principal da validação)
validação)
6- Descartar as amostras após a sua “morte”
(tempo máximo em que a amostra é estável)
7- Avaliar os dados analíticos
- Recursos estatísticos são ferramentas úteis
(às vezes, indispensáveis)
VALIDAÇÃO EM ANÁLISES AMBIENTAIS
O escopo de uma amostragem ambiental envolve
1- Definição do problema analítico
2- Definição do ponto de amostragem
3- Coleta da amostra
4- Transporte das amostras para o laboratório
5- Análise propriamente dita da amostra (etapa principal da validação
validação))
6- Descartar as amostras após a sua “morte”
7- Avaliar os dados analíticos
Considerar os parâmetros analíticos mais importantes
-
Exatidão
-
Precisão
-
Limites de detecção e quantificação
Dependem da
“Curva de calibração padrão”
VALIDAÇÃO EM ANÁLISES AMBIENTAIS
Exatidão
- Grau de concordância entre o VALOR MEDIDO e o VALOR VERDADEIRO
- Expressa em “porcentagem de recuperação”
% rec.
rec.= concentração esperada x 100
concentração verdadeira
quanto mais próximo de 100%
100% MAIS EXATA é a medida/ análise
- QUAL é o valor verdadeiro para os analitos em uma amostra ambiental ?
Geralmente não é conhecido !
% rec. é determinada por meio de uma “fortificação
fortificação da amostra”
amostra
(experimento de adição e recuperação de analito)
% rec.
rec. = concentração amostra fort
fort.. – concentração amostra x 100
concentração correspondente à fortificação
VALIDAÇÃO EM ANÁLISES AMBIENTAIS
Exatidão
-
Com QUANTO FORTIFICAR a amostra ?
-
Com quantidades de analito entre 0,5 e 2 vezes o teor obtido
na amostra
-
Algumas recomendações (do Professor)
-
Testar mais de um nível de fortificação
-
Realizar o procedimento antes do preparo da amostra
-
Aguardar “um tempo” para integração do analito com a matriz
VALIDAÇÃO EM ANÁLISES AMBIENTAIS
Precisão
-
Grau de concordância entre medidas individuais de uma mesma
população
Método
de análise
C
preciso e exato !
B
preciso mas inexato
A
impreciso e inexato
valor
verdadeiro
Conc. do analito
VALIDAÇÃO EM ANÁLISES AMBIENTAIS
Precisão
-
-
Grau de concordância entre medidas individuais de uma mesma
população
Expressa
“desvio padrão” (S
S)
desvio padrão relativo (RSD
RSD)
diferença percentual relativa (RPD
RPD)
N
S=
Σ
(xi – x )2
i=1
N-1
RPD =
(X1 – X2)
X
RSD =
S
X
x 100
x 100
VALIDAÇÃO EM ANÁLISES AMBIENTAIS
Exatidão + Precisão = Análises quantitativas de boa qualidade
Limites de DETECÇÃO e QUANTIFICAÇÃO
-
Limite de detecção do método (MDL)
É a conc. mínima que pode ser medida e reportada com 99% de
confiança de que a conc. do analito é maior do que “zero” (EPA, 1984)
1984).
Cálculo::
Cálculo
1- Matriz livre de analito: reagentes (branco)
2- Fortificação do branco de 3 – 5x o teor esperado para o MDL
3- Análise do branco fortificado ( n > 7)
MDL = S x t , onde t 99%
99%, 6 graus de liberdade = 3,143
VALIDAÇÃO EM ANÁLISES AMBIENTAIS
Limites de DETECÇÃO e QUANTIFICAÇÃO
-
Limite de detecção do método (MDL)
Cálculo::
Cálculo
1- Matriz livre de analito: reagentes (branco)
2- Fortificação do branco de 3 – 5x o teor esperado para o MDL
3- Análise do branco fortificado ( n > 7)
MDL = S x t , onde t 99%
99%, 6 graus de liberdade = 3,143
- matriz (≠ matrízes: ≠ métodos)
MDL é específico
- instrumento
VALIDAÇÃO EM ANÁLISES AMBIENTAIS
Limites de DETECÇÃO e QUANTIFICAÇÃO
-
Limite de detecção do método (MDL)
NÃO SE UTILIZA resultados no nível do MDL !
Apenas no nível do LIM. DE QUANTIFICAÇÃO PRÁTICO (PQL)
PQL é a menor conc. que pode ser determinada com confiabilidade atendendo
a níveis de precisão e exatidão durante condições operacionais de rotina
(EPA, 1996).
Cálculo: PQL = (2x a 10x) MDL
Recomendação:
O valor do PQL deve ser o 1º ponto da curva de calibração
padrão
VALIDAÇÃO EM ANÁLISES AMBIENTAIS
Curva de calibração
É um gráfico da Resposta instrumental x Concentração do analito :
absorbância
sinal elétrico
área de pico, ...
Absorbância (ua))
Padrões
Abs=
Abs
= 48,3x
48,3x + 0,24
r= 0,9987
Branco
0
Concentração (mg L-1)
1
VALIDAÇÃO EM ANÁLISES AMBIENTAIS
Curva de calibração
Características desejáveis::
- utilizar várias soluções padrões (n > 5)
- trabalhar preferencialmente com regressões lineares
Abs=
Abs
= 48,3x
48,3x + 0,24, r= 0,9987
sensibilidade
“b” deve ser sempre “pequeno”
Importante:
- O parâmetro “sensibilidade
sensibilidade” é diferente do parâmetro “detectabilidade
detectabilidade”
- Métodos mais sensíveis devem ser preferidos
VALIDAÇÃO EM ANÁLISES AMBIENTAIS
Curva de calibração
Características desejáveis::
- utilizar várias soluções padrões (n > 5)
- trabalhar preferencialmente com regressões lineares
- necessária para TODOS os métodos instrumentais
(principalmente espectroscópicos e cromatográficos)
Recomendação prática:
- Na rotina a necessidade de recalibrações deve ser
avaliada analisando-se padrões ou amostras de referência
VALIDAÇÃO EM ANÁLISES AMBIENTAIS
Curva de calibração
Recomendação prática:
- Na rotina a necessidade de recalibrações deve ser
avaliada analisando-se padrões ou amostras de referência
- Realizar a calibração na mesma sequencia do lote
de amostras
- Atentar-se ao uso de diluições diferentes para
amostras do mesmo lote
Os resultados finais terão correções diferentes !
BOAS PRÁTICAS DE LABORATÓRIO
OS PRINCÍPIOS DA QUÍMICA ANALÍTICA AMBIENTAL
Amostragem adequada
Uso de métodos apropriados ao nível do(s) analito(s) a
serem quantificados
Garantir a confiabilidade dos resultados (validação)
- Conhecendo os níveis da EXATIDÃO e PRECISÃO
A dotar procedimentos “amigos” do
ambiente sempre que possível
Bibliografia Consultada
1- BAIRD, C. Química Ambiental, São Paulo, Bookman,
Bookman, 2ª ed., 2005.
2- http://qnesc.sbq.org.br/online/cadernos/01/introd.pdf. Acessado em 13/11/2012.
13/11/2012.
5- ZHANG, C. Fundamentals of Environmental Sampling and Analysis
Analysis,, New Jersey, Wiley & Sons,
2007.
6 - Santos, F. J., Galceran
Galceran,, M. T. The Application of Gas Chromatography to Environmental
Analysis,, Trend Anal. Chem
Analysis
Chem.. 21 (2002) 672.
8- NASCENTES, C. C.; COSTA, L. M., Química Ambiental, Universidade Federal de Minas Gerais,
2011, p. 1 – 43.