Capítulo 1. Introdução à Análise Química

Capítulo 1. Introdução
à Análise Química
Profa Alessandra Smaniotto
QMC 5325 - Química Analítica
Curso de Graduação em Farmácia
Turmas 02102A e 02102B
Química Analítica
• Ciência que estuda o conjunto de princípios,
leis, métodos e técnicas cuja finalidade é a
determinação da composição química de
uma amostra natural ou artificial;
• É o ramo da química que se ocupa da
identificação e quantificação de um ou
vários dos componentes químicos de uma
dada amostra.
Análise química
A análise química pode ser definida como a
aplicação de um processo ou de uma série de
processos para identificar ou quantificar uma
substância, ou os componentes de uma solução
ou mistura, ou ainda, para determinar a
estrutura de compostos químicos.
Qualitativa x Quantitativa
• Análise qualitativa
Reconhecimento ou identificação dos elementos,
compostos ou grupos químicos presentes em uma
determinada amostra. (qualificar!)
• Análise quantitativa
Determinação das quantidades em que tais
elementos, compostos ou grupos químicos se
encontram na amostra. (quantificar!)
Qual a importância da Química
Analítica para a Farmácia?
Aplicações da Análise Química
no campo farmacêutico
• Controle de qualidade de matérias primas e produtos;
• Estudos farmacológicos, toxicológicos, farmacocinéticos
e de estabilidade;
• P&D de novos princípios ativos e medicamentos;
• Desenvolvimento de kits de diagnóstico;
• Fabricação de cosméticos e outros produtos de higiene
pessoal;
• Etc..
Como garantir a qualidade do
medicamento?
Para garantir a qualidade, o farmacêutico depende da
Química Analítica!
①É necessário garantir a qualidade de cada um dos
componentes;
②Durante o processo de elaboração, os parâmetros de
produção devem ser checados constantemente;
③O produto final é submetido a uma série de análises
para comprovar se está apto para administração.
É encontrada a
descrição de todas as
análises às quais devem
ser submetidos tanto as
matérias primas quanto
os produtos finalizados
Critério de qualidade
• Matérias primas e produtos importados;
• Armazenamento.
Método Analítico
• Método analítico é o conjunto de operações físicas e
químicas que permite identificar e/ou quantificar
um componente ou grupo de componentes químicos
(os analitos) no sistema material que os contém
(amostra);
• A complexidade da composição (matriz) da amostra
determina o processamento ao qual deverá ser
submetida para alcançar os melhores resultados para
a análise que se tem por objetivo.
• Analisam-se amostras e determinam-se substâncias!
Aplicação de um método analítico
• Para se aplicar um método analítico, é
imprescindível discernir claramente qual é a
amostra, quais são as características da matriz
e qual é o analito;
• Exemplo: comprimidos de KCl
- determinação da pureza da matéria-prima KCl;
- controle de qualidade de um lote de
comprimidos de KCl.
Princípios dos
métodos analíticos
• Reprodutibilidade de reações químicas adequadas;
• Medidas elétricas apropriadas;
• Medida de propriedades espectroscópicas;
• Deslocamento característico de uma substância
em um meio definido, em condições controladas;
• Dois ou mais desses princípios em combinação.
Classificação dos
métodos analíticos
Classificação de acordo com a natureza da medida final:
•Métodos clássicos
Envolvem a aplicação de uma reação química da
qual o composto que se deseja determinar participa.
•Métodos instrumentais
Conjunto de procedimentos baseados na medida
instrumental de alguma propriedade físico-química
das substâncias que proporciona informação sobre a
estrutura ou composição química.
Métodos instrumentais
• Em geral mais rápidos e sensíveis (aplicáveis em
concentrações muito pequenas para serem
determinadas pelos métodos clássicos);
• É necessário calibrar o equipamento usando uma
amostra de material de composição conhecida como
referência;
• Um analista nunca deverá investir tempo e recursos para
obter mais exatidão e precisão em uma análise cujos
resultados já estejam à altura do nível de exigência
requerido com um procedimento mais simples.
Classificação dos
métodos analíticos
Classificação de acordo com os dados gerados:
•Análise aproximada
quantidade de cada elemento em uma amotra, mas
não os compostos presentes;
•Análise parcial
alguns constituintes da amostra;
•Análise de traços
constituintes presentes em quantidades muito pequenas;
•Análise completa
proporção de cada componente na amostra.
Escala de trabalho
• Macro: ≥ 0,1 g
• Meso (semimicro): entre 10-2 e 10-1 g
• Micro: entre 10-3 e 10-2 g
• Submicro: entre 10-3 e 10-4 g
• Ultramicro: < 10-4 g
• Traços: entre 102 e 104 μg g-1 (100 a 10.000 ppm)
• Microtraços: entre 10-1 e 102 pg g-1 (10-7 a 10-4 ppm)
• Nanotraços: entre 10-1 e 102 fg g-1 (10-10 a 10-7 ppm)
Escala de trabalho
• 1 a 100%: constituinte principal
• 0,01 a 1%: constituinte secundário
• < 0,1%: constituinte traço
• Massa da amostra entre 0,1 e 1 mg:
0,01%: análise de subtraço
nível de microtraço: submicrotraço
• Massa da amostra < 0,1 mg:
nível de traço: ultratraço
nível de microtraço: ultramicrotraço
Sensibilidade, seletividade
e especificidade
• Seletividade e especificidade significam a capacidade de
distinguir o analito de outras espécies na amostra
(evitando interferências);
• Um método específico deve ser capaz de medir com
acurácia a quantidade da substância de interesse, sejam
quais forem as outras substâncias presentes;
• Um método seletivo pode determinar um grupo limitado
de substâncias na presença de muitas outras substâncias;
• A sensibilidade é a capacidade do método de responder
de forma confiável e mensurável às variações de
concentração do analito.
Etapas de uma análise
1. Formular uma questão
2. Selecionar o método analítico
3. Amostragem
4. Preparo da amostra
5. Análise
6. Apresentação dos resultados
1. Formular uma questão
Traduzir questões gerais em questões
específicas que possam ser respondidas
por meio de medidas químicas
2. Seleção do método
Encontrar na literatura procedimentos apropriados ou,
se necessário, desenvolver um novo procedimento para
realizar a análise desejada.
•Compêndio de métodos: Handbook of Analytical
Chemistry (Meites);
•Coleções de referência: Treatise on analytical chemistry
(Kolthoff e Elving), Comprehensive analytical chemistry
(Wilson e Wilson);
•Métodos padronizados publicados por entidades
oficiais: ASTM, British Standards Institution, ABNT.
Revisões seriadas:
• Analytical Chemistry, Fundamental Review (ACS): revisão de
desenvolvimentos mais significativos nos últimos 2 anos nos mais
diversos ramos da Química Analítica.
• Analytical Chemistry, Application Review (ACS): trabalhos recentes em
áreas específicas como análise de água, química clínica, produtos de
petróleo, poluição do ar.
Periódicos especializados:
• Analytical Chemistry
• Analytica Chimica Acta
• Analytical Letters
• Applied Spectroscopy
• Journal of Electroanalytical Chemistry
• Spectrochimica Acta
• Talanta
• The Analyst
www.periodicos.capes.gov.br
Fatores a serem considerados
na seleção do método
• Exatidão x custo.
• Quantidade de amostra disponível: métodos clássicos e
métodos instrumentais.
• Complexidade da amostra e possíveis interferentes.
• Teor do analito na amostra.
• Recursos disponíveis no laboratório,
analíticos e reagentes químicos;
• Experiência do analista.
equipamentos
3. Amostragem
• É o processo de seleção do material a ser analisado;
• Coleta de uma quantidade suficiente de um material
que seja representativo da composição química de
todo o material, evitando contaminações e
preservando adequadamente o analito.
• Etapa inicial crítica – pode significar o sucesso ou
comprometimento de todo o processo analítico
“porcaria gera porcaria”;
Construindo uma amostra
representativa
• Material aleatoriamente heterogêneo
As diferenças de composição ocorrem aleatoriamente e
em uma estreita escala;
Para coletar uma amostra aleatória, devemos dividir
visualmente o material em frações e coletar porções
de um número desejado de frações escolhidas ao
acaso
Construindo uma amostra
representativa
• Material heterogêneo segregado
Nesse material regiões diferentes apresentam
composições diferentes;
A amostra complexa representativa do todo é chamada
de compósito.
Obs: um material é heterogêneo se suas partes constituintes podem
ser distinguidas visualmente ou com auxílio de um microscópio
(ex. carvão, tecidos animais e solo).
4. Preparo da amostra
É o processo em que uma amostra
representativa é convertida em uma forma
apropriada para a análise química.
ANALITO
Sinal Analítico
Formação
de
precipitado
Variação de
massa
Evolução de
gás
Variação de
volume
Mudança de
cor
Variação de
temperatura
Fatores a serem considerados
na preparação da amostra
• Natureza química do analito;
• Concentração do analito na matriz;
• Caracterísitica da matriz (homogeneidade,
estabilidade, volatilidade, solubilidade)
• Natureza química dos interferentes;
• Características do método analítico selecionado.
A amostra é solúvel?
sim
Realização da
dissolução química
Propriedade
mensurável?
não
Mudança da
forma química
sim
Eliminação das
interferências (clean-up)
Análise
não
Algumas técnicas
empregadas no preparo
• Diluição;
• Extração sólido-líquido;
• Clarificação;
• Destilação;
• Incineração;
• Digestão.
Réplicas
• Réplicas de amostras são as porções de um material
que possuem o mesmo tamanho e que são tratadas
pelo mesmo procedimento analítico exatamente da
mesma forma;
• Melhoram a qualidade dos resultados e fornecem
uma medida da confiabilidade;
• São geralmente expressas em termos da média e
vários testes estatísticos são executados para
estabelecer a confiabilidade.
Eliminação de interferências
• Interferência ou interferente é uma espécie que
causa erro na análise pelo aumento ou atenuação da
quantidade que está sendo medida;
• Buscar diferenças em propriedades físicas e químicas;
• Não há regras claras e rápidas para a eliminação de
interferências, pode ser o aspecto + crítico da análise;
• Técnicas e reações que funcionam para um único
analito são denominadas específicas; as que se
aplicam a poucos analitos são chamadas seletivas.
5. Determinação analítica
A condição fundamental é que a propriedade X que
está sendo medida deve variar de forma conhecida e
reprodutível com a concentração do analito.
CA α X
CA = kX
O processo de determinação de k é chamado calibração.
6. Apresentação dos resultados
• Caderno de laboratório
- Descrever o que foi feito;
- Descrever o que foi observado;
- Estar escrito de maneira compreensível para outros.
• Representação de dados numéricos
Os resultados estão sujeitos a alguma incerteza e é
necessário estabelecer a grandeza da incerteza para
que os resultados tenham algum sinificado.
Média ± Desvio Padrão
Interpretação dos resultados
• A matéria prima está apta para utilização na
elaboração das formulações correspondentes?
• Deve ser efetuada alguma correção no processo
tecnológico de fabricação do medicamento?
• O medicamento produzido está apto para
distribuição à população ou exportação?
• O novo fármaco apresenta impurezas em níveis de
concentração que possam ser prejudiciais à saúde?
• O medicamento armazenado manteve a sua
qualidade e pode ser distribuído?
Habilidades a serem
desenvolvidas ao longo do curso
• Conhecer e identificar os métodos clássicos de
análise quantitativa;
• Aplicar os princípios, conceitos e leis em que se
fundamentam esses métodos;
• Interpretar corretamente a linguagem analítica
utilizada na literatura farmacêutica;
• Avaliar as possibilidades de aplicar diferentes
métodos de análise de acordo com as características
físico-químicas de uma determinada amostra;
Habilidades a serem
desenvolvidas ao longo do curso
• Ser capaz de realizar os cálculos necessários para a
execução da análise e determinação dos resultados e
expressá-los corretamente;
• Interpretar cientificamente os resultados e
estabelecer conclusões correlacionadas com os
objetivos iniciais da análise;
• Detectar as possíveis fontes de erro em uma
determinada análise e propor a melhor forma de
minimizá-las.