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Mai 18 2022

A importância da etapa de preparo de amostras para o controle de qualidade das análises na indústria química

O desenvolvimento de métodos de preparo de amostras para determinar os diversos analitos nas mais diferentes amostras é de grande relevância para a indústria química. Entenda neste artigo porque o estudo e o desenvolvimento de metodologias analíticas são tão importantes para a qualidade dos resultados das amostras.

Um dos objetivos da química analítica é estudar e propor meios para a determinação de uma ou mais espécies químicas nos mais diferentes materiais. Essas espécies químicas incluem íons, compostos orgânicos e até elementos químicos. É através desses estudos que se avalia o teor dos ativos nos produtos já comercializados pela indústria química, bem como no desenvolvimento de novos produtos de maior tecnologia e eficiência. Entenda a seguir porque o estudo e o desenvolvimento de metodologias analíticas são tão importantes para a qualidade dos resultados das amostras.

Etapas da sequência analítica

Antes do estudo do desenvolvimento de um método de preparo para uma amostra é pertinente rever as etapas a serem consideradas para que as análises sejam feitas, pois elas seguem uma sequência, as quais são bem conhecidas e recomendadas na área da Química Analítica. As etapas envolvem:

  • Definição de um problema: onde se estabelece o objetivo qualitativo, quantitativo e estrutural da sequência analítica. Define qual problema analítico deve ser resolvido e qual informação é desejada.
  • Escolha do método: fazer a escolha, a estratégia e a validação do método de preparo de amostra, bem como da técnica a ser utilizada para a análise. É importante mencionar que o método de preparo de amostra escolhido deve fornecer soluções adequadas à injeção em determinado equipamento, ou seja, o método de preparo de amostra e a técnica analítica de determinação devem ser compatíveis.
  • Amostragem: nesta etapa, seleciona-se uma quantidade representativa da amostra que seja suficiente para cumprir o objetivo analítico proposto. Essa fase é muito importante, pois é onde se iniciam as operações analíticas, conforme apresenta o seguinte diagrama:

Fluxograma de amostragem no laboratório.

  • Pré-tratamento da amostra e separação: conversão da amostra em uma forma adequada para a etapa de medida. É o momento mais crítico da sequência analítica. É nessa fase que podem ocorrer os maiores erros e é a etapa que se dispende mais tempo.
  • Medição: refere-se à obtenção de dados analíticos, geralmente realizada a partir de leituras de um medidor (equipamento).
  • Calibração: é a introdução de quantidades conhecidas de um determinado analito (geralmente uma solução de referência preparada a partir de um padrão analítico) em um equipamento e o monitoramento das respostas obtidas.
  • Processamento de dados e avaliação: interpretação dos resultados obtidos.
  • Ação: o uso do resultado analítico para a decisão de um problema. Por exemplo: o teor de ativo em determinado produto está dentro dos parâmetros da legislação vigente? É preciso reformular/reprocessar o produto?

Levando em conta a diversidade e a complexidade das inúmeras amostras existentes, é importante o conhecimento das características de cada amostra, do analito a ser determinado, da técnica analítica a ser utilizada para a etapa de medida, além das inúmeras formas de preparação para as análises. Se a etapa de preparo da amostra não for feita de forma adequada poderá levar à resultados ou conclusões errôneas. Nesse contexto, o preparo de amostra é considerado uma etapa decisiva na sequência analítica.

Técnica de determinação e o método de preparo de amostra

A diversidade das matérias-primas e dos produtos a serem analisados, os inúmeros analitos (espécies ou elementos de interesse) que precisam ser determinados, as diferentes matrizes (composição da amostra, exceto o analito) e as técnicas analíticas de determinação são fatores que buscam a aplicação de estratégias apropriadas e, muitas vezes únicas, de preparação das amostras. Estas ações visam sempre à disposição dos analitos para a medida, garantindo a sua representatividade como um todo.

Cada amostra possui características físico-químicas únicas e de uma maneira geral, elas podem se dividir em amostras orgânicas (onde a matriz é composta predominantemente por carbono) e inorgânicas (as matrizes são compostas por sais, óxidos, complexos metálicos, entre outros). Dependendo dessas características e da natureza do analito (aquele que se tem interesse em obter um dado quantitativo ou qualitativo), será escolhida a técnica de determinação. As técnicas analíticas empregadas para a determinação dos mais diversos analitos podem envolver os métodos clássicos (como a volumetria ou gravimetria), bem como os instrumentais:

  • Cromatografia (a líquido e a gás);
  • Espectrometria (absorção atômica, absorção molecular, emissão atômica e de massas);
  • Espectrofotometria (UV/VIS);
  • Potenciometria;
  • Fluorescência de raio X, entre muitas outras técnicas.

Cromatógrafo: equipamento utilizado para determinar a concentração de princípios ativos, quantificação de impurezas e a composição ou formulação de um produto.

Com exceção às técnicas que utilizam a análise direta de sólidos (espectrometria de absorção atômica com forno de grafite, por exemplo), a maioria dos equipamentos necessitam que os analitos estejam em uma solução para que possam ser quantificados. Dessa forma, os métodos de preparo de amostras têm por objetivo converter a amostra (geralmente sólida) em uma solução adequada.

Essa etapa deve ser conduzida de forma criteriosa e envolver procedimentos laboratoriais, bem como reagentes que não causem a degradação do analito a ser determinado, ou até mesmo a conversão dos analitos em outras espécies que não serão detectadas pela técnica escolhida. Por exemplo, para a determinação de compostos orgânicos, não pode ser feito o uso de HNO3 durante o preparo da amostra porque esse é um ácido oxidante forte e promoverá a completa oxidação do analito. Além disso, as soluções obtidas após os métodos de preparo não devem ser propícias a interferências durante a etapa de medida do analito.

Na etapa de preparo de amostra, pensando em benefícios para a indústria e ao meio ambiente, alguns aspectos precisam ser considerados:

  • Simplicidade (uso de poucos aparatos laboratoriais quando possível);
  • Rapidez;
  • Utilização de volume reduzido de reagentes;
  • Aplicação de soluções diluídas;
  • Boa repetibilidade;
  • Alta frequência analítica;
  • Uso de elevada massa de amostra para que a determinação dos analitos em concentrações muito baixas seja possível;
  • Ser seguro.

Métodos de preparo de amostras

De uma maneira geral, os métodos de preparo de amostras podem ser aplicados para a posterior determinação elementar (metais, halogênios, íons, entre outros) e determinação de compostos orgânicos (antioxidantes, ácidos orgânicos, fármacos, pesticidas, entre muitas outras moléculas). Muitas vezes, esses métodos de preparo de amostras possuem características bem distintas e podem ser empregados apenas para uma classe de analitos. Por outro lado, outros métodos podem ser aplicados tanto para compostos orgânicos, como para a análise elementar. No entanto, levar em conta apenas a natureza do analito não é suficiente. Na maioria das vezes, deve ser levado considerada também a matriz da amostra e essa informação é decisiva para a escolha de um método de preparo de amostra compatível.

Determinação elementar

Dentre os métodos de preparo de amostras mais utilizados para a determinação elementar, podem ser destacados:

  • Fusão;
  • Extração ácida ou alcalina;
  • Piroidrólise;
  • Digestão por via úmida;
  • Dissolução;
  • Combustão, entre outros.

Para a determinação da classe dos metais (alcalinos, alcalinos-terrosos, terras raras, além de Fe, Mn, Hg, entre outros), os métodos mais utilizados são os de extração, digestão por via úmida e os métodos de combustão. Geralmente, para a determinação desses analitos, os procedimentos são feitos com o uso de ácidos fortes (HNO3 e HCl) na sua forma concentrada ou diluída. Em alguns casos, para amostras inorgânicas, como para solos, rochas, areia, por exemplo, pode ser necessário o uso de HF.

Para a determinação da classe dos halogênios (F, Cl, Br e I), os métodos de preparo de amostras comumente utilizados são a extração alcalina (ou com água), piroidrólise e a combustão. Nesses casos, recomenda-se o uso de soluções alcalinas diluídas ou água para a retenção dos analitos e posterior determinação pela técnica escolhida (que pode ser por potenciometria, cromatografia de íons e técnicas espectrométricas, por exemplo). Cabe destacar que para os halogênios não se faz o uso de ácidos concentrados para evitar que esses sejam volatilizados para o meio devido a formação de espécies halogenadas voláteis (como HF, HCl, HBr, HI). Além disso, na maioria das vezes, o uso de sistemas fechados é necessário, também, com o objetivo de minimizar perdas desses analitos por volatilização.

Com relação ao método de fusão, ele é usado predominantemente para a decomposição de materiais inorgânicos e posterior determinação de metais, enquanto os demais métodos de preparo de amostras podem ser aplicados para amostras orgânicas ou inorgânicas (utilizando os solventes e condições experimentais adequadas para tal).

Determinação de compostos orgânicos

Para a determinação de compostos orgânicos em diferentes amostras deve-se ter o cuidado para que o analito não se degrade ou seja convertido à outra espécie que poderá não ser detectada pela técnica escolhida. Por evitar a decomposição total da matriz, os métodos de extração são muito utilizados para a posterior determinação de compostos orgânicos (como os ácidos orgânicos e antioxidantes utilizados nos produtos BTA, por exemplo). Esses métodos são bem conhecidos e se destacam pela simplificação da etapa de preparo da amostra. Muitas vezes, a extração envolve o uso de condições moderadas de temperatura e pode ser feita utilizando solventes diluídos e até mesmo água.

Embora a extração também possa ser utilizada como método de preparo de amostra para a determinação elementar, o esquema a seguir apresenta de uma forma geral alguns métodos de extração que podem ser utilizados para a posterior determinação de compostos orgânicos em diferentes amostras.

Os métodos de preparo de amostras envolvendo o aquecimento convencional (por condutometria) são os mais simples e podem ser aplicados à uma variedade de amostras, tanto sólidas, como líquidas. Contudo, para matrizes mais complexas, a extração pode ser melhorada pelo uso de energias auxiliares, principalmente micro-ondas e ultrassom (US).

O uso da radiação micro-ondas permite um aquecimento mais rápido e homogêneo, quando comparado ao aquecimento condutivo, tornando os procedimentos menos morosos e promovendo uma uniformidade de aquecimento em todos os frascos. Ainda, o uso da energia micro-ondas, combinada com sistemas fechados, possibilita o uso de temperaturas mais elevadas, tornando os métodos de extração mais abrangentes e eficientes. Com o uso do ultrassom, por sua vez, a elevada pressão (cerca de 1000 atm) e a alta temperatura (aproximadamente 10000 °C) pontual causada pelo fenômeno da cavitação podem resultar no aumento da solubilidade dos analitos no meio extrator, bem como contribuir para um contato mais efetivo do solvente com a matriz.

Levando em conta a diversidade de matérias-primas e produtos desenvolvidos pela indústria química, bem como a importância dos resultados analíticos, o desenvolvimento de metodologias analíticas adequadas é importante para o controle de qualidade dos produtos. O fornecimento da concentração dos ativos nos produtos comercializados a partir de análises químicas precisas e exatas atestam aos clientes os níveis de garantia exigidos pela legislação.

A equipe de laboratório analítico da BTA trabalha em diferentes processos de desenvolvimentos analíticos e validação de metodologias para a determinação de ácidos orgânicos, compostos antioxidantes e sanitizantes, tanto na matéria-prima como nos produtos acabados. Como resultado, este recurso introduz confiança, objetividade, maior sensibilidade nos resultados, e eficiência ao processo, levando até aos clientes produtos tecnológicos, inovadores e de alta qualidade.

Para saber mais sobre as tecnologias utilizadas na nutrição animal veja neste artigo a importância da química analítica e da cromatografia para a qualidade da análise das amostras na indústria química.

 

Referências Bibliográficas

Krug, Francisco José; Métodos de preparo de amostras para análise elementar. Editora EditSBQ, São Paulo, 2019, Brasil.

Anderson, R. Sample Pretreatment and Separation. Chichester: John Wiley, 1991, 632p.

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Mariele Samuel do Nascimento - Química Industrial, mestre e doutora em Ciências com ênfase em química analítica, e analista de cromatografia na BTA Aditivos.

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