Tese Hadla S Ferreira

UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA
INSTITUTO DE QUÍMICA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM QUÍMICA
Hadla Sousa Ferreira
Desenvolvimento de estratégias analíticas para determinação de
cádmio e chumbo em amostras de água de refinaria e especiação
de arsênio e antimônio em amostras de alimentos
Salvador - Ba
março / 2009
Hadla Sousa Ferreira
Desenvolvimento de estratégias analíticas para determinação de
cádmio e chumbo em amostras de água de refinaria e especiação
de arsênio e antimônio em amostras de alimentos
Tese de doutorado apresentada ao Programa de
Pós-Graduação em Química, Instituto de Química,
Universidade Federal da Bahia, como requisito
para a obtenção do grau de Doutor em Ciências /
Área de concentração Química Analítica.
Orientador: Profº Dr. Sérgio Luís Costa Ferreira
Salvador - Ba
Março / 2009
F383 Ferreira, Hadla Sousa.
Desenvolvimento de estratégias analíticas para determinação de cádmio e
chumbo em amostras de água de refinaria e especiação de arsênio e
antimônio em amostras de alimentos. / Hadla Sousa Ferreira. - 2009.
150f. : il.
Orientador: Prof. Dr. Sérgio Luís Costa Ferreira.
Tese (doutorado) - Universidade Federal da Bahia, Instituto de Química,
Salvador, 2009.
1. Espectrometria de absorção atômica. 2. Petróleo - resíduos. 3.
Vegetais - contaminação. 4. Vinhos. 5. Hidreto. I. Ferreira, Sérgio Luís
Costa. II. Universidade Federal da Bahia. Instituto de Química. II. Título.
CDU: 543.421
“Para desenvolver uma mente completa,
estude a arte da ciência;
estude a ciência da arte.
Aprenda a enxergar.
Perceba que tudo se conecta a
tudo”.
Leonardo da Vinci
À minha mãe, Antonia Sousa e a
meus irmãos, Hadma, Hyrlam,
Harlam e Hyderlam.
AGRADECIMENTOS
 A Deus por ter me dado vida e estado sempre presente na minha caminhada, sem ele
não conseguiria.
 A minha família, por todo amor, carinho, incentivo, apoio e compreensão.
 Ao professor Dr. Sérgio Luis Costa Ferreira, por ter me recebido como filha no seu
grupo de pesquisa e me dado uma oportunidade de crescimento profissional; por sua
orientação presente no desenvolvimento do meu mestrado e doutorado; seu apoio,
carinho e sobretudo sua valiosa amizade.
 A Universidade de Valência, Espanha, e os Profs Dr. Miguel de la Guardia e Drª
Mariza Cervera pela orientação no Doutorado Sanduíche no Exterior.
 Ao coordenador da pós-graduação e a todos os professores e funcionários que fazem
parte e contribuem para formação de mestres e doutores.
 Ao CNPq pelas bolsas de doutorado no país e doutorado sanduíche no exterior.
 Ao prof. Dr. Antonio Celso Spínola pela amizade e incentivo.
 A profª Drª Maria das Graças Korn pela colaboração.
 Aos professores, Marcos Bezerra, Anderson Souza, Neyla e Ana Pinto pelo
incentivo e amizade.
 À Cristóvão e Paulo, funcionários competentes e adoráveis, que facilitam nossas
vidas em todas as horas.
 Ao Dr Geraldo Matos pela parceria no desenvolvimento de trabalhos e pela
amizade.
 Aos meus colegas e amigos Lindomar, Pedro e Rennan Geovany, pelo apoio e pala
amizade.
 Aos colegas do Grupo de Pesquisa em Química e Quimiometria (GRPQQ) e do
Grupo de Pesquisa em Química Analítica (GPQA).
.
SUMÁRIO
LISTA DE FIGURAS
LISTA DE TABELAS
ABREVIATURAS E SIGLAS
RESUMO
ABSTRACT
INTRODUÇÃO GERAL........................................................................................................1
OBJETIVOS...........................................................................................................................2
CAPÍTULO 1- PROCEDIMENTOS ANALITICOS UTILIZANDO SISTEMA DE PRÉCONCENTRAÇÃO EM FASE SÓLIDA E TS- FF- AAS PARA DETERMINAÇÃO DE
CÁDMIO E CHUMBO
1 Métodos de separação e pré-concentração...........................................................................5
1.1 Extração em fase sólida (EFS).................................................................................5
1.1.1 Princípios Básicos.....................................................................................6
1.1.2 Sistemas de EFS em linha.........................................................................7
1.2 Parâmetros que caracterizam sistemas de pré-concentração em linha..............................9
1.3 Extração de cádmio........................................................................................................12
1.4 Extração de chumbo.......................................................................................................14
1.5 Espectrometria de absorção atômica com tubo na chama ( TS FF AAS).......................15
CAPÍTULO 2- METODOLOGIAS PARA DETERMINAÇÃO DE ARSÊNIO E
ANTIMÔNIO
2.1 O elemento químico arsênio..........................................................................................20
2.2 O elemento químico antimônio......................................................................................22
2.3 Metodologias para determinação de antimônio e arsênio em amostras sólidas............24
2.3.1 Preparo da amostras para determinação de arsênio total.................................25
2.3.2 Preparo de amostra para determinação de antimônio total.............................26
2.3.3 Estratégia de análise de especiação..................................................................29
2.3.4 Métodos de extração de arsênio.......................................................................31
2.3.5 Métodos de extração de antimônio...................................................................32
2.4. Métodos de detecção com geração de hidreto por espectrometria atômica...................32
2.4.1 Geração de Hidreto ..........................................................................................32
2.4.2 Espectrometria de absorção atômica (AAS)....................................................34
2.4.2.1 Atomização em tubo de quartzo com chama e elétrico...................34
2.5 Espectrometria de fluorescência atômica (AFS).............................................................36
2.6 Análise de especiação não-cromatográfica de arsênio e antimônio por técnicas de.
espectrometria atômica com geração de hidreto...................................................................37
2.6.1 Análise de especiação de arsênio........................................................................38
2.6.1.1 Análise de especiação baseada na seletividade da HG......................38
2.6.1.2 Técnica de FI- HG – AAS.................................................................39
2.6.1.3 Técnica de HG – AFS........................................................................40
2.6.1.4 Técnica de geração de hidreto eletroquímica (EcHG).......................42
2.6.2 Análise de especiação de antimônio...................................................................42
2.6.2.1 Análise de especiação baseada na seletividade da HG......................42
2.6.2.2 Técnica de FI- HG – AAS.................................................................43
2.6.2.3 Técnica HG - GF AAS e AFS...........................................................44
CAPÍTULO 3 DETERMINAÇÃO DE CÁDMIO E CHUMBO EM EFLUENTES
SALINOS DE REFINARIA DE PETRÓLEO APÓS CONCENTRAÇÃO ON-LINE EM
UM SISTEMA DE INJEÇÃO EM FLUXO ACOPLADO A UM TS FF AAS
3.1 Introdução.......................................................................................................................47
3.2 Parte Experimental.........................................................................................................49
3.2.1 Instrumentação e Acessórios..............................................................................49
3.2.2 Reagentes............................................................................................................50
3.2.3 Preparação da minicoluna...................................................................................51
3.2.4 Sistema de pré-concentração on-line.................................................................52
3.2.5 Otimização..........................................................................................................52
3.3 Resultados e Discussão...................................................................................................54
3.3.1 Determinação das condições experimentais do sistema on - line ......................54
3.3.2 Características analíticas.....................................................................................60
3.3.3 Exatidão do método desenvolvido......................................................................62
3.3.4 Aplicação ...........................................................................................................63
3.4 Conclusão........................................................................................................................65
CAPÍTULO 4. DESENVOLVIMENTO DE UM MÉTODO NÃO-CROMATOGRÁFICO
PARA ANÁLISE DE ESPECIAÇÃO DE ANTIMÔNIO E ARSÊNIO EM AMOSTRAS
DE VEGETAIS POR HG AFS
4.1 Introdução.......................................................................................................................67
4.2 Parte Experimental..........................................................................................................69
4.2.1 Instrumentação e Acessórios..............................................................................69
4.2.2 Reagentes............................................................................................................71
4.2.3 Material de Referência e Amostra......................................................................73
4.2.4. Procedimento geral ...........................................................................................73
4.2.4.1. Preparo de amostra...........................................................................73
4.2.4.2. Mineralização por via seca para determinação de antimônio e
arsênico total em amostra de vegetais..........................................................73
4.2.4.3. Extração ultrasônica para determinação de espécies de antimônio e
arsênico..........................................................................................................74
4.3 Resultados e Discussão.................................................................................................75
4.3.1 Seleção das condições de extração para determinação de antimônio e arsênio
tóxicos..........................................................................................................................75
4.3.1.1 Extração de antimônio em amostras de cogumelo............................75
4.3.1.2 Extração de arsênico em amostras de alho........................................76
4.3.2 Análise de Especiação........................................................................................78
4.3.3 Características analíticas.....................................................................................79
4.3.4 Exatidão do método desenvolvido......................................................................80
4.3.5 Análise das amostras de cogumelos...................................................................81
4.3.6 Análise das amostras de alho..............................................................................82
4.4 Considerações Finais......................................................................................................84
CAPÍTULO 5 DETERMINAÇÃO DE ARSÊNICO TOTAL EM AMOSTRAS DE VINHO
COMERCIALIZADAS NO BRASIL POR HG AAS
5.1. Introdução......................................................................................................................86
5.2. Parte Experimental.........................................................................................................88
5.2.1 Instrumentação e Acessórios..............................................................................88
5.2. 2 Reagentes...........................................................................................................90
5.2.3 Procedimento geral.............................................................................................91
5.2.3.1 Amostra.............................................................................................91
5.2.3.2 Mineralização por via seca para determinar arsênio total em
vinho.............................................................................................................91.
5.2.3.3 Determinação de arsênio total em amostras de vinho.......................91
5.2.4 Otimização..........................................................................................................92
5.3 Resultados e Discussão...................................................................................................93
5.3.1 Otimização do procedimento de pré-concentração.............................................93
5.3.2 Estudo do tipo de Atomizador............................................................................96
5.3.3. Características Analíticas...................................................................................96
5.3.4 Exatidão do método............................................................................................97
5.3.5 Aplicação do método desenvolvido....................................................................98
5.4. Considerações Finais....................................................................................................101
CONSIDERAÇÕES FINAIS..............................................................................................102
REFERÊNCIAS.................................................................................................................104
LISTA DE FIGURAS
..............................................................................................................................................Pg
Figura 1.1 Etapas da extração em fase sólida........................................................................7
Figura 1.2 Representação esquemática das etapas de um procedimento de extração em fase
sólida usando minicolunas......................................................................................................8
Figura 1.3 Diagrama esquemático do TS-FF –AAS............................................................16
Figura 1.4 Comparação do sinal do padrão de Pb obtidos com TS-FF-AAS e com
FAAS.....................................................................................................................................17
Figura 3.1 Coluna empregada no sistema analítico em linha. Fase sólida – XAD 7
impregnada com ditizona, TP: Tubo plástico usado para soro (equipo), TG: Tubo Tygon,
TC: tubo capilar de Teflon....................................................................................................51
Figura 3.2 Diagrama esquemático do sistema de pré-concentração de Cd ou Pb, acoplado
ao TS-FF-AAS. ....................................................................................................................53
Figura 3.3 Representação do desenho Box-Behnken como resultado da interlocação de
desenhos fatoriais 22. ............................................................................................................53
Figura 3.4 Superfícies de respostas para o planejamento obtido pelo ajuste de uma função
quadrática aos dados da tabela 3.2........................................................................................57
Figura 3.5 Superfícies de respostas obtidas para cádmio pelo ajuste de uma função
quadrática aos dados da tabela 3.2........................................................................................58
Figura 4.1 Sistema em fluxo empregado para determinação de antimônio e arsênio por HG
AFS.......................................................................................................................................70
Figura 5.1 Sistema em fluxo para geração de hidreto por AAS..........................................89
Figura 5.2 Superfícies de respostas para o planejamento obtido pelo ajuste de uma função
quadrática aos dados da tabela 5.2........................................................................................95
Figura 5.3 Concentração de arsênio (µg L-1) em amostras de vinho brasileiros................100
LISTA DE TABELA
.........................................................................................................................................Pg
Tabela 2.1. Valores experimentais de LD50 (dose letal para 50% de uma população) de
espécies de As.......................................................................................................................22
Tabela 3.1-Parâmetros instrumentais para determinação de cádmio e chumbo por TS-FFAAS.......................................................................................................................................50
Tabela 3.2 Matriz do planejamento Box-Behnken com valores reais codificados..............55
Tabela 3.3 Análise de variância (ANOVA) para (a) cádmio e (b) chumbo.........................59
Tabela
3.4
Determinação
de
cádmio
e
chumbo
em
material
de referência
certificado..............................................................................................................................62
Tabela 3.5 Determinação de cádmio e chumbo em amostras de efluente hídrico de refinaria
de petróleo ............................................................................................................................63
Tabela 3.6 Comparação entre diferentes sistemas de pré-concentração para determinação
de cádmio e chumbo por espectrometria de absorção atômica.............................................64
Tabela 4.1 Condições químicas e instrumentais empregadas para determinação de Sb e As
total e espécies por HG-AFS................................................................................................71
Tabela 4.2 Estudo de agentes extratantes para determinação de antimônio em
cogumelos.............................................................................................................................77
Tabela 4.3 Estudo de agentes extratantes para determinação de arsênio em amostra de
alho........................................................................................................................................77
Tabela 4.4 Características analíticas do método desenvolvido............................................79
Tabela 4.5. Recuperação de espécies de antimônio, utilizando adição de analito em
amostras de cogumelos analisadas por HG-AFS..................................................................81
Tabela 4.6. Recuperação de espécies de arsênio, utilizando adição de analito em amostras
de alho analisadas por HG-AFS............................................................................................81
Tabela 4.7. Análise de especiação não-cromatográfica do material de referência certificado
NIST 1573a (tomato leaves).................................................................................................81
Tabela 4.8. Concentrações de espécies de Sb em amostras de cogumelos comerciais,
determinadas por HG-AFS....................................................................................................83
Tabela 4.9 Concentrações de espécies de As em amostras de cogumelos comerciais,
determinadas por HG-AFS................................................................................................... 83
Tabela 5.1 Condições químicas e instrumentais empregadas para determinação de As total
por HG-AAS.........................................................................................................................89
Tabela 5.2 Matriz de planejamento Box-Behnken para otimização das condições de
geração de hidreto.................................................................................................................94
Tabela 5.3 Curvas de calibração para As usando atomização eletrotérmica e atomização na
chama para o sistema de FI-HG - AAS.................................................................................96
Tabela 5.4 Características analíticas do método desenvolvido............................................97
Tabela 5.5 Recuperação de arsênio total utilizando o teste de adição do padrão, em
amostras de vinhos analisada por HG-AAS..........................................................................98
Tabela 5.6 Determinação de arsênio total em amostras de vinhos comercializadas no
Brasil.....................................................................................................................................99
ABREVIATURAS E SIGLAS
ICP OES Plasma Indutivamente Acoplado à Espectrometria de Emissão Ótica
ICP-MS Plasma Indutivamente Acoplado à Espectrometria de Massa
HPLC Cromatografia Líquida de Alta Eficiência
FAAS Espectrometria de absorção atômica com chama
GF AAS Espectrometria de absorção atômica em forno de grafite
ET AAS Espectrometria de absorção atômica com atomização eletrotérmica
AAS Espectrometria de absorção atômica
BIFF-AAS do inglês, Beam Injection Flame Furnace Atomic Absorption Spectrometry
TS-FF-AAS Espectrometria de absorção atômica baseada em spray térmico – do inglês,
Thermospray Flame Furnace Atomic Absorption Spectrometry
HG – ET- AAS Espectrometria de absorção atômica com atomização eletrotérmica e
geração de hidreto.
CPE Extração em Ponto Nuvem
EFS Extração em Fase Sólida
THB Tetrahidroborato
ABS Absorvância
ANOVA Análise de Variância
LD Limite de detecção
LQ Limite de quantificação
RSD Desvio padrão relativo
RESUMO
Neste trabalho, foram desenvolvidos métodos para determinação de cádmio e chumbo em
amostras ambientais e antimônio e arsênio em amostras de alimentos, utilizando técnicas de
espectrometria atômica. A determinação do cádmio e do chumbo foi realizada através de
um sistema de injeção em fluxo acoplado a técnica TS FF AAS. Os íons de cádmio (II) e
chumbo (II) foram retidos em uma mini-coluna de Amberlite de XAD – 7 impregnada com
ditizona. O planejamento Box- Behnken foi empregado para determinação das condições
ótimas da etapa de concentração do chumbo e do cádmio. Os limites de detecção foram de
0,012 e 0,34 µg L-1 para cádmio e chumbo, respectivamente. O método foi aplicado em
amostras de resíduos de refinaria de petróleo. A exatidão foi confirmada por análise da
CRM NIST 1643d. Foi também desenvolvido um método para determinação de espécies
tóxicas de arsênio e antimônio em amostras de alho e cogumelos, respectivamente por HG
AFS. A determinação das espécies (III) e (V) de arsênio e antimônio foram baseadas na
eficiência de geração de hidreto empregando NaBH4, com e sem uma prévia redução com
KI, usando equações proporcionais correspondentes para as duas condições de medida. Os
analitos foram extraídas com ácido sulfúrico nas condições de 1,0 e 0,5 mol L-1 para arsênio
e antimônio, respectivamente. Com o método desenvolvido obteve-se limites de detecção
de 0,6, 1,1, 0,84 e 1,4 ng g-1 para Sb(III), Sb(V), As(III) e As(V), respectivamente. A
exatidão do método foi confirmada através de testes de adição e recuperação das espécies
bem como, um material de referência certificado NIST 1573a. Um método para
determinação de arsênio total em vinho também foi desenvolvido. O arsênio foi
determinado por FI-HG AAS com um sistema de atomização eletrotérmica. O
planejamento Box-Behnken foi utilizado na determinação das condições ótimas para
geração de hidreto. Com método proposto obteve um limite de detecção de 0,06 µg L-1 e foi
aplicado em 20 amostras de vinhos comercializadas do Brasil.
Palavras Chaves: espectrometria de absorção atômica com geração de spray térmico,
espectrometria atômica com fluorescência atômica e geração de hidreto, espectrometria de
absorção atômica com geração de hidreto, efluentes de refinaria de petróleo, amostras de
vegetais, vinhos.
ABSTRACT
In this work, methods were developed for determination of cadmium and lead in
environmental samples besides antimony and arsenic in food samples using atomic
spectrometric techniques. The determination of cadmium and lead was performed by a flow
injection system technique coupled with TS FF AAS. The ions of cadmium (II) and lead
(II) were retained in an Amberlite XAD – 7 mini-column impregnated with dithizone. The
Box-Behnken design was employed to determine the optimum conditions of the
concentration stage of lead and cadmium. The detection limits were 0.012 and 0.34 µg L-1
for cadmium and lead, respectively. The method was applied to samples of waste from oil
refinery. The accuracy was confirmed by CRM NIST 1643d analysis. It was also developed
a method for determination of arsenic and antimony toxic species in samples of garlic and
mushrooms, respectively, by HG AFS. The determination of the species (III) and (V) of
arsenic and antimony were based on the efficiency of hydride generation using NaBH4 with
and without a previous reduction with KI, using proportional equations corresponding to
the two measuring conditions. The arsenic and antimony were extracted with sulfuric acid
under 1.0 and 0.5 mol L-1conditions, respectively. Along with the developed method
detection limits of 0.6, 1.1, 0.84 and 1.4 ng g-1 for Sb (III), Sb (V), As (III) and As (V) were
obtained, respectively. The accuracy of the method was confirmed through tests of addition
and recovery of species and a certified reference material NIST 1573a. A method for
determination of total arsenic in wine was developed. The arsenic was determined by FIHG AAS system with electrothermal atomisation. The Box-Behnken design was used in
determining the optimum conditions for hydride generation. The proposed method achieved
a detection limit of 0.06 μg L-1 and was applied on 20 samples of wine sold in Brazil.
Keywords: hydride generation atomic fluorescence spectrometry, thermospray flame
furnace atomic absorption spectrometry, hydride generation atomic absorption
spectrometry, oil refinery effluent samples of foods.
Introdução Geral
No meio ambiente, existem cerca de vinte elementos considerados tóxicos para
os humanos, incluindo cádmio, chumbo, arsênio e antimônio. Desta forma, é de grande
importância o entendimento dos mecanismos de translocação desses elementos no meio
ambiente e seus efeitos em sistemas biológicos. Em amostras de água e de alimentos, o
cádmio, chumbo, arsênio e antimônio geralmente encontram-se em quantidades traço. Isto
requer o desenvolvimento de métodos cada vez mais sensíveis, para determinação das
concentrações totais e também de suas espécies químicas, nestes tipos de amostras.
A espectrometria de absorção atômica com chama é uma técnica bastante
promissora para análise de rotina de metais em amostras ambientais e de alimentos, devido
ao seu baixo custo de manutenção e simplicidade de operação. Entretanto, o seu sucesso
depende do procedimento de introdução da amostra. No procedimento mais comum,
através de um nebulizador pneumático, ocorre perda de grande parte da amostra, menos de
10% da amostra aspirada é utilizada, sendo que sua maior parte é descartada. Esse
nebulizador também apresenta dificuldades quando são usadas soluções muito viscosas ou
com alto teor salino ou, ainda, quando se dispõe apenas de micro-volumes de amostra [1].
Uma alternativa para melhorar a sensibilidade da espectrometria de absorção
atômica em chama é o acoplamento de um sistema de geração de hidreto com atomização
da espécie de interesse em uma célula de quartzo (HG - AAS). Outra alternativa seria um
sistema com a formação de um spray térmico e atomização em um tubo de níquel (TS-FFAAS) . Ambas as técnicas possuem grandes vantagens em termos de sensibilidade e vêm
sendo empregadas para determinação de metais e ametais em amostras de alimentos e
ambientais, com características analíticas satisfatórias.
2
Os procedimentos de pré-concentração do analito também podem ser utilizados
para melhorar a sensibilidade e diminuir o efeito de matriz durante a análise [2]. Como por
exemplo, a extração em fase sólida, que pode ser utilizada para este fim, sendo que a
mesma possui a vantagem de permiti automação do sistema.
A espectrometria de fluorescência atômica com geração de hidreto é uma
técnica bastante sensível para determinação de metalóides em quantidades traço, como As e
Sb, em amostras ambientais e de alimentos [3]. Os limites de detecção na faixa de ng L-1
dispensam o uso de procedimentos de concentração.
Neste
trabalho,
foram
desenvolvidos
procedimentos
analíticos
para
determinação de cádmio e chumbo, em amostras de água de refinaria, e antimônio e arsênio
em amostra de alimentos, utilizando diferentes estratégias. A tese consta de uma parte
introdutória com fundamentações teóricas a respeito dos métodos desenvolvidos, e nos
últimos três capítulos serão apresentadas as estratégias analíticas desenvolvidas para
determinação do conteúdo total de metais e ametais, bem como as espécies químicas de
antimônio e arsênio inorgânicos.
Objetivo Geral
Desenvolver procedimentos para determinação de cádmio e chumbo em
amostra de água e especiação de antimônio e arsênio em amostra de alimentos, empregando
técnicas de espectrometria atômica.
3
Objetivos Específicos
 Desenvolver e validar um método analítico para quantificar cádmio e
chumbo em amostras de água com alto teor salino.
 Empregar
técnicas
quimiométricas
modernas
de
planejamento
de
experimentos na otimização do procedimento de pré-concentração.
 Utilizar o planejamento Box-Behnken como matriz experimental na
otimização da etapa de pré-concentração em fase sólida.
 Aplicar o procedimento de extração e pré-concentração em fase sólida para
melhor a sensibilidade do TS-FF-AAS.
 Desenvolver um método que permita a extração de espécies de arsênio e
antimônio em amostras de alho e cogumelo.
 Desenvolver um método analítico para determinação do conteúdo total e das
espécies químicas de antimônio e arsênio, por espectrometria de fluorescência atômica.
 Empregar a geração de hidreto com atomização eletrotérmica, para
quantificar arsênio em amostras de vinho.
 Avaliar o conteúdo total de arsênio em amostras de vinhos brasileiros.
4
CAPÍTULO 1
PROCEDIMENTOS ANALÍTICOS UTILIZANDO SISTEMA DE PRÉCONCENTRAÇÃO EM FASE SÓLIDA E TS - FF- AAS PARA
DETERMINAÇÃO DE CÁDMIO E CHUMBO
5
1- Métodos de separação e pré-concentração
Os métodos de separação e pré-concentração são de grande importância para
determinação de metais em quantidades traço. Estes métodos possibilitam a eliminação dos
efeitos de matriz e a diminuição do limite de detecção da técnica, utilizada no processo de
quantificação do analito. A pré-concentração também aumenta a sensibilidade, melhora a
precisão dos resultados e oferece alto grau de seletividade [2,4].
Os procedimentos de separação e pré-concentração do analito, desenvolvidos
para cádmio e chumbo, baseiam-se nas propriedades físico-químicas desses elementos.
Entre estes, podemos destacar: a extração líquida – líquido, deposição eletroanalítica, coprecipitação e precipitação, extração em ponto nuvem, e a extração em fase sólida [5,6]. A
extração em fase sólida está sendo mais utilizada, devido a sua simplicidade, facilidade de
automação, adequados fatores de pré-concentração e à elevada freqüência analítica.
1.1 Extração em fase sólida (EFS)
A extração em fase sólida baseia-se na partição do analito entre uma fase
aquosa e uma fase sólida adsorvente. Este fenômeno ocorre, através de adsorção física,
troca iônica ou reações de formação de complexos. A transferência da massa do analito é
favorecida através da seleção das condições ótimas no sistema composto da fase líquida,
pela substância escolhida e o sorvente, fase sólida. Após a retenção na fase sólida, processo
de sorção, o analito é re-extraído com um pequeno volume de eluente e, desta maneira,
recuperado. Este procedimento permite fatores de pré-concentração bastante elevados [7].
6
1.1.1 Princípios Básicos [7]
Um método de EFS é constituído de três a quatro sucessivas etapas, conforme
ilustrado, na Figura 1.1. Na primeira etapa, um sorbente sólido deve ser acondicionado
utilizando um solvente apropriado. Esta etapa é fundamental, pois permite a hidratação do
material empacotado e a solvatação dos grupos funcionais. No segundo passo, a amostra é
colocada em contato com a fase sólida. Dependendo do sistema utilizado, os volumes
podem variar de 1 mL a 1 L. A amostra pode ser introduzida na coluna por gravidade,
bombeamento, aspirada pelo vácuo ou por um sistema automatizado. A razão de fluxo da
amostra, através do sorbente, deve ser suficientemente baixa para permitir a retenção
eficiente dos analitos, e alta o suficiente para evitar um tempo excessivo. Os componentes
da matriz também podem ser retidos pelo sólido sorbente ou passarem através dele. Neste
último caso, permitindo assim a purificação (separação da matriz) da amostra.
A terceira etapa, que é opcional, ocorre à lavagem do sólido sorbente com um
solvente adequado, que possua uma baixa força de eluição, para remover os componentes
da matriz, que tenham sido retidos pela fase sólida, sem perda dos analitos.
A etapa final consiste na eluição dos analitos de interesse por um solvente
apropriado, sem remover componentes retidos da matriz. O volume do solvente deve ser
ajustado de forma a conseguir recuperações quantitativas do analito, com diluição reduzida.
Além disso, a razão de fluxo deve ser ajustada corretamente para assegurar a eficiência da
eluição.
7
Figura 2.1 Etapas da extração em fase sólida: (A) condicionamento; (B) sorção; (C)
lavagem; (D) eluição [7].
A extração pode ser feita em batelada, onde o sorbente sólido é misturado à
amostra por agitação e a fase sólida separada por filtração, ou em fluxo, na qual a extração
ocorre com a passagem da amostra por um pequeno tubo contendo a fase sólida
empacotada e pré-condicionada.
1.1.2- Sistemas de EFS em linha
A injeção em fluxo (FI) pode ser definida como um processo de automação de
procedimentos analíticos, nos quais a amostra em solução aquosa é introduzida em um
fluido carregador, que a transporta em direção ao detector. Durante o transporte da amostra,
seus componentes podem sofrer reações químicas e/ou passar por etapas de separação e
retenção de analito [8].
8
Os sistemas em fluxo são considerados promissores devido à versatilidade e
possibilidade de acoplamento com os mais distintos sistemas de detecção disponíveis, em
instrumentação analítica, pré-concentração eficiente, remoção de matriz, redução do
volume da amostra e reagentes, redução do risco de contaminação, apresentando custos
operacionais e de manutenção relativamente baixos.
Os sistemas de EFS em linha geralmente são compostos por diferentes
componentes, tais como; uma bomba peristáltica, amostradores, pontos de adição de
reagentes, reatores, colunas de troca iônica e comutadores, que deslocam o percurso do
analito de sua posição original até outra pré-selecionada, proporcionando uma grande
variedade de procedimentos analíticos O processo de pré-concentração usando a EFS em
linha ocorre basicamente em duas etapas, as quais envolvem a retenção e a eluição [10]. Na
Figura 1.2, encontra-se a representação esquemática das etapas.
Figura 1.2. Representação esquemática das etapas de um procedimento de extração em
fase sólida usando minicolunas. A: etapa de amostragem, B: etapa de eluição, C: coluna, V:
válvula, P: bomba peristáltica, S: amostra, E: Eluente e W: descarte.
9
Os sorventes podem ser empacotados em diferentes formas: cartuchos, seringas,
discos e mini-colunas [11,12,13]. Os sistemas de EFS baseados no uso de minicolunas
estão ganhando destaque na química de separação, porque apresentam algumas vantagens,
que incluem a facilidade de operação, a robustez e a versatilidade devido ao grande número
de sorventes, reagentes complexantes e eluentes. Entretanto, níveis diferenciados de
resistência à passagem do fluxo e a necessidade de pré-condicionamento antes da
amostragem, após cada ciclo de eluição, constituem algumas das restrições ao seu uso [14].
1.2 - Parâmetros que caracterizam sistemas de pré-concentração em linha
[14]
No sentido de avaliar o desempenho de um método analítico, baseado em
procedimentos de separação e pré-concentração, em sistemas em linha, além dos critérios
normalmente usados em outros métodos (limites de detecção e quantificação, exatidão e
precisão) são também empregados critérios, que descrevem a habilidade do sistema em préconcentrar os elementos em estudo. Os parâmetros que caracterizam sistemas de préconcentração em linha são de extrema importância, pois permitem selecionar o método, que
apresenta características desejáveis para uma finalidade específica. Estes parâmetros são os
seguintes:
1.2.1- Fator de enriquecimento (FE)
O fator de enriquecimento ou de pré-concentração é um parâmetro bastante
utilizado para avaliação do sistema de pré-concentração. Teoricamente, este fator é
representado pela razão entre a concentração do analito, na fase concentrada (Ce), e a
10
concentração do analito na amostra original (Ca). Este parâmetro pode ser expresso pela
Equação 1.
FE = Ce / Ca
( Equação 1)
Entretanto na EFS, nem sempre é possível uma retenção de 100% do analito,
sendo assim o fator de enriquecimento é geralmente expresso como a razão entre os
coeficientes angulares das curvas analíticas com e sem pré-concentração.
Desta forma, a avaliação é baseada no aumento das respostas e não no aumento
da concentração. Neste caso, o FE é expresso pela Equação 2.
FE = A1 / A2 ( Equação 2)
Onde : A1 é o coeficiente angular da curva analítica com pré-concentração e A2
o coeficiente da curva analítica sem pré-concentração.
Apesar do FE ser indispensável para avaliação de um sistema de préconcentração, nem sempre alto fator de enriquecimento significa alta eficiência do sistema
de pré-concentração. Estes fatores podem ser obtidos por longos tempos de préconcentração, acarretando alto consumo de amostras e diminuindo o número de amostras
analisadas por hora.
1.2.2 – Eficiência de concentração (EC)
A eficiência de concentração (EC) é definida como o produto do fator de
enriquecimento e a freqüência de amostras (f), em número de amostras analisadas por
minuto, expressa em min-1 (Equação 3).
11
EC = FE x ( f / 60 ) ( Equação 3)
O valor obtido indica o fator de enriquecimento de um analito promovido pelo
sistema em um minuto. O EC permite a comparação das eficiências de procedimentos de
pré-concentração, baseados em diferentes princípios de separação.
1.2.3 – Índice de consumo (IC)
O índice de consumo é outro parâmetro que reflete a eficiência do sistema de
pré-concentração. O IC é definido como sendo o volume de amostra consumidos (Va), em
mililitros, para se obter uma unidade de fator de enriquecimento (FE).
IC = Va / FE ( Equação 4)
Conhecer o valor do IC, que é expresso pela Equação 4, é de grande
importância, quando a quantidade de amostra é limitada ou quando um grande número de
amostras deve ser coletado e levado para laboratórios distantes.
1.2.4 – Fator de transferência de fase (F)
Em métodos de pré-concentração em linha, utilizando a EFS, a transferência do
analito da amostra para a fase sólida nem sempre é completa. Isto pode ser devido o tempo
de equilíbrio insuficiente ou da capacidade inadequada do meio de coleta. A perda do
analito nem sempre afeta o fator de enriquecimento, caso as perdas forem reprodutíveis
para amostras e padrões. Entretanto, quando ocorre perda devido à insuficiente capacidade
do meio de coleta, os resultados são mais comumente afetados por efeitos de matriz e
interferências de espécies concorrentes.
12
O fator de transferência de fase é definido como a razão entre a massa do
analito na fase concentrada (me) e a massa do analito na amostra original (ms). O F é
expresso pela Equação 5.
F = me / ms ( Equação 5)
1.2.5 – Freqüência de amostragem
A freqüência de amostragem estabelece a quantidade de amostras que podem
ser analisadas por hora. Altas frequências representa uma vantagem, quando o método se
destina a análise de um número muito grande de amostras em um período curto de tempo.
1.3 Extração de cádmio
Devido às baixas concentrações do cádmio no meio ambiente freqüentemente é
necessário um sistema de pré - concentração para sua determinação. A extração em fase
sólida apresenta um conjunto de características desejáveis, quando aplicados na
quantificação de íons cádmio em diversos tipos de amostras.
Numerosos sorventes são empregados em procedimentos de pré-concentração
do cádmio, baseados na EFS, incluindo materiais sintéticos e naturais. Muitos materiais
sintéticos, como polímeros divinilbenzeno, zeólitos e espuma de poliuretano, são
empregados para pré-concentração de íons cádmio. A partir destes materiais, resinas
quelantes podem ser preparadas por meio de diferentes procedimentos [5].
Os reagentes complexantes podem ser associados ao sorvente por dois meios
diferentes: (1) através da ligação química destes reagentes com os sorventes existentes
13
(sorventes funcionalizados); (2) ligações físicas de um ligante quelante com o sorvente, por
impregnação da matriz sólida com uma solução contendo substâncias específicas (sorventes
impregnados) [15]. A interação física é a mais simples e mais utilizada na prática. No
entanto, a ligação química permite uma maior durabilidade da coluna, devido às ligações
covalentes entre o ligante e o suporte. Esta propriedade evita a possibilidade de arraste do
ligante, da coluna durante percolação da amostra ou etapa de eluição. Vários reagentes
complexantes têm sido imobilizados sobre uma variedade de matrizes sólidas e utilizadas
com sucesso na pré- concentração e determinação de cádmio [5].
Uma resina de XAD - 4 (AT-XAD) funcionalizada com 2- aminotiofenol foi
empregada para extração de íons de cádmio em amostras de tabaco. A minicoluna
empacotada com a AT-XAD foi conectada em um sistema on-line de concentração e o
metal foi detectado por FAAS [16].
A impregnação do sorvente com um reagente quelante foi relatada para
concentração de Cd (II). Nesse caso, a escolha de um quelante, que tenha uma elevada
afinidade com o cádmio é preferível, para garantir seletividade. Por exemplo, BSQ foi
imobilizada em Amberlite XAD-7 e utilizada em um sistema em fluxo, obtendo um limite
de detecção de 1,9 µg L-1 [17]. No entanto, Zn (II) também foi retido e outros íons foram
encontrados como interferentes: (Mg (II), Cu (II), Fe(III)). Amberlite XAD- 7 revestida
com DMBS também permite a retenção de Cd (II) em meio neutro com simultânea retenção
do Pb (II) [18]. Um método para concentração de cádmio e outros metais traço
complexados com APDC foi desenvolvido usando uma minicoluna empacotada com uma
resina de XAD-2000 [19].
14
1.4 Extração de chumbo
Os sorventes utilizados em sistemas de EFS de chumbo podem ser não-iônicos,
iônicos ou quimicamente modificados com a ajuda de reagentes complexantes. Suportes
não - iônicos são potenciais coletores de analitos, na forma de um único íon ou associados
com outras espécies como complexos [6]. Nesta classe de sorventes, incluem-se carvão
ativado [20], adsorventes naturais [21], resinas Amberlite XAD [22,23,24,25], polietileno
[26] e outros [27].
O chumbo também pode ser complexado com ligantes em vários suportes, tais
como: espuma de poliuretano [28,29] e materiais poliméricos [30,31], que aumentam a
eficiência para procedimentos de concentração. Muitos reagentes foram utilizados para
impregnar esses suportes e reter íons de chumbo por complexação. Estes incluem: 2 - (2Tiazolilazo-)-p-cresol (TAC) [32], 2 - (2-benzotiazolilazo)-2-p-cresol (BTAC) [29,33], 1 (2-piridilazo)-2-naftol (PAN) [34], ditizona [35,36] e 2 - (5-bromo-2-piridilazo)-5-dietilaminofenol (5-Br-PADAP) [37].
Resinas quelantes também foram sintetizadas para a seletiva concentração de
Pb (II) [7]. A amberlite de XAD-2 foi funcionalizada por vários agentes quelantes, como
CA (ácido cromotrópico), PC (pirocatecol) e TSA (ácido tiosalicilico), e usada para a
retenção de Pb (II), em amostras de água [38]. Similarmente, este sorvente funcionalizado
com SA ( ácido salicílico) também permite a retenção de Pb (II) [39].
15
1.5 Espectrometria de absorção atômica com tubo na chama (TS - FF AAS)
A espectrometria de absorção atômica em chama (FAAS) é ainda a técnica mais
utilizada entre as técnicas de espectrometrias atômicas, para determinação de elementos na
concentração de mg L-1. Isto acontece devido ao seu baixo custo, a robustez, simplicidade e
seletividade. Entretanto, a técnica não possui sensibilidade para determinação de cádmio e
chumbo em quantidades traço, um dos motivos é a sua baixa eficiência de nebulização, pois
apenas 5-10% dos aerossóis produzidos atingem a chama [40].
A sensibilidade das medidas em absorção atômica em chama pode ser
melhorada significativamente, aumentando a eficiência da geração do aerosol e
prolongando o tempo de permanência dos átomos, do analito, livre no caminho óptico.
Neste sentido, Gaspar e Berndt desenvolveram um sistema de introdução da amostra por
um jato de líquido sob alta pressão que ficou conhecido como beam injection flame furnace
atomic absorption spectrometry (BIFF - AAS) [41].
Em BIFF-AAS, a amostra líquida a ser analisada é transportada, em alta
velocidade, produzindo um jato, o qual se choca contra a parede interna do tubo aquecido
sobre a chama, causando a formação de um aerosol pelo efeito de nebulização por impacto
de jato [41]. Como a amostra é introduzida completamente no local da medida da AAS, o
analito permanece mais tempo no caminho óptico, aumentando assim, o limite de detecção.
Utilizando o sistema de BIFF- AAS, foi observado um aumento de detecção em até duas
ordens de grandeza para dezessete elementos estudados [41].
Outro sistema, (TS – FF- AAS), do inglês thermospray flame furnace atomic
absorption spectrometry, foi desenvolvido para possibilitar a introdução completa de uma
16
amostra líquida em forno sobre a chama. Diferente do BIFF-AAS, um sistema de spray
térmico é usado na introdução da amostra dentro de um forno metálico, aquecido sobre uma
chama de ar/acetileno.
No sistema do spray térmico empregado na absorção atômica com chama, um
tubo metálico ou cerâmico é posicionado sobre o queimador de um espectrômetro de chama
convencional e a amostra é introduzida por um capilar conectado a ele (Figura 1.3). O tubo
funciona como uma célula de atomização, aumentando o tempo de residência do analito no
caminho óptico, conseqüentemente, aumentando a eficiência do processo de atomização, e
concentração da nuvem atômica. A introdução de 100% da amostra é garantida pela
formação de um aerosol térmico, no interior do capilar em contado com o tubo aquecido
sobre a chama. Geralmente, em aplicações do spray térmico, uma bomba de HPLC é usada
no transporte do líquido. No entanto, no sistema do TS - FF - AAS o uso de uma bomba
peristáltica ou de baixa pressão é suficiente para alcançar os resultados analíticos
satisfatórios [42].
Figura 1.3- Diagrama esquemático do TS-FF -AAS [42]
17
O desempenho da técnica TS-FF-AAS pode ser melhorado, ainda mais,
empregando-se etapas de pré-concentração em linha [43], podendo alcançar limites de
detecção comparáveis com aqueles encontrados na ET AAS, reduzindo o custo de análise.
Porém, uma limitação da técnica TS-FF-AAS é o seu emprego apenas para espécies
voláteis, devido ao fato da temperatura máxima atingida pelo tubo de níquel ser
aproximadamente 1000°C. O chumbo e o cádmio são alguns dos elementos que podem ser
determinados por TS-FF-AAS.
Estudos realizados por Gaspar e Berndt demonstraram a superioridade do TSFF-AAS na determinação de cádmio e chumbo, em relação ao FAAS. Os limites de
detecção para cádmio e chumbo aumentaram numa ordem de grandeza 57 e 31,
respectivamente [42]. A Figura 1.4 apresenta a comparação do sinal obtido pelo chumbo
Absorvância
nas duas técnicas.
Tempo (min)
Figura 1.4. Comparação do sinal do padrão de Pb obtidos com TS-FF-AAS e com FAAS
[42].
18
Apesar da técnica ainda ser pouco empregada, o número de trabalhos
publicados vem crescendo nos últimos anos e diversas metodologias estão sendo
empregadas, para determinação de cádmio e chumbo em diversas amostras.
Lemos e colaboradores desenvolveram um procedimento de concentração online para determinação de cádmio, cobre e zinco em amostras biológicas por TS-FF-AAS.
Os metais foram retidos em uma mini-coluna contendo uma resina de (XAD4-DHB)
funcionalizada. Os limites de detecção encontrados foram de 28, 100 e 77 ng L-1, para
cádmio, cobre e zinco, respectivamente [43].
Schiavo e colaboradores avaliaram a aplicabilidade da técnica para
determinação direta de Cu, Cd e Pb, em amostras de vinhos e sucos de uva utilizando a
metodologia da adição padrão. Os limites de detecção (LD) obtidos foram de 12,9, 1,8 e 5,3
µg L-1 para Cu, Cd e Pb, respectivamente [44].
Coelho e colaboradores propuseram um procedimento de concentração de Cd,
Cu e Pb, usando extração por ponto nuvem (CPE) e determinação multielementar
seqüencial em amostras de água mineral. Os limites de detecção (LD) obtidos foram de
0,025, 0,38, e 0,43 µg L-1 de Cd, Cu e Pb, respectivamente [45].
Petrucelli e colaboradores descreveram uma metodologia para determinação de
Cd e Pb em suspensão de lodo de esgoto. Os limites de detecção e quantificação foram,
respectivamente, 0,2 e 0,7 µg kg-1 de Cd e 8 e 26 µg kg-1 para Pb [46].
19
CAPÍTULO 2
METODOLOGIAS ANALÍTICAS PARA DETERMINAÇÃO
DE ARSÊNIO E ANTIMÔNIO
20
2.1 O elemento químico arsênio
O arsênio é o vigésimo elemento mais abundante na crosta terrestre, encontra-se
amplamente distribuído no meio ambiente e em sistemas biológicos. A abundância terrestre
do arsênio é cerca de 1,5 – 3,0 mg kg-1 [48]. Sua presença é proveniente tanto de fontes
naturais quanto antrópicas. As principais fontes naturais de arsênio são atividades
geotermal e vulcânica, os minerais e as rochas, que contêm o elemento, os solos e os
sedimentos formados a partir dessas rochas. As fontes antrópicas incluem à utilização de
pesticidas, aplicação de fertilizantes e aos rejeitos provenientes da mineração e da queima
de carvão rico em arsênio [47,48].
O arsênio é o componente de mais de duzentos e quarenta e cinco minerais em
sua maioria combinado com cobre, níquel, chumbo, cobalto, enxofre, entre outros [48]. Ao
redor do mundo, existem diferentes depósitos minerais de arsênio, sendo que arsenopirita é
o mineral mais comum.
O arsênio e seus componentes são móveis no ambiente. O intemperismo de
rochas converte os sulfetos de arsênio em trióxido, que entram no ciclo do arsênio, como
poeira ou por dissolução na chuva, nos rios ou nas águas subterrâneas. As águas
subterrâneas contaminadas por arsênio são uma grande ameaça a humanidade, porque pode
também participar da cadeia alimentar, se expandindo por todo o reino vegetal e animal
[48].
Nas rochas, a concentração varia de 0,5 a 2,5 µg g-1, embora já tenha sido
encontrado em concentrações maiores, variando entre as regiões geográficas de todo o
mundo [49]. Em águas naturais não poluídas, encontra-se em concentrações na razão de 1 a
10 µg L-1; 100 a 5000 µg L-1 para águas em áreas com atividade mineral [50], em água do
21
mar, geralmente encontra-se entre 1 e 8 µg L-1[48]. Em plantas, a concentração depende da
quantidade que é exposta. Sua concentração varia de menos de 0,01 a cerca de 5 µg g-1
(resíduo seco) [51].
As formas químicas de arsênio encontradas na natureza incluem espécies
orgânicas e inorgânicas, como resultado de sua participação em complexos biológicos,
processos químicos e algumas aplicações industriais, tais como: a manufatura de certos
vidros, materiais semicondutores, fotocondutores, entre outros [52,53,54].
As formas químicas mais comuns são arsenato [As+5], arsenito [As3+], arsênio
elementar [As°] e a arsina [As3-]. As formas orgânicas mais comuns são dimetilarsenato
[DMA5+], dimetilarsenito [DMA3+], monometilarsenato [MMA5+], monometilarsenito
[MMA3+], arsenobetaína [AsB] e arsenocolina [AsC]. As espécies com estados de oxidação
0 e -3 existem somente em condições extremamente redutoras, enquanto que os estados +3
e +5 ocorrem em ambientes oxigenados ou fracamente redutores [55].
Os compostos de arsênio são facilmente absorvidos, tanto oralmente quanto por
inalação, sendo que a extensão da absorção depende da solubilidade do composto. Uma
longa exposição a compostos inorgânicos de arsênio, através da água de consumo, pode
conduzir o individuo a várias doenças tais como: conjuntivite, hiperqueratose,
hiperpigmentação, doenças cardiovasculares, distúrbios no sistema nervoso central e
vascular periférico, câncer de pele e gangrena nos membros [56]. O efeito tóxico das
espécies de arsênio depende, principalmente, de sua forma química. A ordem decrescente
de toxidez dos compostos de arsênio é a seguinte: arsina > arsenito > arseniato > ácidos
alquil-arsênios > compostos de arsônio > arsênio elementar. O arsênio trivalente (arsenito)
é sessenta vezes mais tóxico, que a forma oxidada pentavalente (arsenato). Os compostos
22
inorgânicos são cem vezes mais tóxicos, que as formas parcialmente metiladas (MMA e
DMA) [57,58,59,60]. Analisando os valores experimentais de LD50, encontrados na tabela
2.1, pode-se verificar que, com exceção do íon tetrametilarsênio (TeMA), o grau de toxidez
geralmente decresce com o aumento da metilação.
Tabela 2.1. Valores experimentais de LD50 (dose letal para 50% de uma
população) de espécies de As [61]
Espécies de Arsênio
As (III)
MMA
DMA
TeMA
TMAO
AsC
AsB
LD 50 (g/Kg)
0,0345
1,8
1,2
0,89
10,6
>6,5
>10,0
2.2 O elemento químico antimônio
O antimônio é um elemento que pertence ao grupo quinze da tabela periódica
dos elementos. Existi em uma variedade de estados de oxidação (-III, 0, III, V), mas é
encontrado principalmente em dois estados de oxidação, III e V em amostras ambientais,
biológicas e geoquímicas. O antimônio ocorre na natureza principalmente como Sb2S3 e
Sb2O3. Estes compostos de antimônio são comumente encontrados em minérios de cobre,
prata e chumbo, no carvão e em petróleo [62].
O composto organoantimônio também pode ser encontrado no ambiente,
todavia suas baixas concentrações e a falta de metodologias adequadas dificultam a sua
detecção [63]. Dodd e colaboradores, empregando a HG-GC-MS, conseguiram detectar
MeSbH2, Me2SbH e Me3Sb em amostras de plantas [64]. Posteriormente, Craig e
colaboradores confirmaram a presença de metilantimônio em algumas espécies de plantas.
23
Os níveis de MeSbH2 e Me2SbH variavam entre 100 a 200 ng g-1 de Sb encontrados em
amostras de musgos [65].
As fontes naturais de antimônio no ambiente resultam do intemperismo de
rochas e do processo de lixiviação do solo, enquanto fontes antropogênicas incluem queima
de combustíveis fósseis, mineração e atividade de fundição e à aplicação de fertilizantes de
superfosfato nos solos agrícolas. A liberação do antimônio, a partir destas fontes, foi
encaminhada em quase todos os sistemas ambientais e as concentrações globais presentes
nos solos são estimadas entre 1 mg kg-1 [66], entretanto em águas frescas e salinas
apresentam concentrações entre 0,01 - 5,6 ng mL-1 [67,68].
O antimônio e seus compostos foram considerados como poluentes de interesse
prioritário pelas agências de proteção ambiental dos Estados Unidos (USEPA, 1979) e da
União Européia (Conselho da Comunidade Européia, 1976). O nível máximo permitido em
água potável, estabelecido pela USEPA e a União Européia, é de 6 µg L-1 e 5 µg L-1,
respectivamente. No Brasil, o Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA
357/2005) também estabelece 5 µg L-1 como limite máximo.
O antimônio não possui função biológica conhecida e semelhantemente ao
arsênio, é tóxico. A espécie trivalente é mais tóxica, que a forma pentavalente. O antimônio
está normalmente presente em níveis inferiores a 1,0 mg g-1 em todos os tecidos humanos,
como: pulmão, nódulos linfáticos e cabelo. A maioria dos trabalhos sobre os efeitos tóxicos
de antimônio tem sido focada no seu uso na medicina ou na exposição ocupacional. Alguns
trabalhos relatam a determinação do antimônio total em plantas [69]. Em plantas terrestres
vasculares, o background do conteúdo de antimônio foi encontrado numa faixa de 0,2 a 50
µg kg-1 [70]. No entanto, a determinação da concentração total do antimônio não é uma
24
medida adequada, para se estimar o seu risco quando presente em plantas ou alimentos
vegetais. Assim, a determinação das espécies de Sb é fundamental para estudos ambientas,
porque assim como o arsênio, a toxicidade do antimônio e o seu comportamento biológico
dependem da sua forma química [71].
2.3 Metodologias para determinação de antimônio e arsênio em amostras
sólidas
A determinação de antimônio e arsênio em amostras ambientais constitui uma
problemática analítica, devido às concentrações muito baixas, presentes nas amostras.
Várias dificuldades podem ser encontradas na análise de amostras sólidas, como: efeitos de
interferências e perda do analito por volatilização. Portanto, a escolha do método de
preparo da amostra e a técnica de análise são críticas, sendo que a natureza intrínseca da
amostra deve ser cuidadosamente considerada antes da análise.
Amostras ambientais podem conter antimônio e arsênio nos estados de
oxidação (III) e (V) e ambas as espécies, orgânicas e inorgânicas, podem ser formadas.
Sabendo-se que a toxicidade do antimônio e arsênio é dependente da especiação química e
que as espécies inorgânicas possuem características mais tóxicas [72,73,74], melhores
dados analíticos, relativos ao teor de antimônio e arsênio total e especiação química, são
essenciais para compreender o significado das concentrações destes elementos em sistemas
ambientais.
A maioria dos sistemas analíticos empregados na determinação de elementos
químicos em quantidade traços exige que as amostras sejam introduzidas no estado líquido.
25
Na determinação de metais e ametais em materiais sólidos, geralmente é necessária a
utilização de técnicas de digestão da amostra, que dissolva a matriz e libere o analito de
interesse na solução.
2.3.1 Preparo da amostra para determinação de arsênio total
O pré-tratamento de amostras para a determinação de arsênio é sempre
associado ao risco inerente de contaminação e perdas por volatilização (cloretos e
oxicloretos de arsênio) e adsorção. A mineralização por via seca é um método padrão de
preparo de amostras orgânicas, para determinação de arsênio [75]. A utilização de
substâncias como MgO e Mg (NO3)2 na preparação de amostras sólidas, por via seca, evita
a perda de arsênio e aumenta a velocidade de oxidação. A sua grande desvantagem é o
tempo prolongado, que acaba tornando o método inadequado para ser usado em rotina.
A digestão por via úmida pode ser realizada em sistemas fechados ou abertos.
Os sistemas fechados funcionam com pressões superiores à dos sistemas abertos, obtendose assim, temperaturas acima daquelas de ebulição do agente oxidante, à pressão ambiente,
tendo como resultado um poder de oxidação maior e uma mineralização mais completa da
amostra [75].
A determinação de arsênio total pode ser muito difícil se houver resíduo de
matéria orgânica, que torna-se crítica nos casos, em que o mesmo está presente como
derivados organo-metálicos. Neste caso, a preparação da amostra requer digestão
prolongada, em presença de agentes oxidantes, para degradação total da matéria orgânica.
Podem ser utilizados vários procedimentos de eliminação da matéria orgânica, entre eles, a
26
decomposição em meio alcalino com persulfato de potássio em bomba de Teflon [76] e
digestão por via seca seguida de lixiviação com ácidos, estes feitos em batelada [77].
Outros procedimentos utilizam injeção em fluxo contínuo (FI): decomposição em forno
microondas com persulfato de potássio e hidróxido de sódio [78,79,80,81], decomposição
ácida em fornos de microondas [82,83], decomposição com mistura de ácidos a
temperaturas elevadas [84,60,85], digestão com dicromato de potássio e misturas de ácidos,
seguida por ataque com peróxido de hidrogênio [86], fotooxidação com persulfato de
potássio em meio alcalino[87,88], e termooxidação com persulfato de potássio em meio
alcalino [89].
2.3.2 Preparo de amostra para determinação de antimônio total [90]
Na determinação de antimônio, matrizes sólidas são freqüentemente
decompostas em alta temperatura em meio ácido, [91,92,93,94] embora a digestão por
incineração seca com Mg (NO3)2 seja também usada [95]. A escolha do ácido empregado
na decomposição da matriz depende em grande parte da composição da matriz. A digestão
eficiente da amostra deve decompor a matriz e liberar o antimônio de uma forma
compatível com o método analítico escolhido. A determinação de antimônio em amostras
biológicas é freqüentemente realizada por misturas de ácidos oxidantes (H2SO4, HNO3,
HClO4) e H2O2 no caso de matrizes com alto conteúdo orgânico [96,97]. No entanto,
quando estes reagentes são utilizados na digestão de materiais, incluindo solos e sedimentos
com alto teor de silicato, baixas recuperações, na faixa de 10-56% são relatadas [98,96 ,91].
Este fato pode está associado à formação de silicatos de Sb (V) insolúveis, complexados na
presença de ácidos oxidantes e à formação específica de compostos de SbOCl insolúveis,
27
quando o meio é ácido perclórico [92,96]. Um maior desempenho da dissolução da amostra
é conseguido usando ácido fluorídrico em conjugação com estes reagentes oxidantes. Estas
misturas digeridas permitem recuperações médias na faixa de 94-132% empregando
sistemas de microondas e chapa aquecedora [99,100,101].
O ácido clorídrico é também utilizado na digestão da matriz e a aplicação deste
reagente pode melhorar a recuperação de antimônio em solos e sedimentos, em até 90% se
comparada com outras técnicas com alguns ácidos oxidantes. Recuperações são relatadas
na razão de 90-110% [102,96,103], entretanto para matrizes com elevado conteúdo
orgânico, como os tecidos biológicos, a decomposição somente com HCl pode não ser
suficiente, obtendo baixas recuperações de antimônio em algumas amostras ambientais
[96]. A técnica do aquecimento em mufla, utilizando incineração por via seca com Mg
(NO3)2, tem mostrado ser adequada para matrizes com conteúdo orgânico variável e a
digestão com êxito de amostras de solos e plantas, é reportada na literatura [102].
Os baixos níveis de recuperação de antimônio total presente em amostras
sólidas podem ser resultado da sua perda por volatilização, ou da força do ácido ser
insuficiente para a completa decomposição da matriz. As perdas de espécies de antimônio
voláteis, incluindo SbCl3 e SbCl5.
A volatilização de antimônio pode ser evitada pelo uso de técnicas de digestão
cuidadosamente adaptadas, através de mecanismos físicos ou químicos, para retrair
antimônio volátil em altas temperaturas de digestão. Dentre estas técnicas, pode-se destacar
o uso de recipientes fechados em microondas [97], recipientes abertos, incineração com Mg
(NO3)2 [102] e abertura com microondas focalizado [95,104].
28
As recentes publicações sobre o tema abordam a digestão em recipientes
fechados, que utilizam sistemas de aquecimento com microondas para impedir fisicamente
a volatilização de antimônio em altas temperaturas. Estas técnicas são vantajosas, porque
altas temperaturas e pressões são desenvolvidas no interior dos recipientes de digestão,
diminuindo o tempo de decomposição da matriz. Além disso, várias amostras podem ser
digeridas simultaneamente. No entanto, a utilização de recipientes de digestão
especializados é fundamental, quando se emprega estas técnicas, uma vez que, impede a
perda do analito, através de ventilação ou ruptura do recipiente durante a fase de
aquecimento.
A utilização da técnica de abertura com microondas focalizadas evita alta
pressão durante a digestão e a perda de antimônio por volatilização, pois utiliza um sistema
de condensação do vapor por refluxo. Estas técnicas permitem maior digestão de amostras
em comparação com o sistema de recipiente fechado, embora o potencial de múltiplas e
simultâneas digestões de amostras são limitadas com sistemas de microondas focalizadas
[90].
A técnica utilizando forno com incineração por via seca com Mg (NO3)2 oxida a
matéria orgânica presente na amostra durante o aquecimento, impedindo a formação de
complexos de Sb voláteis [102]. Estas reações químicas evitam a volatilização de
antimônio a elevadas temperaturas, evitando a necessidade de um sistema em recipiente
fechado. Entretanto, a aplicação desta técnica pode ser inadequada para as amostras com
baixo teor de matéria orgânica. As cinzas geradas na fase de aquecimento são redissolvidos em HCl a temperatura ambiente antes da análise. A vantagem desta técnica
consiste em múltiplas e simultâneas digestões das amostras (dependendo do tamanho do
29
forno), além de ser relativamente barata, quando comparada às técnicas de microondas.
Todavia, são necessárias precauções para evitar a contaminação durante a fase de
aquecimento e perda residual das cinzas antes da dissolução.
Embora, as técnicas de digestão permitam a determinação de antimônio e
arsênio total em amostras sólidas, dados do particionamento do estado sólido, são, muitas
vezes, impossíveis de se obter, pois reagentes de digestão alteram quimicamente a
integridade da amostra.
2.3.3 Estratégia de análise de especiação
A avaliação dos riscos ambientais causados por metalóides tais como arsênio e
antimônio, depende da especiação. Segundo as últimas diretrizes IUPAC, o termo ―análise
de especiação‖ refere-se às atividades analíticas de identificação e/ou de medição da
quantidade de uma ou mais espécies químicas em uma amostra. O termo aplicado às
espécies químicas refere-se à forma específica de um elemento, definidas como
moleculares, complexos, estrutura nuclear ou estado de oxidação [105]. As informações
sobre a especiação de um elemento são necessárias para compreender a reação de muitos
elementos, estimar o risco envolvido, levando em consideração a variação na toxicidade, o
transporte e a biodisponibilidade, que são dependentes das formas químicas, no qual o
elemento está presente [106].
A coleta, o tratamento e a preservação das amostras para determinação
qualitativa e quantitativa, visando à especiação de um elemento, requerem planejamento e
cuidados. A natureza desta tarefa é muito diferente daqueles procedimentos para
30
determinação total do elemento. Neste caso, o procedimento a ser adotado é o de manter o
equilíbrio estabelecido, entre as formas químicas do elemento nas amostras, desde a coleta
até a análise. Entretanto, é essencial ter-se em mente, que os dados sobre a concentração
total são necessários para muitas investigações, pois é através dela que podemos prevenir a
contaminação e a perda do analito na amostra [107].
Na determinação de espécies de metais em amostras sólidas, o ponto crítico é a
forma de extração da amostra original, sendo que o sistema aplicado deve fornecer bons
níveis de recuperação, mantendo a integridade e a estabilidade da espécie química durante o
processo. O pré-tratamento da amostra, antes da extração, é também importante. Em alguns
casos o aumento da temperatura durante o pré-tratamento pode causar alterações em
algumas espécies organometálicas. Ainda não existe um protocolo específico para análise
de especiação de elementos em amostras de alimentos e ambientais, todavia, algumas
recomendações e resultados de experiências de outros grupos de pesquisas são descritos na
literatura e serão abordados neste capítulo.
Na análise de matrizes sólidas, a amostra geralmente é liofilizada, moída,
homogeneizada e peneirada e em seguida extraída, empregando um método adequado,
visando extração quantitativa de todas as espécies sem alterar a sua forma original, sendo
que o solvente utilizado não deve interagir com as espécies a serem analisadas. A extração
com solventes, auxiliada por agitação física ou sonicação, são métodos convencionais de
extração de espécies de arsênio e antimônio, em matrizes sólidas [108,109,110]. As
extrações eficientes variam muito em função do tipo da matriz e do extrator.
31
2.3.4 Métodos de extração de arsênio
Na maioria dos métodos de extração de espécies de arsênio é empregada a
mistura de metanol e água (1:1) [111]. Apesar desta mistura ser muito utilizada como um
extrator, quando empregada na extração em plantas terrestres, ela geralmente tem uma
baixa eficiência de extração [112,113,114115]. O ácido fosfórico (0,3 mol L-1) tem sido um
eficiente extrator de espécies de arsênio em plantas terrestres [116]. Combinações de
solventes como a água-acetonitrila [117] metanol- água-clorofórmio [118] também têm
sido empregadas.
Reyes e colaboradores realizaram um estudo de diferentes extratores para
determinação de arsênio em amostras de cereais. Foram investigados os seguintes
reagentes, nas suas respectivas concentrações: HCl 6 mol L−1, HNO3 1 mol L−1, H3PO4 1
mol L−1, ácido acético 1 mol L−1, água régia, ácido trifluoroacético 2 mol L−1, ácido
tricloroacético 2 mol L-1 e a mistura metanol e H2O (1:1), sendo selecionado H3PO4 1 mol
L−1 como agente extrator [119].
Os métodos baseados na solubilidade com HCl e destilação assistida por
microondas têm sido descritos para a extração de arsênio inorgânico, a partir de alimentos
marinhos [120,121,122]. Contudo, estes procedimentos não são adequados para especiação
destas espécies, porque ocorre conversão de As (V) a As (III) durante a hidrólise e o
processo de extração. Isto também foi observado na utilização do ácido trifluoroacético,
para determinação de arsênio em amostras de arroz [123]. Outros procedimentos, utilizando
digestão por microondas [116,124], como a extração usando enzimas na modificação de
matrizes de plantas [117], a extração em Soxhlet [125] e a extração em fase sólida também
têm sido empregados [126].
32
2.3.5 Métodos de extração de antimônio
Na especiação de antimônio em amostras sólidas, estratégias utilizando
diversos extratores têm sido desenvolvidas. Os extratantes empregados geralmente são
água, EDTA, metanol, ácido cítrico [127], ácido acético e hidróxido de sódio [128].
Miravet e colaboradores compararam métodos de extração de espécies de
antimônio em plantas, utilizando como extratores ácido cítrico e metanol - água [63]. Já
Potin-Gautier e colaboradores investigaram a estabilidade das espécies de antimônio e a
possibilidade de transformação, durante o procedimento de extração com diferentes
reagentes, tais como EDTA, ácido cítrico, ácido oxálico e água, em amostras de sedimentos
[129].
Um método de extração on-line de espécies de antimônio, em amostras
biológicas, também foi desenvolvido. Neste método, os autores realizaram a extração online e seqüencial de antimônio (III) e antimônio (V) em amostras sólidas liofilizadas de
sangue e tecido de fígado, com ácido acético 1,5 mol L-1 e ácido sulfúrico 0,5 mol L-1[130].
2.4. Métodos de detecção com geração de hidreto por espectrometria
atômica
2.4.1 Geração de Hidreto (HG)
O processo de determinação espectrométrica, após geração química de vapor,
pode ser dividido em três etapas: a geração da espécie volátil, ou seja, a reação química
propriamente dita; o transporte da espécie volátil para a célula de atomização (que inclui
33
também sua expulsão da solução) e a atomização [131]. Na geração da espécie volátil, para
produção de hidretos, vários reagentes foram sugeridos: zinco metálico/HCl, suspensão de
alumínio/HCl e mistura de magnésio e cloreto de titânio em meio de HCl e H2SO4
[132,133]. No entanto o borohidreto de sódio (NaBH4), mostrou-se mais adequado, sendo
hoje um dos reagentes redutores mais utilizados para geração de hidreto. A utilização do
borohidreto de sódio (NaBH4), como agente redutor, permitiu ampliar a aplicabilidade da
HG, já que é de fácil introdução em reatores, os valores de branco são baixos e devido a sua
elevada reatividade em um curto período de reação, permite a automatização [134].
Entretanto, as soluções aquosas deste redutor são instáveis, devendo ser preparadas para
uso imediato [135]. A estabilidade desta solução pode ser aumentada pela alcalinização
com hidróxido de potássio ou sódio, necessitando filtração em filtro de 0,45 µm, para
remover a turvação produzida pelo precipitado de carbonato [136]. O processo de redução
ocorre segundo a equação:
NaBH4 + HCl + 3H2O → H3BO3 + NaCl + 8Ho
8 Ho + Xm+ → XHn + H2 (excesso)
onde m pode ser ou não igual a n e X é o elemento de interesse.
Uma vez gerado, o hidreto é separado por arraste com o mesmo hidrogênio
molecular, que é produzido em excesso na reação e com a ajuda de um gás de arraste (N2,
Ar ou He). Para o arsênio o produto formado é a arsina (AsH3) e para o antimônio a
estibina (SbH3).
34
A cinética de formação de hidreto das espécies M (V) é mais lenta que as
espécies M (III), sendo assim, para a determinação de arsênio e antimônio inorgânico total
[M (III) + M(V)], faz-se a redução do M (V) a M (III) e determina-se o arsênio e o
antimônio inorgânico total, como: As (III) e Sb (III). Na etapa de redução, podem ser
utilizados diferentes redutores: KI [137,138], tiouréia [139,140] e L-cisteína [141,138,142].
O iodeto de potássio (KI) é utilizado em meio fortemente ácido [143], sendo esta uma
grande desvantagem deste redutor, pois é necessário uma alta concentração de HCl para
que a redução se complete [144]. O KI pode ser utilizado na presença de ácido ascórbico
[145,146,138], com objetivo de prevenir a oxidação do iodeto pelo oxigênio atmosférico.
Em amostras tratadas com ácidos oxidantes ou contendo agentes oxidantes, são
formadas grandes quantidades de iodo (I3-), já que a quantidade de KI necessária para
redução é também grande. O iodo precisa ser retirado da solução antes da adição de
NaBH4, o que pode provocar perdas de As (III)-iodo no gerador [147].
A HG tem sido empregada nas análises de arsênio e antimônio como um passo
prévio à detecção, com a qual praticamente se elimina o efeito de matriz, aumenta a
sensibilidade e diminui o limite de detecção. Um dos atrativos do método é a sua
simplicidade e o fato do mesmo poder ser acoplado em várias técnicas.
2.4.2 Espectrometria de absorção atômica (AAS)
2.4.2.1 Atomização em tubo de quartzo com chama e elétrico
Dentre as técnicas de espectrometria atômica acopladas com HG, a mais
popular é a espectrometria de absorção atômica, devido ao seu baixo custo e simplicidade.
35
Os elementos que possuem a capacidade de formar compostos voláteis (hidretos), como As
e Sb, após reagir com o borohidreto de sódio e forma seus respectivos hidretos (AsH3,
SbH3) podem ser carregados para uma célula de atomização, aquecida em torno de 900°C,
onde serão decompostos, liberando o elemento na forma atômica. O aquecimento pode ser
realizado tanto por uma chama de ar-acetileno, como por uma resistência elétrica [131].
O atomizador consiste de um tubo T de quartzo, alinhado no caminho ótico,
com o braço central servindo de passagem ao hidreto e ao gás carreador, para o interior da
parte aquecida do tubo. O aquecimento é externo, realizado por uma chama ou através de
uma manta resistora, que o envolve. As duas saídas do tubo são abertas, ou fechadas com
janelas óticas [131].
O aquecimento elétrico do tubo possui vantagens em relação ao aquecimento
em chama, pois o aquecimento elétrico do tubo é mais homogêneo, sem gradientes de
temperatura, permitindo maior reprodutibilidade das leituras. A temperatura também pode
ser controlada e ajustada de acordo com o analito. Nos tubos aquecidos externamente por
uma chama ar-acetileno, a diferença de temperatura entre a parte inferior e a superior do
tubo alcança até 300 °C [148]. A chama também ataca rapidamente a parte externa do tubo
de quartzo, diminuindo seu tempo de vida.
Muitas técnicas automatizadas para a determinação de traços de metais, como
por exemplo, a análise por injeção em fluxo (FI), tem atraído atenção devido à alta
precisão, à elevada taxa de amostragem e à possibilidade de inclusão de pré-tratamentos da
amostra e concentração do analito em linha. Métodos, empregando a técnica de FI são
considerados os melhores, pela instrumentação simples e de baixo custo, permitindo
procedimentos rápidos e efetivos para a determinação de traços de diversos elementos em
36
linha [149,150,151]. Injeção em Fluxo - Geração de Hidretos – Espectrometria de Absorção
Atômica (FI-HG-AAS) é um acoplamento atrativo, devido à sua simplicidade e alta
sensibilidade. Estes procedimentos fazem uso dos benefícios da introdução direta da
amostra, volume reduzido da amostra, diminuição da possibilidade de contaminação e do
aumento da tolerância para interferentes, quando comparados aos procedimentos
convencionais em batelada [152,153].
2.5 Espectrometria de fluorescência atômica (AFS)
A espectrometria de fluorescência atômica é uma técnica consolidada para
análise de alguns elementos de importância ambiental, incluindo arsênio e antimônio. A
técnica de fluorescência atômica oferece grandes vantagens em termos de linearidade e
níveis de detecção. Atualmente, os sinais têm melhorado em função da qualidade das
lâmpadas empregadas como fontes de excitação. Suas limitações, como espalhamento e
background, dependem dos níveis de impurezas nas amostras com o acoplamento da
geração de hidreto na AFS, estes problemas são eliminados, uma vez que, a matriz é
separada da amostras pela geração de hidreto, oferecendo assim uma maior sensibilidade e
especificidade [154]. Esta sensibilidade oferecida é comparada com a do HG ET AAS,
com o custo reduzido, já que não necessita-se utilizar tubos de grafite.
O arsênio e o antimônio, elementos formadores de hidretos, podem ser
detectados por AFS na região do ultravioleta, abaixo de 259 nm. Nesta região, somente
uma pequena emissão de fundo (backgroud) é observada, quando uma chama fria de baixa
energia é utilizada. Contudo, para se obter um bom limite de detecção é necessária uma
fonte de excitação de alta intensidade de radiação. Recentemente, lâmpadas do tipo
37
boosted-discharge hollow cathode (BHDC) tornaram-se comercialmente disponíveis e têm
se mostrado uma boa fonte de excitação para a AFS [155,156].
2.6 Análise de especiação não-cromatográfica de arsênio e antimônio por
técnicas de espectrometria atômica com geração de hidreto
A análise de especiação geralmente envolve duas etapas: (1) separação das
diferentes espécies e (2) a quantificação. Técnicas, baseadas na interface da cromatografia
líquida, HPLC- HG - AAS [157], HPLC-HG- AFS [158], HPLC-HG-ICP-MS [159], entre
outras têm sido propostas para especiação de elementos, que formam hidretos [160]. Estas
técnicas apresentam como vantagem a introdução de espécies separadamente e a detecção
em linha específica. Entretanto, possuem algumas desvantagens [161], tais como: o
aumento da complexidade, a co-eluição da espécie de alguns elementos [162], os problemas
associado com a estabilidade do plasma devido o uso de solventes orgânicos, e as
interferências decorrentes de íons poliatômicos na convencional ICP-MS [163]. Além
disso, estes equipamentos são de alto custo e não são de fácil manuseio. O tempo de análise
é também considerado longo para análise de rotina.
O acoplamento da geração de hidreto, em técnicas de espectrometria atômica, é
uma ferramenta analítica sensível, para determinação de níveis traços de arsênio e
antimônio. Esta técnica tem habilidade de diferenciar estados de oxidação desses
elementos, através de procedimentos simples, sem a utilização da separação
cromatográfica. A aplicação adequada de técnicas de separação de espécies de elementos,
que formam hidretos, pode ser quantitativa. As técnicas de separação incluem a formação
seletiva de hidreto baseado no ajuste do pH, uso de solução tampão, meio reacional,
38
modificação da matriz, extração com formação de complexo e retenção seletiva, entre
outros. Sistemas automatizados com injeção em fluxo (FI) e fluxo contínuo (CF) estão
sendo utilizados hifenados com tratamento da amostra em linha. [164].
2.6.1 Análise de especiação de arsênio
2.6.1.1 Análise de especiação baseada na seletividade da HG
A reação entre tetrahidroborato (THB) e um oxiion em solução é seletiva em
um determinado pH, pois, para que a reação se processe rapidamente, a espécie analito
deve ser completamente protonada. A diferenciação entre As (III) e As (V) pode ser
realizada explorando a dependência do pH na redução com THB.
Nakashima determinou As (III) na presença de As (V) utilizando 0,25 mol L-1
HCl com 3-5 mg mL-1 de Zr (IV) e 2% de KI. O arsênio total foi determinado em 2 mol L-1
de HCl, contendo 1% KI. O Zr (IV), junto com o KI suprimiu seletivamente o sinal de As
(V) na determinação do As (III) [165]. Baseado na dependência do pH de geração de
arsina, outros trabalhos foram publicados [166,167]. As formas metiladas também podem
ser determinadas da mesma forma [168]. Todavia, Hinners observou que se o arsênio
metilado estiver presente, ele pode contribuir para o aumento do sinal de As (III) e total,
então ele sugeriu o uso de soluções tampões para minimizar o erro [169]. Outros autores
reportaram o uso do tampão citrato e acetato [170, 171].
Anderson e colaboradores investigaram a seletividade do método de redução
das formas orgânicas e inorgânicas do arsênio, usando matrizes tamponadas [172].
Seguindo o método de Anderson, vários artigos foram publicados sobre a análise de
39
especiação de arsênio utilizando diferentes ácidos, tampões e meio redox, para
determinação de espécies inorgânicas e orgânicas [173,174].
Outros métodos para determinação seletiva de arsênio utilizando também na
determinação das espécies incluem extração seletiva e técnicas de co-precipitação [175].
Bombach e colaboradores propuseram a retenção seletiva de As (V) por uma coluna de
troca iônica com uma separação on-line das espécies [176]. Okumura e colaboradores
empregaram o uso de um sorbente carregado com zircônio para retenção de As (III) e As
(V) [177]. Chatterjee e colaboradores descreveram um método para extração de As (III)
com dietilditiocarbonato [178]. Dapaah e Ayame extraíram o As (III) com complexo
hexametilenoditiocarbamato em 2,6-dimetil -4- heptano [179]. Van Elteren e colaboradores
determinaram As (V) e As (III) pela co-precipitação de As (V) como complexo molibdato
com cloreto de tetrafenilfosfato e As (III) com dibenzilditiocarbamato [180].
2.6.1.2 Técnica de FI- HG - AAS
A introdução da FI e técnicas com métodos de HG em AAS estabeleceram um
importante marco no desenvolvimento da HG - AAS [181]. A FI oferece muitas vantagens,
entre as quais um curto tempo de análise, pequeno consumo de reagente e amostra, redução
da intervenção humana, melhora a sensibilidade e precisão. A diferenciação de As (III) e
As (V) foi realizada on-line pela dependência do pH na geração da arsina variando as
concentrações do THB e ácido, usando tampões apropriados. A determinação de As (III) e
total após a redução on-line usando KI / KI ácido ascórbico [182,183], tiosulfato [184] e Lcisteína [185] tem sido estudada por muitos autores. Como, Nielsen e Hansen que
aplicaram uma redução on-line de As (V) com KI - ácido ascórbico em reator enovelado
40
[186]. Torralba e colaboradores determinaram As (III) seletivamente em tampão cítrato e
arsênio total com 6 mol L-1 de HCl [187]. Co- precipitação em linha com La (OH)3 em
reator knotted para determinação seletiva de As (III) foi proposto [188]. Já Sigrisit e
Beldomenic empregaram o uso de uma baixa concentração de THB 0,035% com 2 mol L-1
de HCl para As(III) e As total depois da redução com KI [189].
Uma pré-concentração on-line de As (III) em alumina ativada e As total depois
da pré-redução com L-cisteína foi também estudada [190]. Uma pré-concentração
simultânea em linha usando uma coluna de troca iônica foi proposta por Narcise e
colaboradores. A coluna é seletiva para As (V) no pH neutro e As total em pH >12 [191].
Anthemidis e colaboradores propuseram um sistema de injeção seqüencial em
que 0,5% THB com 1,5 mol L-1 de HCl e 3% THB com 9 mol L-1 de HCl foi utilizado para
As (III) e As total, respectivamente [192]. Em outro trabalho, dos mesmos autores foi
proposta a retenção seletiva de As (V) pela resina de troca iônica e As total após oxidação
com KMnO4 [193].
2.6.1.3 Técnica de HG – AFS
Tsuji e Kugu foram os primeiros a relatar o uso do HG acoplado a AFS [194,
195]. Mester e Foder estudaram a característica do sinal de AFS de espécies de As e
enfatizaram a necessidade da calibração independente para cada espécie de As [196].
D'ulivo e colaboradores discutiram o método para melhorar a desempenho da
técnica de HG-AFS usando aditivos e fibras ópticas [197]. El- Hadri e colaboradores
determinaram As (III) com 3% de THB e 2 mol L-1 de HCl e As total após a pre-redução
41
com KI. Neste trabalho, as concentrações de espécies foram calculadas a partir da
inclinação das curvas de calibração [198]. Lee e colaboradores descreveram um método
baseado na retenção seletiva de arsênio em uma coluna de troca iônica [199]. Lopez e
Castro utilizaram FI acoplado com evaporação prévia antes da HG em amostra de água
contendo alto teor de material particulado [200]. Yan e colaboradores aplicaram a técnica
de FI - HG AFS, em que As (III) foi seletivamente complexada com APDC e As total foi
determinado após pré-redução com L-cisteína [201]. Gong e colaboradores desenvolveram
um método de EFS para extração seletiva de As (V) [202]. Leal e colaboradores
propuseram uma nova técnica, baseada na injeção de fluxo com multiseringa (MSFI), em
que o As (III) e o arsênio total foram determinados simultaneamente após redução com KIácido ascórbico [203].
Reyes e colaboradores desenvolveram um método para determinação das
espécies de arsênio em amostras de vegetais, As (III), As (V), ácido dimetilarsênico (DMA)
e ácido monometilarsênico (MMA), usando equações proporcionais. O método foi baseado
em uma extração simples das espécies com H3PO4 1 mol L−1 [204]. Em outro trabalho, os
autores também usaram as equações proporcionais, para determinar espécies de arsênio em
amostras de cereais [205].
Montesinos e colaboradores, também, utilizaram equações proporcionais para
especiação de arsênio em amostras de peixe, após extração das espécies com ácido nítrico
[206]. A mesma estratégia de especiação também foi empregada pelos autores para
determinar As (III) e As (V) em amostras de leite. As espécies foram extraídas com água
régia [207].
42
2.6.1.4 Técnica de geração de hidreto eletroquímica (EcHG)
A geração de hidreto eletroquímica, como um sistema de introdução de
amostras para espectrometria atômica, é uma alternativa para melhorar a HG. Ela tem sido
utilizada para determinação do elemento total, mas para análise de especiação pouca
informação está disponível. A eficiência da EcHG depende principalmente do material do
cátodo, de corrente eletrolítica, da dimensão do fluxo, através da célula e do separador gás
– líquido.
Ding e Sturgeon verificaram que a eficiência na formação da arsina variou
segundo a natureza do material catódico e da reação da matriz [208]. Schaumloff e
Neidhart determinaram As (III), usando um cátodo de fibra de carbono e arsênio total após
redução com L-cisteína [209]. Pyell e colaboradores propuseram o uso da fibra de carbono
e chumbo como material catódico para determinar As (III) e Arsênio total [210]. Li e
colaboradores desenvolveram o procedimento para análise de especiação de As inorgânico,
baseado na eficiência de geração de hidreto entre 0,6 a 1,0 A da corrente eletrolítica. A
concentração das espécies foi calculada pela inclinação da curva de calibração [211].
2.6.2 Análise de especiação de antimônio
2.6.2.1 Análise de especiação baseada na seletividade da HG
Este método baseia-se na dependência do pH da formação de Sb (III) e Sb (V).
Nakashima e colaboradores determinaram seletivamente Sb (III) em 0,35 mol L-1 de HCl e
4 mg mL-1 de Zr (IV), com LDs de ng L-1[212]. Nakahara e Kikui determinaram
seqüencialmente Sb (III) e Sb total em meio de ácido maleico e tartárico com um LD de
43
0,19 µg L-1[213]. Garcia e colaboradores relataram a separação on-line de Sb (III)
complexizado com PDC e extraído com metilisobutilcetona. Sb (V) foi determinado, após
redução com KI na fase aquosa [214]. Feng e colaboradores propuseram um método para
determinar espécies de antimônio baseado, na redução cinética com L-cisteína [215].
2.6.2.2 Técnica de FI- HG - AAS
A técnica de FI HG, utilizando procedimentos de pré-concentração on-line e ou
redução seletiva, tem sido aplicada para análise de especiação de antimônio. Guntinas e
colaboradores empregaram ácido crítico a 6% para determinar Sb (III) e o meio de 4 mol L1
de HCl, para determinar antimônio total com LD de 7 ng L-1 [216,217]. Garbos e
colaboradores relataram o uso de 0,02 mol L-1 de HCl para Sb (III) [218]. A sorção seletiva
de Sb (III), em Duolite GT-73 com grupos funcionais –SH acoplado no FI- HG – AAS, foi
estudada por Erdem e Erogulu [219], obtendo LD de 60 ng L-1. Zheng e colaboradores
utilizaram o TiO2 para pré-concentração de Sb (III) e Sb (V), atigindo um LD de 50 ng L-1
[220].
Pena e colaboradores apresentaram um procedimento para especiação de Sb
(III) e Sb(V) em amostras de tecidos fígado e sangue. O método envolve uma extração online das espécies, a partir da amostra sólida liofilizada com ácido acético, para
determinação de Sb(III) e sulfúrico na determinação de Sb(V) [130].
44
2.6.2.3 Técnica HG - GF AAS e AFS
A concentração in situ com HG no tubo de grafite oferece outra eficiente
ferramenta, para análise de especiação de antimônio. Smichowski e colaboradores
propuseram um método para pré-concentração simultânea de Sb (III) e Sb (V), baseado na
retenção seletiva em uma microcoluna de alumina sob controle do pH, usando ácido
fosfórico [221]. Garbos e colaboradores, realizaram uma pré-concentração seletiva de Sb
(III) com o complexante pirolidina de ditiocarbonato de amônio (APDC), em uma coluna
de C16, já o Sb total foi obtido após redução com a L-cisteína [218].
Seletiva geração de Sb3+ in situ no tubo de grafite foi reportado por vários
autores com LDs ng L-1 [222, 223, 224]. Chung et al. propuseram a seletiva extração de Sb
(III), com o seu complexo de PDC em CCl4- CHCl3 e Sb (V), com redução com TiCl3 –
HCl [225]. Cabon e Madec, utilizaram a determinação seletiva de Sb (III) usando o tampão
Tris- HCl 0,2 mol L-1 e Sb, após uma oxidação UV on- line [226].
A AFS tem sido demonstrada uma técnica sensível para determinação de
elementos, que geram hidretos, tendo linhas de ressonância abaixo de 250 nm [227]. Tsujii
propôs a determinação seletiva de Sb (III), usando HF como um agente mascarante para Sb
(V) [228]. Deng e colaboradores desenvolveram um procedimento usando 8- hydroxi
quinolina, como agente mascarante para Sb (V) na determinação de Sb (III) e o Sb(V) foi
determinado após pré- redução com KI, e Sb total foi determinado, após digestão em
microondas e pré-redução com KI [229]. El- Hadri et al desenvolveram um método para
determinação Sb (III) e Sb (V), baseado na eficiência de geração de hidreto com e sem
redução com KI [198].
45
Semenova e colaboradoes propuseram um método para determinação de
antimônio total e especiação de Sb (III) e Sb (V), por injeção em fluxo com uma
multiseringa e detecção por HG AFS [230]. Cava-Montesinos e colaboradoes também
utilizaram a eficiência de geração de hidreto com e sem KI para determinação de As (III),
As (V), Sb (III) e Sb (V) em amostras de leite [231].
46
CAPÍTULO 3
DETERMINAÇÃO DE CÁDMIO E CHUMBO EM ÁGUAS DE
REFINARIA DE PETRÓLEO APÓS PRÉ-CONCENTRAÇÃO ONLINE EM UM SISTEMA DE INJEÇÃO EM FLUXO ACOPLADO A
UM TS-FF-AAS
47
3.1 Introdução
A determinação de metais traço, em águas provenientes de torre de esfriamento
de refinaria de petróleo, apresenta dificuldades para análise direta, devido ao elevado teor
de sais dissolvidos e à presença de substâncias orgânicas [232]. Isto pode causar sérias
interferências no momento da análise, comprometendo a exatidão e a precisão do método,
podendo também danificar partes do sistema analítico. Portanto, o desenvolvimento de
métodos de separação e pré-concentração do analito é necessário antes da análise desse tipo
de amostras.
Sistemas de injeção em fluxo (FI) on-line acoplados a espectrômetros de
absorção atômica com chama, empregando extração em fase sólida, têm sido utilizados em
vários métodos para a pré-concentração e determinação de cádmio e chumbo em amostras
de água [233, 234, 235, 236, 237]. Estes procedimentos evitam a manipulação da amostra
entre a etapa de pré-concentração e a análise, de modo a minimizar as perdas e os riscos de
contaminação, bem como promovem a remoção eficiente da matriz, permitindo maior
precisão [238].
Neste contexto, métodos ainda mais sensíveis, poderão ser obtidos se for
acoplado um spray térmico no espectrômetro de absorção atômica (TS-FF-AAS). A técnica
de TS- FF-AAS proposta por Gaspar e Berndt [41] fornece uma introdução simples e
eficiente da amostra. As vantagens desse sistema consistem na maior eficiência de
introdução da amostra no atomizador e no aumento do tempo de residência do analito no
caminho óptico, aumentando assim a capacidade de detecção do analito [239].
48
Neste capítulo, propõe-se um método para determinação de cádmio e chumbo,
em amostras de água de refinaria de petróleo, após pré-concentração em linha dos íons
metálicos em um sistema de injeção em fluxo acoplado a um TS- FF- AAS.
49
3.2- PARTE EXPERIMENTAL
3.2.1 Instrumentação e Acessórios
Espectrômetro de absorção atômica com chama, marca Varian, modelo
SpectrAA 220 equipado com lâmpada de deutério como corretor de fundo, foi usado para
determinação dos metais.
Lâmpada de cátodo oco multielementar de cádmio e chumbo foi utilizada como
fonte de radiação. Os parâmetros instrumentais são apresentados na Tabela 3.1.
Um sistema termospray foi composto de um tubo níquel puro (J & JEthen,
52070, Aachen, Alemanha), com 10 cm de comprimento e 2,5 cm de diâmetro interno,
contendo 6 furos de 2,0 mm diâmetro interno virados para o queimador visando
a
penetração da chama no interior do tubo e um capilar de cerâmica (100 mm de
comprimento, 0,5 mm de diâmetro interno e 2,0 mm de diâmetro externo) utilizado para o
transporte de amostras até o tubo de níquel. A ponta capilar foi inserida em cerca de 1 mm
no interior do tubo de níquel.
O sistema em fluxo consistiu de uma bomba peristáltica (modelo Alitea C-6
XV, Suécia) de oito canais equipados com tubos de silicone e um injetor caseiro, comutado
em acrílico para selecionar as etapas de eluição e pré-concentração.
50
Tabela 3.1 Parâmetros instrumentais para determinação de cádmio e chumbo
por TS-FF-AAS.
Parâmetros
Cd
Pb
Comprimento de onda (nm)
228,8
217,0
Corrente da lâmpada (mA)
10,0
10,0
Razão de ar (Lmin-1)
13,5
13,5
Razão de acetileno (Lmin-1)
2,0
2,0
Abertura da Fenda (nm)
0,5
1,0
3.2.2 Reagentes
Todos os reagentes utilizados nos experimentos foram de grau analítico. Água
ultrapura (resistividade de 18.3 MΩ cm) de um sistema de purificação Milli-Q (Millipore,
Bedford, MD, USA) foi usada para preparo de todas as soluções.
A vidraria foi mantida em solução de ácido HNO3 10% v/v durante 12 h, para
descontaminar. Antes do uso, foi lavada com água deionizada e seca em um ambiente livre
de poeira.
As soluções foram preparadas conforme os procedimentos descritos abaixo:
(a) As soluções padrões intermediárias de cádmio e chumbo foram obtidas pela
diluição de uma solução padrão de (1000 μg mL−1) da Merck.
(b) A solução de ditizona 0,1% (Merck) foi praparada dissolvendo 0,1g em 100
mL de etanol.
51
(c) A solução tampão foi preparada dissolvendo 149 g de trietanolamina
(Merck) em 800 mL de água ultrapura e ajustando o pH 7,3 ou 7,8, com ácido
clorídrico para cádmio e chumbo, respectivamente, e diluída para 1L com água
ultrapura.
3.2.3 Preparação da minicoluna
Uma solução de ditizona 0,1% (w/v) foi percolada, através de uma minicoluna,
contendo cerca de 0,1 g de XAD-7 com vazão de 2,0 mL min-1 durante 25 min. Em
seguida, a coluna foi lavada com solução de hidróxido de sódio 1% para a eliminação do
excesso de reagente ditizona e depois com ácido clorídrico 1 mol L-1 e água deionizada na
mesma vazão, a fim de evitar qualquer contaminação metálica. Na Figura 3.1, encontra-se
uma ilustração da minicoluna utilizada.
TG
TP
TC
XAD - 7
Figura 3.1- Coluna empregada no sistema analítico em linha. Fase sólida – XAD 7
impregnada com ditizona, TP: Tubo plástico usado para soro (equipo), TG: Tubo Tygon,
TC: tubo capilar de Teflon.
52
3.2.4 Sistema de pré-concentração on-line
Na etapa de pré-concentração, 10 mL de solução padrão, contendo chumbo e
cádmio ou a amostra (tamponadas), é percolada pela mini-coluna a uma vazão de 4 mL
min-1. Os íons metálicos foram retidos por sorção química, como complexo com a ditizona
e a solução remanescente foi descartada. A eluição dos íons retidos foi realizada, através de
uma solução de HCl 1 mol L-1 [240] em uma razão de fluxo de 0,7 mL min−1, no sentido
oposto da pré-concentração. O uso de um fluxo de eluição reverso poderá evitar possíveis
problemas de compactação do material adsorvente na mini-coluna e de um tempo elevado
de limpeza do sistema, que geraria sinais com intensas caldas. Posteriormente, foram
transportados até o sistema TS-FF-AAS para quantificação dos mesmos. Os sinais foram
medidos como altura de pico. O diagrama do sistema de pré-concentração é encontrado na
Figura 3.2.
3.2.5 Otimização
A otimização das condições de trabalho foi realizada por meio de planejamento
Box-Behnken (Figura 3.3), incluindo as variáveis, pH de complexação, vazão de préconcentração e concentração do tampão. Os dados experimentais foram processados,
utilizando o programa STATISTICA 6.0. Todos os experimentos foram conduzidos usando
10 mL de solução de Cd 1 g L-1 ou de Pb 5 g L-1.
53
B
Etapa de
pré-concentração
Tubo de níquel
Capilar cerâmico
HCl
1 mol/L
D
M
Amostra
Queimador
Ar/acetileno
(TS-FF-AAS)
Injetor
B
HCl
1 mol/L
Capilar cerâmico
Tubo de níquel
Etapa de
eluição
D
Amostra
M
Injetor
Queimador
Ar/acetileno
(TS-FF-AAS)
Figura 3.2. Diagrama esquemático do sistema de pré-concentração de Cd ou Pb, acoplado
ao TS-FF-AAS. Mini-coluna de Amberlite XAD-7 impregnada com ditizona. (M: minicoluna, B: bomba peristáltica, D: descarte).
X2
X3
X1
Figura 3.3 - Representação do desenho Box-Behnken como resultado da interlocação de
desenhos fatoriais 22.
54
3.3-Resultados e Discussão
3.3.1 Determinação das condições experimentais ótimas do sistema on line
A otimização foi realizada usando uma matrix Box-Behnken para as
variáveis pH, vazão de amostragem (VA) e concentração do tampão (CT). Outros
fatores foram estabelecidos considerando os resultados de experimentos prévios.
No desenho Box-Behnken, os pontos experimentais situam-se sobre uma
hiperesfera eqüidistante do ponto central, que representa o desenho para otimização de
três variáveis. O número de experimentos necessários para otimização são definidos
pela equação: N = K2 + K + 1, onde K é o número de variáveis, portanto para três
variáveis o número de experimentos são 13.
Na Tabela 3.2, demonstra-se a matriz com os valores reais e codificados e a
resposta como sinal analítico (absorvância). O ponto central foi corrido em triplicata,
para avaliação do erro experimental. Os dados obtidos na realização dos experimentos
que compõem a matriz do Box-Behnken geraram as superfícies de resposta
apresentadas nas Figuras 3.4 e 3.5.
55
Tabela 3.2 Matriz do planejamento Box-Behnken com valores reais e codificados
Expet.
pH
VA
CT
Abs Pb
Abs Cd
1
7 (-1)
3 (-1)
0,020 (0)
0,0556
0,2783
2
9 (+1)
3 (-1)
0,020 (0)
0,0507
0,2366
3
7 (-1)
5 (+1)
0,020 (0)
0,0538
0,2660
4
9 (+1)
5 (+1)
0,020 (0)
0,0485
0,2277
5
7 (-1)
4 (0)
0,010 (-1)
0,0584
0,2866
6
9 (+1)
4 (0)
0,010 (-1)
0,0512
0,2306
7
7 (-1)
4 (0)
0,030 (+1)
0,0619
0,2438
8
9 (+1)
4 (0)
0,030 (+1)
0,0529
0,2152
9
8 (0)
3 (-1)
0,010 (-1)
0,0592
0,2310
10
8 (0)
5 (+1)
0,010 (-1)
0,0549
0,2059
11
8 (0)
3 (-1)
0,030 (+1)
0,0623
0,2230
12
8 (0)
5 (+1)
0,030 (+1)
0,0581
0,1913
13
8 (0)
4 (0)
0,020 (0)
0,0682
0,3161
14
8 (0)
4 (0)
0,020 (0)
0,0687
0,3131
15
8 (0)
4 (0)
0,020 (0)
0,0673
0,3192
56
As equações (1) e (2), abaixo, ilustram a relação entre as três variáveis
estudadas; pH, vazão de amostragem (VA), concentração do tampão (CT) e o sinal
analítico (Abs), considerando os valores reais, para o cádmio e chumbo,
respectivamente:
Cd = - 1,3686 + 0,2242 (pH) - 0,0164 (pH)2 + 0,3677(VA) – 0,0476 (VA)2
+ 16,4566 (CT) – 557,1666 (CT)2 + 0,000850 (pH) (VA) + 0,6850 (pH) (CT) –
0,1650 (VA) (CT)
(1)
Pb = -0,6206 + 0,1455 (pH) – 0,0092 (pH)2 + 0,0528 (VA) – 0,0067(VA)2 +
1,5921(CT) – 27,4583 (CT)2 – 0,0001 (pH) (VA) – 0,0450 (pH) (CT) +
0,0025 (VA) (CT)
(2)
Estas equações mostram o ponto crítico da superfície de resposta, que é um
máximo em pH 7,34 e 7,81, uma vazão de amostragem 3,89 e 3,88 mL min-1 e a
concentração do tampão de 0,018705 e 0,0227 mol L-1 para o cádmio e chumbo,
respectivamente.
Desta forma, as condições experimentais estabelecidas para o método são:
vazão de amostragem 4,0 mL min-1 para ambos os metais, pH 7,3 e concentração do
tampão de 0,019 mol L-1 para cádmio; pH 7,8 e concentração do tampão 0,023 mol L-1
para o chumbo.
57
Figura 3.4 Superfícies de respostas obtidas para chumbo pelo ajuste de uma função
quadrática aos dados da Tabela 3.2.
58
Figura 3.5 Superfícies de respostas obtidas para cádmio pelo ajuste de uma função
quadrática aos dados da Tabela 3.2.
59
Uma análise de variância (ANOVA) apresentada na Tabela 3.3, obtida, através
do programa STATISTICA 6.0, mostrou que o modelo não apresenta falta de ajuste. Os
valores calculados F para a falta de ajuste foram 11,44 e 4,75 para o cádmio e chumbo,
respectivamente. Estes valores são menores que F tabelado de 19,16 para 3 e 2 graus de
liberdades.
Isto
mostra que os
modelos
descrevem as regiões
experimentais
adequadamente.
Tabela 3.3 Análise de variância (ANOVA) para (a) cádmio e (b) chumbo
SQ
gl
MQ
F
p
0.004376
0.009132
0.012278
0.000003
0.000188
0.000011
0.000319
0.000019
0.02424
2
2
2
1
1
1
3
2
14
0.002188
0.004566
0.006139
0.000003
0.000188
0.000011
0.000106
0.000009
235.1681
490.8049
659.8863
0.3106
20.1745
1.1705
11.4470
0.004234
0.002033
0.001513
0.633340
0.046162
0.392386
0.081405
0.000401
0.000185
0.000044
0.000000
0.000001
0.000000
0.000007
0.000001
0.000589
2
2
2
1
1
1
3
2
14
0.000201
0.000093
0.000022
0.000000
0.000001
0.000000
0.000002
0.000001
398.3979
183.8472
44.0759
0.0795
1.6093
0.0050
4.7566
0.002504
0.005410
0.022185
0.804509
0.332264
0.950228
0.178602
(a) cádmio
(1) pH L+Q
(2) VA L+Q
(3) CT L+Q
pH * VA
pH * CT
VA * CT
Falta de ajuste
Erro puro
Total SS
(b) chumbo
(1)pH L+Q
(2)VA L+Q
(3)CT L+Q
pH * VA
pH * CT
VA * CT
Falta de ajuste
Erro puro
Total SS
SQ, soma quadrática; gl, grau de liberdade; MQ, média quadrática. Nível de confiança
de 95%.
60
3.3.2 Características analíticas
Avaliando o desempenho do método proposto os seguintes parâmetros de
mérito foram obtidos: limites de detecção e quantificação, precisão, fator de
enriquecimento, linearidade e exatidão. Além destes, os parâmetros relacionados com o
sistema de pré-concentração em linha também foram calculados. Todos esses parâmetros
foram estabelecidos usando-se os valores otimizados do sistema de pré-concentração online.
O limite de detecção e quantificação são os fatores críticos na seleção de um
método usado na análise de traços [241]. A definição de limite de detecção mais aceita
atualmente é a concentração ou massa mínima do analito que pode ser detectada em um
nível conhecido confiável [242]. O limite de detecção (LD) é expresso matematicamente
como três vezes o desvio padrão do valor do sinal analítico correspondente ao branco
obtido de 10 determinações, dividido pela inclinação da curva analítica [242].O limite de
quantificação (LQ) é definido como o nível acima do qual resultados quantitativos podem
ser obtidos com um grau especifico de confiança. O limite de quantificação é calculado de
forma semelhante ao LD, sendo utilizado dez vezes o desvio padrão do branco dividido
pela inclinação da curva analítica. O limite de detecção e quantificação para o método
proposto foi calculado segundo as recomendações da IUPAC [243]. Sendo assim, o LD e o
LQ calculados para o procedimento proposto foram 0,012 e 0,04 g L-1 para cádmio e 0,34
e 1,1 g L-1 para chumbo, respectivamente.
A precisão dos dados analíticos é o grau de concordância mutua entre os dados
que foram obtidos do mesmo modo [242]. A precisão foi determinada e expressa, como
61
desvio padrão relativo (n=10). Os valores encontrados foram 1,9% (1,0 g L-1) e 1,8% (5,0
g L-1) para cádmio e do chumbo, foram de 2,5 (5,0 g L-1) e 1,6% (50,0 g L-1).
O fator de enriquecimento (FE) é a avaliação do aumento do sinal
instrumental. Este parâmetro é calculado pela razão entre os coeficientes angulares das
curvas analíticas do procedimento com e sem a etapa de pré-concentração. As seguintes
equações da curva de calibração foram obtidas, usando o procedimento de pré-concentração
em fase sólida: Abs = 0,286 [Cd] + 0,0236 para cádmio e Abs = 0,0143 [Pb] – 0,0011 para
chumbo, ambas com coeficiente de correlação (R) de 0,9992. As equações de calibração
obtidas sem a etapa de pré-concentração foram Abs= 0,0071 [Cd] + 0,0105 e Abs= 0,0004
[Pb] + 0,0062 para cádmio e chumbo, respectivamente. O fator de enriquecimento
experimental, calculado pela razão entre a inclinação do gráfico de calibração com e sem
pré-concentração, foram de 40 e 36 vezes, para cádmio e chumbo, respectivamente. O
sistema em fluxo é linear na faixa de concentração 0,04 -10 g L-1 para cádmio e 1,1-70 g
L-1 para chumbo.
A avaliação da linearidade é muito importante, por isso faz-se necessário fazer
distinção entre a linearidade in-line, quando é checada pelo teste de falta de ajuste e a
linearidade on-line, grau da dispersão dos dados em torno da linha de calibração e é
verificada por meio da expressão 100 [1-RSD (b)], onde RSD (b) é o desvio padrão relativo
da inclinação. A linearidade in-line foi p = 0,3636 para Cd e p = 0,4864 para chumbo e online foi 97,99% (Cd) e 97,23% (Pb).
Os parâmetros relacionados com o sistema de pré-concentração em linha, como
a eficiência de concentração e o índice de consumo também foram calculados, sendo,
respectivamente, 11,3 e 0,25 mL para cádmio e 10,2 e 0,28 mL para chumbo. A freqüência
62
analítica encontrada, nas condições ótimas, foi de 17 amostras por h−1para ambos metais.
Os fatores de transferência de fase, definida como a razão entre a massa analítica na
amostra original e no concentrado, foram de 87,9 e 60 para Cd e Pb, respectivamente.
Na Tabela 3.6 são apresentadas algumas características analíticas do método
desenvolvido e de outros publicados, utilizando diferentes sorventes nos sistemas de préconcentração. Comparando-se os valores encontrados, pode-se verificar que o método
proposto apresenta características analíticas compatíveis aos apresentados.
3.3.3 Exatidão do método desenvolvido
A exatidão do procedimento foi confirmada pela determinação de cádmio e
chumbo, no seguinte material de referência certificado: NIST SRM 1643d (Trace Elements
in Water), fornecida pelo Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia. Observa-se, que
apesar do material de referência certificado não ser da mesma matriz estudada, comparando
os dados encontrados, aplicando o método desenvolvido, com os valores certificado,
verifica-se que não há diferença significativa entre os valores. Isto indica, também, que o
método pode ser aplicado para determinação de cádmio e chumbo em outras amostras de
água. Os resultados encontram-se na Tabela 3.4.
Tabela 3.4 Determinação de cádmio e chumbo em material de referência certificado (N=3).
Cd ( gL-1)
Amostra
Certificado
CRM 1643d
6,47
0,37
N = número de determinações
Pb ( gL-1)
Encontrado
6,51
0,49
Certificado
Encontrado
18,15
18,09
0,64
1,2
63
3.3.4 Aplicação
O método proposto foi aplicado para determinação de chumbo e cádmio em
amostras de água de refinaria de petróleo. Os resultados encontrados são demonstrados na
Tabela 3.5. As concentrações de cádmio e chumbo variaram de 0,32 a 0,64 µg L-1 e 6,7 a
11,8 µg L-1, respectivamente. Testes de adição e recuperação também foram realizados. As
recuperações variaram de 97 a 102% para o chumbo e de 93 a 106 para cádmio. Estes
resultados indicam que o método não é afetado por efeitos de matriz e pode ser aplicado
satisfatoriamente para determinação de chumbo e cádmio, neste tipo de amostra.
Tabela 3.5 Determinação de cádmio e chumbo em amostras de água de refinaria de
petróleo (N=3)
Cd ( g L-1)
Amostra
Pb ( g L-1)
Adicionado Encontrado % Rec
1
2
3
4
0
0,34
0,05
1
1,37
0,09
0
0,32
0,07
1
1,29
0,10
0
0,51
0,07
1
1,44
0,10
0
0,64
0,09
1
1,70
0,11
N = número de determinações
103
97
93
106
Adicionado
Encontrado
% Rec
0
6,70
0,16
-
7,0
13, 5
0,7
97
0
11,1
0,90
11,5
22,7
0,50
0
11,8
0,60
11,5
23,5
0,40
0
10,8
0,5
11,5
22,2
0,3
101
102
99
64
Tabela 3.6 Comparação entre diferentes sistemas de pré-concentração para determinação de cádmio e chumbo por espectrometria de
absorção atômica.
Volume de
Pré-concentração (mL)
FE
LD ( g/L)
Cd
Pb
Técnica
Ref.
Amberlite XAD-2 / 2-aminothiophenol
15
74
0,14
-
FAAS
[234]
Amberlite XAD-2 / TAM
150
548
0,022
-
FAAS
[236]
Amberlite XAD-4 / DHDAA
6
42
0,1
-
FAAS
[237]
Amberlite XAD-7 / p-Xylenol blue
300
60
-
18,7
FAAS
[235]
Chromosorb-106 / PAN
500
250
0,19
0,32
FAAS
[244]
Chromosorb-107 / APDC
25
-
1,2
GFAAS
[245]
silica gel / DHAQ
50
200
0,62
0,45
FAAS
[246]
Silica gel / DPTH
7.5
86
1,1
-
ICP-AES
[247]
Fullerene / APDC
1.5
11 e 5
0,1
2,4
TS-FF-AAS
[248]
Polyurethane foam / DDTP
2
5
0,12
-
TS-FF-AAS
[249]
Polyurethane foam / DDTP
2
6
-
1,5
TS-FF-AAS
[250]
multiwall carbon nanotubes
10
51
0,01
-
TS-FF-AAS
[251]
Amberlite XAD-7 / Ditizona
10
0,012
0,34
TS-FF-AAS
Este trabalho
40 e 36
65
3.4 Conclusão
O uso do planejamento Box-Behnken se mostrou eficiente para otimização do
processo de pré-concentração, usando extração em fase sólida com características analíticas
adequadas para determinação de cádmio e chumbo, em amostras de águas provenientes de
refinaria de petróleo.
O TS-FF-AAS é uma técnica muito sensível, quando comparada à espectrometria de
absorção atômica convencional com chama e que, juntamente, com uma extração e préconcentração em linha dos íons metálicos, utilizando uma minicoluna de Amberlite XAD – 7,
carregada com ditizona é possível atingir limites de detecção compatíveis com os obtidos por GF
AAS.
66
CAPÍTULO 4
DESENVOLVIMENTO DE UM MÉTODO NÃO-CROMATOGRÁFICO
PARA ANÁLISE DE ESPECIAÇÃO DE ANTIMÔNIO E ARSÊNIO EM
AMOSTRAS DE VEGETAIS POR HG AFS
67
4.1-Introdução
Atualmente, sabe-se que não basta conhecer apenas as concentrações totais
dos elementos para avaliação de seus compostos sobre o ambiente e os seres vivos.
Algumas espécies de elementos traço como ocorrem com o arsênio, antimônio, cromo
e mercúrio, apresentam grande diferença de toxicidade.
A determinação de arsênio e antimônio em alimentos, não se restringe ao
teor total do elemento, mas inclui a determinação das espécies trivalentes inorgânicas,
que apresentam um risco à saúde muito superior ao das outras espécies. Então, a
determinação de espécies Sb e As inorgânico nos alimentos são de grande importância,
na garantia da saúde humana [252,253].
Na análise de especiação de Sb e As, técnicas hifenadas, com base no
acoplamento de cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE), eletroforese capilar
(CE) e cromatografia gasosa (GC) com detectores apropriados [253], juntamente com
os métodos de análise não - cromatográficos [254], têm sido propostas.
A utilização de geração de hidretos (HG) é de interesse para análise de
especiação não - cromatográfica de As e Sb [255,256] especialmente com base no uso
da espectrometria de fluorescência atômica (HG AFS) [257].
O antimônio está presente em cogumelos comestíveis como outros
oligoelementos [258], sendo determinado o conteúdo total de Sb em macrofungos em
zonas poluídas e não poluídas [259]. No entanto, na literatura não foi encontrado
nenhum procedimento relativo à especiação de Sb em cogumelos. O arsênio está
presente em vários vegetais, incluindo no alho [260]. Entretanto, também não há dados
68
sobre procedimentos de análise de especiação de arsênio em alho. Portanto, no presente
trabalho foi desenvolvido um método de baixo custo, simples e validado para a análise
de especiação de antimônio em cogumelos comestíveis e arsênio em alho.
69
4.2 Parte Experimental
4.2.1 Instrumentação e Acessórios
Espectrômetro de fluorescência atômica com geração de hidreto e fluxo contínuo
modelo PSA Millennium Excalibur 10.055 de PS analíticos (Kent, Reino Unido).
Lâmpadas de cátodo oco de antimônio e arsênio (Photron, Victoria, Austrália), foram
utilizadas como fonte de excitação.
Separador de fase gás-líquido foi empregado para separar os hidretos gasosos, a partir
da fase líquida e uma membrana Perma Pure (Farmingdale, NJ) foi utilizada para remover a
umidade da fase gasosa antes de ser introduzido, em uma chama de difusão de hidrogênio de
baixa energia.
Uma bomba peristáltica, equipada com tubos de cloreto de polivinila flexível com
1,85 mm d.i, foi empregada para o transporte da solução da amostra, e soluções de HCl e NaBH4.
Um fluxo adicional de H2 foi obtido, a partir de um gerador de hidrogênio Claind HG-2000
(Lenno, Itália). As medidas de fluorescência de antimônio e arsênio foram realizadas em 217,6 e
197, 3 nm, respectivamente, usando condições químicas e operacionais de acordo com trabalhos
prévios [261] e experimentos preliminares. As condições são resumidas na Tabela 4.1.
Um banho ultra-sônico (Selecta, Barcelona, Espanha) operado em 130 W e entre 5060 Hz foi utilizado para extração dos analitos. Outros equipamentos incluíam um liofilizador
(Telstar, Barcelona, Espanha), um banho de areia (Raypa Scharlau, Barcelona, Espanha) e um
forno mufla equipado com um controlador Eurotherm Control 902 (Madrid, Espanha).
70
Os hidretos covalentes gasosos foram formados em uma bobina de reação, usando
sistema indicado na Figura 4.1.
Figura 4.1 – Sistema em fluxo empregado para determinação de antimônio e arsênio por HG
AFS.
71
Tabela 4.1 Condições químicas e instrumentais empregadas para determinação de Sb e As total e
espécies por HG-AFS.
Parâmetros
Sb
As
Comprimento de onda (nm)
217,6
197,3
Corrente primária (mA)
17,5
27,5
Volume de amostra (mL)
5
5
Tempo de Delay (s)
10
10
Tempo de análise (s)
30
30
Tempo de memória (s)
30
30
HCl (mol L-1)
3,5
3,5
NaBH4 % (w/v)
0,7
1,0
Razão de fluxo de Ar (mL min -1)
300
300
2,5
2,5
Razão de fluxo do carreador (mL min )
9
9
Razão de fluxo de NaBH4 (mL min -1)
4,5
4,5
Razão de fluxo de ar ( L min-1)
-1
4.2.2 Reagentes
Todos os reagentes utilizados nos experimentos foram de grau analítico. Água
ultrapura (resistividade de 18.3 MΩ cm) de um sistema de purificação Milli-Q (Millipore,
Bedford, MD, USA) foi usada para preparo de todas as soluções. A vidraria foi mantida em
solução de HNO3 10% v/v durante 12 h, para descontaminação. Antes do uso, elas foram lavadas
com água deionizada e secas em um ambiente livre de poeira.
As soluções foram preparadas conforme os procedimentos descritos abaixo:
72
(a) Solução padrão de Sb(III) 1000 mg L-1 preparada pela dissolução do
C4H4KO7Sb.0,5H2O (Fluka) em água na presença de 1% (w/v) de ácido ascórbico (Scharlau )
para prevenir a oxidação.
(b) Solução padrão de Sb(V) 1000 mg L-1 preparada pela dissolução de H6KO6Sb
(Fluka) em água.
(c) Solução padrão de As (V) e As (III) de 1000 mg L-1 ( Merck).
(d) Solução de tetraborato de sódio preparada pela dissolução de uma quantidade
apropriada de NaBH4 em NaOH 0,1 mol L-1 ( Scharlau). Estas soluções foram preparadas no dia
e filtradas em uma membrana de 0,45 μm (Lida, Kenosha, USA).
(e) Solução de ácido clorídrico preparada pela diluição de HCl 37%, (Merck).
(f) Uma suspensão de 20% (w/v) Mg(NO3)2·H2O e 2% (w/v) MgO (Scharlau),
empregada para auxiliar na digestão das amostras. A mistura foi mantida em agitação constante.
(g) Uma solução redutora de 50% (w/v) iodeto de potássio (KI) em meio 10% (w/v)
de ácido ascórbico, empregada na redução das espécies M (V) para M (III). A solução redutora
foi preparada em presença de ácido ascórbico para evitar a interferência do excesso de I3-.
(h) Soluções de HCl, HNO3, H2SO4, HClO4, ácido acético, metanol e etanol, usadas
no processo de extração, foram de qualidade Suprapur® (Merck). As soluções foram preparadas
pela diluição direta com água.
(i) Solução de 0,1% (w/v) do ácido etilenodiaminotetracético (EDTA) (Panreac),
usada também no processo de extração.
(j) Argônio C-45 (pureza> 99,995%) foi utilizado como gás de transporte e ar
sintético como gás seco, ambos obtidos a partir de carbetos metálicos (Barcelona, Espanha).
73
4.2.3 Material de Referência e Amostra
O material de referência certificado NIST 1573a (Tomato leaves) foi obtido pelo
Instituto Nacional de Padrão e Tecnologia (Gaithersburg, MD, USA).
As amostras de cogumelo e alho foram adquiridas no mercado local da cidade de
Valencia (Espanha).
4.2.4. Procedimento geral
4.2.4.1. Preparo de amostra
As amostras de cogumelo e alho foram liofilizadas e pulverizadas em um moinho
doméstico (Taurus), em seguida armazenadas em frascos de polietileno e colocados em um
dessecador até a análise.
4.2.4.2. Mineralização por via seca para determinação de antimônio e arsênio total
em amostra de vegetais
Aproximadamente 1 g da amosta foi pesada e tratada com 2,5 mL de uma suspensão
de 20% ( p/v ) Mg (NO3)2 . 6 H2O e 2% ( p/v ) de MgO, e 5 mL de 50% ( v/v ) HNO3 para
auxiliar a incineração. A mistura foi evaporada à secura num banho de areia e digerida em um
forno mufla a 450° C, com um aumento gradual da temperatura [262]. As cinzas brancas foram
umedecidas com 1 mL de água e dissolvidas em 9 mL de 10% ( v/v ) de HCl. 3 mL desta solução
foram transferidos para um tubo de polietileno de 50 mL. 8,75 mL de HCl concentrado,
juntamente com 600 μL da solução redutora (50% KI e 10% de ácido ascórbico) foram
adicionados. O volume foi levado até 30 mL com água ultrapura e antimônio e arsênio total
74
foram determinados por HG-AFS, utilizando as condições experimentais, apresentadas na Tabela
4.1.
Este procedimento de digestão foi realizado, a fim de assegurar a completa destruição
da matéria orgânica, evitando possíveis interferências na determinação de Sb e As total, podendo
assim ser utilizado como dado de referência deste estudo.
4.2.4.3. Extração Ultrasônica para determinação de espécies de antimônio e
arsênio
Cerca de 1 g de amostra foi pesada com precisão dentro de um tubo de polietileno de
50 mL. As amostras foram tratadas com 10 mL dos diferentes extratores por 10 min, em um
banho ultrasônico. Os extratos foram separados por centrifugação a 3.500 rpm por 10 min. Os
sólidos restantes foram lavados com 10 mL de 0,1% ( p/v ) EDTA e centrifugados novamente. O
sobrenadante foi misturado com o extrato anterior. Duas alíquotas foram tomadas e acidificadas
com HCl a uma concentração final de 3,5 mol L-1. Uma alíquota foi diretamente medida por HGAFS e a segunda foi preparada em um meio contendo 1% KI e 0,2% de ácido ascórbico. A
solução contendo KI foi deixada para reagir durante 30 minutos antes da medida. Em ambos os
casos, as condições experimentais indicadas na Tabela 4.1 foram empregadas.
75
4.3 Resultados e Discussão
4.3.1 Seleção das condições de extração para determinação de antimônio e
arsênio tóxicos
A seleção dos agentes extrativos foi baseada em trabalhos prévios de determinação de
antimônio [263,128 ,264,265,266] e arsênio [ 119,128] total.
4.3.1.1 Extração de antimônio em amostras de cogumelo
Foram investigados os seguintes extratores: HCl, HNO3, H2SO4, ácido acético
em diferentes concentrações; metanol/H2O (1:1) e etanol/H2O (1:1). Os Resultados obtidos
são indicados na Tabela 4.2, como antimônio total. Considerando o conteúdo total de
antimônio, os agentes mais promissores foram HCl nas concentrações estudadas: HNO3 1,0
mol L-1, H2SO4 0,5 mol L-1 e ácido acético 0,1 mol L-1. As recuperações maiores que 100%
foram obtidas para as concentrações de 3 mol L-1 de H2SO4 e HNO3. Este aumento pode ser
atribuído a interação do Sb com KI, gerando uma quantidade de I3-, um composto marrom
que não pode ser reduzido pelo ácido ascórbico, podendo interferir no processo
subseqüente de HG de Sb, aumentando os sinais de AFS. Os baixos rendimentos de
extração obtidos para ácido acético 1 mol L-1 e as misturas etanol/água e metanol /água
podem ser devido às interferências na geração de hidreto, que dificulta a recuperação
quantitativa do antimônio inorgânico.
No caso do ácido acético, a concentração de 0,1 mol L-1 proporcionou melhor
recuperação do que 1 mol L-1. Para o metanol e etanol, as baixas recuperações poderiam
76
está associadas ao fato que espécies inorgânicas e não unicamente orgânicas são compostos
predominantes de Sb em cogumelos.
Devido à boa eficiência de extração de antimônio total H2SO4 0,5 mol L-1 foi
selecionado para futuros estudos.
4.3.1.2 Extração de arsênio em amostras de alho
Foram investigados os seguintes extratores: HNO3, H2SO4, HClO4 e
metanol/H2O (1:1). Resultados obtidos são indicados na Tabela 4.3, como arsênio
inorgânico total. Levando em consideração o conteúdo total de arsênio, os agentes mais
promissores foram, H2SO4 1,0 mol L-1 e metanol/H2O (1:1). Os baixos rendimentos de
extração obtidos para ácido acético e HClO4 podem ter ocorrido devido as interferências na
geração de hidreto, impedindo a recuperação quantitativa de arsênio inorgânico.
77
Tabela 4.2 Estudo de agentes extratantes para determinação de antimônio em cogumelos.
Resultados expressos com intervalos de confiança (em um nível de 95%). N = 3.
Extratante
Total Sb (ng g-1)
% Rec*
HCl 6 mol L -1
20,2 ± 2,0
104
HCl 3 mol L -1
19,1 ± 1,0
98
HNO3 3 mol L -1
31,3 ± 2,0
161
HNO3 1 mol L -1
17,9 ± 1,4
92
-1
30,0 ± 1,1
154
H2SO4 1 mol L -1
22,7± 0,7
117
H2SO4 0,5 mol L-1
19,3 ± 0,8
99
Ácido acético 1 mol L -1
12,7 ± 2,0
65
Ácido acético 0,1 mol L -1
18,8 ± 1,2
96
Metanol / H2O 1:1
11,0 ± 1,0
57
Etanol / H2O 1:1
16,27 ± 1,5
84
H2SO4 3 mol L
*Porcentagem de extração comparada com os dados encontrados para Sb Total depois da
digestão da amostra (19,4 ± 0,8 ng g-1).
Tabela 4.3 Estudo de agentes extratantes para determinação de arsênio em amostra de alho.
Resultados expressos como intervalo de confiança (em um nível de 95%). N = 3.
Extratante
As total (ng g-1)
H2SO4 3 mol L-1
61,1 ± 2,0
-1
H2SO4 1 mol L
71,6 ± 1,3
H2SO4 0,5 mol L-1
38,6 ± 2,0
-1
H2SO4 0,1 mol L
29,7 ± 2,1
HClO4 1 mol L-1
59,2± 1,7
Metanol / H2O 1:1
71,1 ± 0,9
*Porcentagem de extração comparada com os dados encontrados para
digestão (73,9 ± 1,1 ng g-1).
% REC *
83
97
52
40
80
96
As total depois da
78
4.3.2 Análise de Especiação
Em estudos prévios e testes preliminares, foi observado, que as espécies
pentavalentes Sb (V) e As (V), podem reagir com NaBH4 com cinética de reação mais
baixa que o Sb (III) e As (III). Assim, o sinal produzido pelas espécies pentavalentes,
depende da condição de geração de hidreto e que representa cerca de 50-70% do que é
produzido pelas espécies trivalentes [257]. Uma alíquota do extrato foi misturada com
KI/ácido ascórbico (solução redutora) para a determinação de Sb e As total como Sb (III) e
As (III) e sem adicionar a solução redutora, a fim de obter informações sobre o estado de
oxidação original do Sb e As, usando equações proporcionais apropriadas. A intensidade da
AFS foi medida três vezes para cada amostra, em ambas condições, diretas e com redutor.
Os dados encontrados podem serem descritos como:
I = a•M[III] + b•M[V]
( Equação 4.1)
Ired = c•Mtotal
( Equação 4.2)
O I e o Ired são os sinais de fluorescência obtidos antes e após redução com KI.
M (III) e M (V) correspondem à concentração das duas espécies de Sb e As, a, b e c são as
inclinações das curvas de calibração obtidas para padrões de Sb (III), Sb(V), As (III) e As
(V) em ambas condições de medidas. Vale salientar, que nas condições reduzidas todo o Sb
e As extraído foi medido como (III), sendo:
Mtotal = M(III) + M(V) ( Equação 4.3)
.
79
4.3.3 Características analíticas
Os principais parâmetros analíticos do procedimento desenvolvido, como:
sensibilidade, limite de detecção e precisão estão resumidos na Tabela 4.4, juntamente com
as inclinações das equações de regressão, obtidas antes e após a redução com KI. Os
valores do limite de detecção (LD) foram calculados dividindo-se três vezes o desviopadrão de 10 medidas do sinal do branco pela inclinação da curva analítica, nas melhores
condições experimentais, para cada espécie de antimônio e arsênio. O limite de detecção foi
também estabelecido para amostras secas, levando-se em conta a massa de amostra e o
fator de diluição envolvido na metodologia proposta. A precisão expressa como desvio
padrão relativo (RSD%) de 10 replicada das amostras analisadas também são apresentadas.
Tabela 4.4 Características analíticas do método desenvolvido.
Elemento
Inclinaçãoa
R2
LD (ng L-1)
LD (ng g-1) LQ (ng g-1) %RSD
Sb (III)
1220
0,9995
3,0
0,6
2,0
5,1 (4,6 ng g-1)
Sb (III) red
1233
0,9994
655
0,9995
5,5
1,1
3,6
3,8 (14,7 ng g-1)
Sb (V) red
1212
0,9991
As (III)
422,0
0,9985
4,2
0,84
2,8
4 (18,22 ng g-1)
As (III) red
425,7
0,9994
As (V)
263,8
0,9988
7,0
1,4
4,7
3 (56,80 ng g-1)
As (V) red
418,0
0,9991
Sb (V)
a
A curva de calibração foi obtida por padrões de antimônio de Sb(III), Sb(V), As (III) e As
(V) na ausência e na presença de KI. Um mínimo de cinco padrões e um branco foram
utilizados para a curva de calibração na faixa de concentração de 0 a 1 ng mL-1.
80
4.3.4 Exatidão do método desenvolvido
Estudos de recuperação foram realizados nas amostras com mistura de ambas as
espécies no nível entre 10 e 20 ng g-1 de Sb (III) e Sb (V), adicionadas nas amostras de
cogumelos (ver tabela 4.5). Ao arsênio foi adicionado 50 ng g-1 de As (III) e As (V) em
amostras de alho (ver Tabela 4.6). Boas recuperações foram observadas para as duas
espécies de arsênio e antimônio estudadas. Observa-se, que as espécies adicionadas
permanecem inalteradas, após o processo completo de pré-tratamento, indicando que a
sonicação das amostras com H2SO4 (nas concentrações empregadas), à temperatura
ambiente não modifica as espécies de arsênio e antimônio presentes nas amostras.
O procedimento de digestão por via seca também foi avaliado, através de testes
de adição e recuperação dos analitos nas amostras. As recuperações variaram entre 96 a 104
%, verificando que não há perda significativa dos analitos durante o processo de digestão.
A exatidão foi confirmada pela análise de um CRM NIST 1573a (tomato
leaves). Observa-se, que apesar da amostra certificada não ser a mesma matriz dos vegetais
estudados, comparando os dados encontrados pela soma das espécies de As e Sb, com o
valor total da amostra certificado, verifica-se que não há diferença significativa entre os
valores. Isto indica, também, que o método pode ser aplicado para determinação de
antimônio e arsênio em outros vegetais. Os resultados são apresentados na Tabela 4.7.
81
Tabela 4.5. Recuperação de espécies de antimônio, utilizando adição de analito em
amostras de cogumelos analisadas por HG-AFS, depois da extração de antimônio com 0,5
mol L-1 de H2SO4.
Sb III (ng g-1)
Sb V (ng g-1)
adição
adição
Pleurotus Eringi
20
20
102 ± 0,8
101 ± 0,5
Lactarius volemus
10
10
94 ± 1,0
105 ± 0,9
Agaricus Blazei Murril
10
10
106 ± 0,7
98 ± 1,1
Amostra
% Rec Sb III
% Rec Sb V
Tabela 4.6. Recuperação de espécies de arsênio, utilizando adição de analito em amostras
de alho analisadas por HG-AFS, depois da extração de arsênio com 1,0 mol L-1 H2SO4.
Adicionado
As (III)
As (V)
0
17,5 ± 0,5
56,3 ± 0,9
50 As (III)
66,8 ± 0,9
55,9 ± 1,1
50 As (V)
17,8 ± 0,8
105,2 ± 0,2
% Rec
98,9 ± 1,4
98,9 ± 0,2
Tabela 4.7. Análise de especiação não-cromatográfica do material de referência certificado
NIST 1573a (tomato leaves)
Elemento
M (V )
M (III)
Soma das Espécies
Valor Certificado
Antimônio (ng g-1)
7,3 ± 0,7
55,5 ± 0,5
62,8 ± 0,8
63 ± 6
Arsênio (ng g-1)
87,9 ± 2,1
22,6 ± 0,3
110,5 ± 1,7
112 ± 4
4.3.5 Análise das amostras de cogumelos
As amostras de cogumelos, obtidas nos mercados da cidade de Valencia na
Espanha, foram analisadas pelo método desenvolvido e os resultados encontrados para
82
espécies Sb são resumidos na Tabela 4.8, juntamente com os dados encontrados para o Sb
total determinados, após mineralização da amostra por HG-AFS. O Teste t demonstrou que
não existe diferença significativa entre os resultados encontrados para o Sb total, analisados
por ambos os métodos. Os resultados obtidos indicam que Sb (V) é a principal espécie
presente nas amostras analisadas. Os resultados encontrados estão em concordância com os
de cogumelos comestíveis, cultivados em áreas não poluídas como foi demonstrado
anteriormente por Borovič et al [267].
4.3.6 Análise das amostras de alho
As amostras de alho, obtidas nos mercados da cidade de Valencia na Espanha,
foram analisadas pelo método desenvolvido e os resultados encontrados para espécies As
são resumidos na Tabela 4.9, juntamente com os dados encontrados para o As total
determinados após mineralização da amostra por HG-AFS. O Teste t demonstrou que não
existem diferenças significativas entre os resultados encontrados para o As total analisados,
por ambas as metodologias. Contudo, podemos verificar, também, que as espécies de
arsênio, presentes nas amostras, estão na sua maioria na forma inorgânica. O As (V) é a
principal espécie presente nas amostras analisadas. Os resultados encontrados estão em
concordância com os de alhos encontrados por Huang et al [260]
83
Tabela 4.8 Concentrações de espécies de Sb em amostras de cogumelos comerciais,
determinadas por HG-AFS. Resultados expressos com intervalo de confiança (no nível de
95%). Observação número = 3.
Total Sba
% Sb(III)
% Sb(V)
30,9 ± 0,5
30,7 ± 0,8
31
69
15,3 ± 0,8
21,8 ± 0,9
22,0 ± 0,5
30
70
11,4 ± 0,3
16,1 ± 0,5
27,5 ± 0,7
27,3 ± 1,0
41
59
Lactarius volemus
9,1 ± 0,5
15,4 ± 0,7
24,5 ± 1.3
24,3 ± 1,0
37
63
Pleurotus Eringi
4,6 ± 0,5
14,7 ± 0,8
19,3 ± 0.7
19,4 ± 0,7
24
76
Amostra
Sb III
Sb V
Soma
(ng g-1)
(ng g-1)
(ng g-1)
Chines Mushooms
9,7 ± 0,5
21,2 ± 0,6
Leucopaxillus Giganteus
6,5 ± 0,5
Agaricus Blazei Murril
a
Total de Sb determinado depois da mineralização.
Tabela 4.9 Concentrações de espécies de As em amostras de cogumelos comerciais,
determinadas por HG-AFS. Resultados expressos com intervalo de confiança (no nível de
95%). Número de observação = 3.
Amostra As III (ng g-1) AsV (ng g-1) Soma (ng g-1)
a
As Totala
% As III
% AS V
1
18,2 ± 0,8
56,8 ± 2,0
75,0 ± 1,7
73,9 ± 1,1
25
75
2
20,4 ± 0,6
67,6 ± 1,6
88,0 ± 1,5
87,3 ± 1,6
23
77
3
20,6 ± 0,2
54,7 ± 0,6
75,3 ± 0,8
76,2 ± 1,8
27
73
4
22,1 ± 0,3
64,5 ± 1,4
86,6 ± 1,2
88,3 ± 1,7
25
75
5
18,8 ± 0,5
57,5 ± 0,4
76,3 ± 0,3
75,0 ± 2,3
25
75
6
17,1 ± 0,2
59,0 ± 0,3
76,1 ± 0,2
76,2 ± 1,1
22
78
Total de As determinado depois da mineralização.
84
4.4-Considerações Finais
A estratégia não-cromatográfica desenvolvida para determinação de Sb (III),
Sb(V), As (III) e As (V) por HG AFS oferece um procedimento alternativo simples e
rápido, para análise de especiação das formas tóxicas de Sb e As, em amostras de
cogumelos e alhos.
O procedimento desenvolvido para especiação de antimônio e arsênio
demonstrou que a sonicação das amostras estudadas, com soluções de H2SO4 0,5 mol L-1
para Sb e de H2SO4 1,0 mol L-1 para As, em temperatura ambiente, é um procedimento
eficiente de extração de Sb e As não modificando as espécies originais.
Embora, ainda, não se encontre disponível no mercado materiais de referência
certificados para validar o presente trabalho, os resultados encontrados, para a soma das
espécies no material de referência certificado, eram concordantes com o valor do conteúdo
total dos elementos na amostra certificada.
As amostras analisadas apresentaram o conteúdo total abaixo do limite máximo,
permitido pela legislação Espanhola [268] e as principais espécies estão presentes na forma
menos tóxicas, Sb (V) e As (V), não apresentando risco no consumo de cogumelos e alhos.
85
CAPÍTULO 5
DETERMINAÇÃO DE ARSÊNIO TOTAL EM AMOSTRAS
DE VINHO COMERCIALIZADAS NO BRASIL POR
HG – AAS
86
5.1. Introdução
O vinho é uma bebida amplamente consumida pela população mundial, por isso
é relevante a investigação de elementos contaminantes, sob o ponto de vista de segurança
alimentar.
A presença de metais pesados no vinho está diretamente relacionada com o
desenvolvimento da atividade industrial e com a poluição gerada. Por elementos
contaminantes dos vinhos, entende-se normalmente o conjunto dos metais pesados, Al, e
ainda alguns não metais tais como As, Se e Sb, e mais recentemente Be, com exclusão dos
metais alcalinos e restantes alcalino-terroso [269].
O conteúdo do arsênio no vinho depende de inúmeros fatores, incluindo o tipo
de solo, condições climáticas, a poluição, a variedade da uva, a utilização de adubos e
pesticidas, a viticultura e o processo de fabricação.
A Organização Internacional da Vinha e do Vinho (OIV) estabelece que o
limite máximo de arsênio permitido em vinhos é de 0,2 mg L-1. Quando em concentrações
superiores a 1 mg L-1 constitui perigo para a saúde humana.
O teor de As total em vinhos pode ser determinado por AAS, com gerador de
hidretos [270], espectrometria de fluorescência atômica com gerador de hidretos [271],
ETAAS [272] e ICP-MS [273].
A ETAAS tem sido uma alternativa atrativa para geração de hidreto, visto que a
amostra pode ser injetada diretamente no forno de grafite. Vários modificadores químicos,
como nitrato de paládio, nitrato de níquel e sulfato de níquel, têm sido usados, contudo a
87
decomposição da amostra é requerida, em muitos casos, para aumentar a sensibilidade e
obter recuperações quantitativas [275].
A determinação direta de vinho por HG - AAS não é possível devido à forte
supressão, causada pelo etanol e da falta de sensibilidade da técnica. Normalmente, requer a
decomposição da amostra [274,275].
Segura et al. [275] fizeram uma avaliação da capacidade da técnica HG – AAS,
para determinação direta de arsênio em vinho e cerveja. De acordo com os resultados, a
quantidade de NaBH4 requerida para geração de hidreto foi considerada maior em relação
ao meio aquoso, cerca de 10%. O efeito do HCl foi considerado similar em relação ao meio
aquoso. Observaram-se variações no background. Isto pode ser atribuído aos vapores de
etanol transportados para o sistema de geração de hidreto. Todavia, a sensibilidade da
técnica foi limitada e o sinal de arsênio não foi detectado nas amostras. Logo, a técnica não
é sensível para análise direta de arsênio em quantidade traço, µg L-1, sendo necessária uma
prévia digestão da amostra.
No intuito de avaliar o teor de arsênio, em vinhos comercializados no Brasil, foi
desenvolvido um método para determinação de arsênio total por FI-HG – AAS, com um
sistema de atomização eletrotérmica. As condições de geração de hidreto (concentrações do
NaBH4 e do ácido) e a temperatura de atomização foram otimizadas, através do
planejamento Box-Behnken. Comparando-se também a sensibilidade do sistema de HG AAS com atomização em chama e com atomização eletrotérmica.
88
5.2. Parte Experimental
5.2.1 Instrumentação e Acessórios
Um espectrômetro de absorção atômica com chama, marca Varian, modelo
SpectrAA 220, equipado com lâmpada de deutério, como corretor de fundo, foi usado para
determinação do metal. Lâmpada de cátodo oco de arsênio foi utilizada como fonte de
radiação. Os parâmetros instrumentais são apresentados na Tabela 5.1.
Um modulo de geração de hidreto VGA – 77, com fluxo contínuo, utilizando
uma bomba peristáltica, para misturar os reagentes e as amostra.
Utilizou-se também um separador de fase gás-líquido com um fluxo constante
de argônio e um sistema de aquecimento eletrotérmico com temperatura controlada (ETC60), Varian.
O hidreto covalente gasoso foi formado pela reação da amostra, em um meio
ácido com HCl e NaBH4 em bobina de reação, usando o sistema indicado na Figura 5.1.
89
Tabela 5.1 Condições químicas e instrumentais empregadas para determinação de As total
por HG-AAS
Parâmetros
As
Comprimento de onda (nm)
193,7
Corrente da lâmpada (mA)
10,0
Tempo de Delay (s)
45
Tempo de análise (s)
5
-1
HCl (mol L )
3,2
NaBH4 % (w/v)
1,6
Razão de fluxo do Carreador (mL min-1)
1,0
Razão de fluxo de NaBH4 (mL min -1)
1,0
Razão de fluxo de amostra (mL min -1)
7,0
Figura 5.1 - Sistema em fluxo para geração de hidreto por AAS.
90
5.2.2 Reagentes
Todos os reagentes utilizados nos experimentos foram de grau analítico. Água
ultrapura (resistividade de 18.3 MΩ cm) de um sistema de purificação Milli-Q (Millipore,
Bedford, MD, USA) foi usada no preparo de todas as soluções. A vidraria foi mantida em
solução de ácido HNO3 10% v/v durante 12 h, para descontaminar. Antes do uso, ela foi
lavada com água deionizada e seca em um ambiente livre de poeira.
As soluções foram preparadas conforme os procedimentos descritos abaixo:
(a) Solução padrão de As (III) de 1000 mg L-1 foi preparada pela dissolução de
As2O3 em uma solução de 20 % (w/v) KOH, neutralizada com 20% (v/v) de H2SO4 e
diluída com 1% (v/v) H2SO4.
(b) Solução de tetraborato de sódio foi preparada pela dissolução de uma
quantidade apropriada de NaBH4 em NaOH 0,5 mol L-1 ( Aldrich). Estas soluções foram
preparadas no dia e filtradas em uma membrana de 0,45 μm Lida (Kenosha, USA).
(c) Solução de ácido clorídrico foi preparada pela diluição de HCl 37%,
(Merck).
(d) Uma suspensão de 80,0 g de Mg(NO3)2·H2O e 8,0 g (w/v) de MgO em
200mL de água. A mistura foi mantida em agitação constante.
(e) Uma solução redutora de 50% (w/v) de iodeto de potássio (KI) / 10% (w/v)
ácido ascórbico.
(f) Argônio C-45 (pureza> 99,995%) foi utilizado como gás de transporte.
91
5.2.3 Procedimento geral
5.2.3.1 Amostra
As amostras de vinho analisadas foram compradas em supermercados da cidade
de Salvador, Brasil (2002-2008). Os tipos de vinhos foram, tintos e brancos, suaves, secos e
demi-secos.
5.2.3.2 Mineralização por via seca para determinar arsênio total em vinho
Um volume 10 mL da suspensão de Mg (NO3) 2 - MgO foi adicionado em 10
mL de amostra em um Becker de 500 mL, coberto com um vidro relógio. A mistura foi
mineralizada em um forno mufla, com um aumento gradual da temperatura, com o seguinte
programa de temperatura: 100ºC por 1h, 250°C por 2 h e 540 °C por 14 h [275]. As cinzas
brancas foram dissolvidas em ácido clorídrico concentrado e diluídas com água de Milli- Q,
para um volume final de 10 mL. O branco foi preparado realizando o mesmo procedimento
de digestão com 10 mL da suspensão de Mg (NO3)2 – MgO.
5.2.3.3 Determinação de arsênio total em amostras de vinho
Um volume de 2 mL da amostra digerida foi transferido para um tubo de
polietileno de 50 mL. 2,7 mL de HCl concentrado juntamente com 1 mL da solução
redutora (50% KI e 10% de ácido ascórbico) foram adicionados. O volume foi elevado até
10 mL com água ultrapura e o arsênio total foi determinado por FI- HG-AAS com
atomização eletrotérmica, utilizando as condições experimentais apresentadas na Tabela
5.1.
92
5.2.4 Otimização
O processo de otimização foi realizado usando a metodologia de superfície de
resposta. A matriz de planejamento Box-Behnken foi usada para otimização de três
variáveis experimentais: concentração do HCl e NaBH4 e temperatura de atomização do
sistema eletrotérmico. Neste caso, todas as variáveis foram estudadas em três níveis.
Na realização dos experimentos, utilizou-se uma solução de 3 µg L-1 de arsênio.
Replicadas no ponto central foram realizadas para avaliar a variância experimental. As
respostas foram obtidas como sinais de absorvância correspondente ao arsênio. Os dados
experimentais foram processados no programa STATISTICA, com um nível de confiança
fixo de 95% [276].
93
5.3-Resultados e Discussão
5.3.1 Otimização do procedimento de pré-concentração
As condições experimentais de geração de hidreto, para deteminação seletiva de
espécies de arsênio, vêm sendo estudada por diversos autores [277, 278, 279]. Entretanto,
devido a uma variedade de configurações e condições é difícil obter-se uma descrição clara
de como estes fatores influenciam a sensibilidade das medidas [252]. A concentração do
NaBH4 deve ser otimizada para o elemento de interesse, assim como para o equipamento
[131]. A acidez também é um fator importante, pois a formação destes hidretos é
dependente do pH e está relacionada aos valores do pKa de cada espécie individual [277].
A otimização foi realizada usando uma matriz Box-Behnken. As variáveis
estudadas foram: concentração do HCl e NaBH4 e temperatura de atomização do sistema
eletrotérmico. Através deste planejamento multivariado, não só as variáveis são estudadas
individualmente, mas também a influência de suas interações no momento da geração do
hidreto.
Na Tabela 5.2, encontra-se a matriz com os valores reais e a resposta como
sinal analítico (absorvância). O ponto central foi corrido em triplicata no sentido de avaliar
o erro experimental.
A equação (1), abaixo, ilustra a relação entre as três variáveis: concentração do
HCl e NaBH4 , temperatura de atomização do sistema eletrotérmico e sinal analítico (Abs),
considerando os valores reais.
94
Abs = -6,37218 + 0,28936(HCl) – 0,01672 (HCl)2 + 0,29075 ( NaBH4) – 0,09038
(NaBH4)2 + 0,01286(T) – 0,00001(T)2 + 0,00953 (HCl) (NaBH4) – 0,00021 (HCl) (T) –
0,00004 (NaBH4) (T)
Esta equação mostra o ponto crítico da superfície de resposta, que é o máximo
na concentração de 3,3 mol L-1 de HCl e 1,57 % de NaBH4, e a temperatura de atomização
de 918. Na Figura 5.2, encontram-se as superfícies de respostas para o planejamento.
Analisando a curva de nível, pode-se observar que o sistema é robusto, para as
variáveis estudadas e que o valor da temperatura de atomização recomendada pelo
fabricante, 925°C está dentro da região ótima no planejamento. Verificando que a
recomendação feita pelo fabricante está de acordo com as encontradas no planejamento,
para a temperatura de atomização do arsênio.
Tabela 5.2 Matriz de planejamento Box-Behnken para otimização das condições de
geração de hidreto.
HCl ( mol L-1)
1,0
5,0
1,0
5,0
1,0
5,0
1,0
5,0
3,0
3,0
3,0
3,0
3,0
3,0
3,0
NaBH4 (%)
1,0
1,0
2,0
2,0
1,5
1,5
1,5
1,5
1,0
2,0
1,0
2,0
1,5
1,5
1,5
Temperatura (°C)
900
900
900
900
850
850
950
950
850
850
950
950
900
900
900
Abs
0,1281
0,1522
0,1049
0,1672
0,0682
0,1707
0,1603
0,1781
0,1699
0,1968
0,1823
0,2055
0,2270
0,2257
0,2300
95
Figura 5.2 Superfícies de respostas para o planejamento obtido pelo ajuste de uma função
quadrática aos dados da Tabela 5.2.
96
5.3.2 Estudo do tipo de atomizador
Um estudo para avaliar a sensibilidade da atomização, no tubo de quartzo,
aquecido na chama e eletrotermicamente, foi realizado. Sendo a atomização eletrotérmica
(ETA) mais sensível que a atomização na chama. Na Tabela 5.3, encontram-se as equações
da curva de calibração.
Tabela 5.3 Curvas de calibração para As usando atomização eletrotérmica e atomização na
chama para o sistema de FI-HG - AAS.
Método
ETA HG - AAS
Chama HG - AAS
Equação linear
Abs = 0,0781x - 0,0054
Abs = 0,0424x + 0,0022
R2
0,9991
0,9987
5.3.3. Características Analíticas
Os principais parâmetros analíticos do procedimento desenvolvido, limite de
detecção, limite de quantificação e precisão obtidos pelo método, estão resumidos na
Tabela 5.4. Os valores do limite de detecção (LD) e quantificação (LQ) foram calculados
de acordo com a recomendação da IUPAC.
A precisão foi expressa como desvio padrão relativo (RSD%), para 10
determinações de soluções de 1 e 3 g L-1 de arsênio.
97
Tabela 5.4 Características analíticas do método desenvolvido.
Parâmetros de Mérito
Limite de detecção ( g L-1)
Limite de quantificação ( g L-1)
Precisão (1 g L-1)
Precisão (3 g L-1)
Valor
0,06
0,2
2,1%
1,6%
5.3.4 Exatidão do método
A exatidão do método não é facilmente estabelecida, uma vez que não existe
amostra certificada de vinho, disponível para determinação de arsênio. A exatidão foi então
avaliada, através de testes de adição do analito e recuperação. Os testes foram feitos em
duas amostras de vinhos brancos e vinhos tintos, antes da digestão da amostra. As
recuperações variaram entre 96 a 106 %. Estes resultados demonstraram a exatidão e a
aplicabilidade deste método na análise de arsênio em vinho. Os testes de adição e
recuperação encontram-se na Tabela 5.5.
98
Tabela 5.5 Recuperação de arsênio total utilizando o teste de adição do padrão, em
amostras de vinhos analisada por HG-AAS.
Vinho
Tinto seco
Branco seco
Tinto suave
Branco suave
As adicionado
As encontrado
(%) Recuperação
( g L-1)
( g L-1)
0,0
10,4 ± 0,7
-
10,0
21,0 ± 1,4
106
0,0
18,9 ± 1,3
-
20,0
38,1 ± 1,1
96
0,0
15,3 ± 0,7
-
20,0
34,7 ± 1,2
97
0,0
16,9 ± 0,6
-
20,0
37,3 ± 0,9
102
5.3.5 Aplicação do método desenvolvido
O método proposto foi aplicado na determinação de arsênio, em amostras de
vinho adquiridas em supermercados de Salvador. Foram analisadas 20 amostras vinho de
diferentes regiões do Brasil. Os resultados encontram-se expostos na Tabela 5.6, com suas
respectivas concentrações e intervalos de confiança para cada uma das amostras.
A Figura 5.3 mostra uma distribuição uniforme dos resultados de arsênio total
em vinhos brasileiros. Estes resultados demonstram que as concentrações de arsênio,
encontradas nas amostras, estão dentro do limite estabelecido pelo Decreto Federal n°
99.066/90 da lei 7.678/88 do Ministério da Agricultura.
99
Tabela 5.6 Determinação de arsênio total em amostras de vinhos comercializadas no
Brasil.
Tipo
Tinto seco
Tinto seco
Branco seco
Branco seco
Tinto demi-seco
Branco demi-seco
Tinto suave
Branco suave
Tinto seco
Branco Seco
Tinto demi seco
Tinto seco fino
Branco seco
Tinto seco
Tinto seco
Origem
São Francisco
São Francisco
Bento Gonçalves
São Francisco
São Francisco
Campanha
Caxias do Sul
Bento Gonçalves
Santana do Livramento
Bento Gonçalves
S. Bernado do Campos
Santana do Livramento
São Francisco
Caxias do Sul
Bento Gonçalves
Tinto seco
Tinto seco
Tinto suave
Caxias do Sul
Bento Gonçalves
São Francisco
Branco suave
Branco seco
São Francisco
Campanha
Tipo de Uva
Cabernet Sauvignon
Shiraz
Chardonnay
Chenin Blanc
Tannat
Riesling
Cabernet Franc
Chardonnay
Cabernet Franc
Merlot
Chenin Blanc
Cabernet Sauvignon
Cabernet Sauvignon,
Merlot e Pinot Noir
Tannat
Gamay
Cabernet Sauvignon
e Shiraz
Moscato Canelli
Sauvignon Blac
As (µg L-1)
14,1 ± 1,2
12,7 ± 0,8
15,5 ± 1,7
10,1 ± 0,6
19,1 ± 0,5
13,6 ± 1,0
10,3 ± 1,0
9,9 ± 0,7
14,3 ± 0,9
17,2 ± 1,4
16,1 ± 1,2
10,4 ± 0,7
18,4 ± 0,9
12,8 ± 0,6
9,9 ± 0,8
13,5 ± 1,0
8,7 ± 0,8
15,3 ± 0,7
16,9 ± 0,6
18,9 ± 1,3
100
Figura 5.3 Concentração de arsênio ( µg L-1) em amostras de vinhos brasileiros.
101
5.4. Considerações Finais
A otimização multivariada, utilizando-se planejamento Box - Behnken,
permitiu uma rápida e eficiente otimização das condições de geração de hidretos.
Os valores obtidos dos parâmetros de mérito (Tabela 5.4) comprovam que o
método tem sensibilidade suficiente para ser aplicado na avaliação do teor de arsênio, em
vinhos brasileiros, com as vantagens de ser simples, de baixo custo e fácil manipulação,
podendo ser aplicado na determinação rotineira do metal com LQ de 0,2 g L-1.
As amostras analisadas apresentaram concentração de arsênio na faixa de 8,7 a
19,1 g L-1. Estes resultados estão de acordo com os encontrados na literatura [269] e estão
abaixo do limite máximo permitido pela Organização Internacional da Vinha e do Vinho
(OIV), pelo Ministério da Agricultura do Brasil (Decreto Federal n° 99066/90) e pelo
Mercosul, 0,2 mg L-1.
102
Considerações Finais da Tese
 A introdução das amostras, através do sistema termospray, melhorou
significativamente a sensibilidade do FAAS.
 O desempenho do TS-FF-AAS foi melhorado ainda mais com o uso do
sistema de pré-concentração, em fase sólida com uma minicoluna de XAD- 7, carregada
com ditizona. Os limites de detecção obtidos, 0,012 e 0,34 µg L-1 para cádmio e
chumbo respectivamente, são comparáveis com os encontrados pelo ET AAS, sendo
que a técnica TS-FF-AAS apresenta custo de operação menor que a do ET AAS.
 O procedimento de pré-concentração de íons cádmio e chumbo, por meio
da extração em fase sólida, permitiu uma separação eficiente da matriz estudada. A
otimização multivariada, utilizando-se o planejamento Box - Behnken, proporcionou
uma rápida e eficiente otimização do procedimento de pré-concentração proposto.
 A análise de especiação não-cromatográfica é uma alternativa simples e
de baixo custo, quando comparada com a análise cromatográfica, para determinação de
espécies de arsênio e antimônio, em amostras de alimentos.
 Os procedimentos de extração de espécies de arsênio e antimônio, em
amostras de vegetais, empregando ácido sulfúrico mostraram-se bastante eficientes para
as amostras analisadas.
103
 As técnicas analíticas empregadas, com geração de hidretos, são muito
sensíveis para determinação de quantidades traço de arsênio e antimônio. A separação
do analito da amostra elimina o efeito de matriz, aumentando a sensibilidade e
diminuindo o limite de detecção. Os limites de quantificação obtidos para as espécies de
arsênio e antimônio: 2,0, 3,6, 2,8 e 4,7 ng g
-1
para Sb (III), Sb (V), As (III) e As (V),
respectivamente, juntamente com a boa exatidão e precisão do método, comprovam que
o mesmo pode ser aplicado na determinação destes metalóides, nas amostras analisada,
através da espectrometria de fluorescência atômica com geração de hidreto.
 A HG AAS com atomização eletrotérmica mostrou-se uma técnica
sensível para determinação de arsênio total em amostras de vinhos: O LQ de 0,2 µg L-1,
o baixo custo e a fácil manipulação que o método permite, demonstra a aplicabilidade
do mesmo, para avaliação do teor de arsênio em vinhos brasileiros.
104
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