Analise De Mercúrio

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26 Trabalho de Métodos de Instrumentação e Análise 2009/2010 Introdução Metais pesados são metais altamente reactivos e bioacumuláveis, ou seja, os organismos não são capazes de eliminá-los. Quimicamente, os metais pesados são definidos como um grupo de elementos situados entre o cobre e o chumbo na tabela periódica tendo pesos atómicos entre 63,546 e 200,590 e densidade superior a 4,0g/cm3. Os seres vivos necessitam de pequenas quantidades de alguns desses metais, incluindo cobalto, cobre, manganês, molibdénio, vanádio, estrôncio e zinco, para a realização de funções vitais no organismo. Porém níveis excessivos desses elementos podem ser extremamente tóxicos. Outros metais como o mercúrio, chumbo e cádmio não possuem nenhuma função dentro dos organismos e a sua acumulação pode provocar graves doenças, sobretudo nos mamíferos. Quando lançados como resíduos industriais, para o ambiente, esses elementos podem ser absorvidos pelos vegetais e animais das proximidades, provocando graves intoxicações ao longo da cadeia alimentar. Tabela 1- Metais pesados: origem e efeitos nos humanos Mercúrio Mercúrio (Hg) é um líquido prateado que na temperatura normal é metal e inodoro. O seu ponto de ebulição é 234,32 K (-38,83 ºC) e de fusão é 629,88 K (356,73 ºC). Não é um bom condutor de calor comparado com outros metais, sendo no entanto um bom condutor de electricidade. Estabelece liga metálica facilmente com muitos outros metais como o ouro ou a prata produzindo amlgamas1. É insolúvel em água e solúvel em ácido nítrico. Quando temperatura é aumentada transforma-se em vapores tóxicos e corrosivos mais densos que o ar. É um produto perigoso quando inalado, ingerido ou em contacto, causando irritação na pele, olhos e vias respiratórias. É compatível com o ácido nítrico concentrado, acetileno, cloro e com outros ametais2. Figura 1- Mercúrio no estado líquido Mercúrio no Ambiente No meio ambiente o mercúrio sofre uma série de transformações e interacções com constituintes dos diversos compartimentos ambientais, tais como: oxidação a ião mercúrio na atmosfera com posterior incorporação a gotículas de água, conversão a derivados alquilmercuriais de cadeia curta, com acumulação na cadeia alimentar, e deposição em sedimentos, que constituem verdadeiros depósitos do metal, sendo possível tornarem-se fontes potencialmente nocivas de mercúrio. É um dos metais mais tóxicos actualmente encontrados no ambiente global, incluindo litosfera, hidrosfera, atmosfera e biosfera. Uma série de complexas transformações químicas permite a coexistência dos três estados de oxidação (0, +1, +2) no ambiente. Encontra-se predominantemente sob a forma de sais de mercúrio, especialmente o Cloreto de mercúrio (HgCl2), o Hidróxido de mercúrio (Hg(OH)2) e o Sulfeto de mercúrio (HgS), e nas principais formas de compostos orgânicos o Cloreto de metilmercúrio (CH3HgCl) e o Hidróxido de metilmercúrio (CH3HgOH), juntamente com outros como o Dimetilmercúrio (C2H6Hg) e o Fenilmercúrio em pequenas fracções. Amálgamas: ligas metálicas em que um dos metais envolvidos está no estado líquido, geralmente a prata Ametais: o mesmo que não-metais (Ex: carbono, azoto, oxigénio, iodo, enxofre) A exposição humana aos compostos de mercúrio presentes no ambiente ocorre pela ingestão de água e alimentos contaminados, principalmente os peixes, os quais concentram alquilmercuriais de cadeia curta. Figura 2- Ciclo biogeoquímico do mercúrio (adaptado de World Health Organization, 1990). A concentração das várias espécies de mercúrio num determinado ecossistema dependerá fundamentalmente dos equilíbrios entre as reacções em que as referidas espécies se encontrem envolvidas. Mercúrio na Atmosfera A principal fonte de mercúrio (na forma de vapor de mercúrio) na atmosfera é o desgaste natural da crosta terrestre. O mercúrio metálico, na sua forma volátil, está presente na atmosfera, desta forma, as duas principais vias de exposição humana por inalação são a ocupacional (essencialmente a exposição crónica) e através de amálgamas dentárias. Como fontes antropogénicas3 encontramos geradores de electricidade a carvão, ETAR, refinarias, fábricas de adubos, lâmpadas de vapor de mercúrio, pilhas e extracção do ouro. Cerca de 2000 a 3000 toneladas são libertadas anualmente para a atmosfera devido a actividades humanas, onde os incineradores de resíduos hospitalares e urbanos contribuem com cerca de 50% das emissões de mercúrio total para o ar. A quantidade de Hg na atmosfera, estima-se que aumentou dez vezes desde o início da era industrial, sendo o mercúrio elementar (Hg0) e o mercúrio bivalente (Hg2+) os mais significativos. Comparando o tempo de vida atmosférica de horas para espécies bivalentes com a média do tempo de residência de Hg0 na atmosfera, cerca de 0,5 - 2 anos, permite que o Hg0 sofra um transporte para longas distâncias na atmosfera. (Ver Anexo I) 3 - fontes antropogénicas: derivadas da actividade humana Mercúrio no Solo Cerca de 1-3% do Hg total na superfície do solo é o metilmercúrio (CH3Hg) e o restante 99-97% está largamente presente na forma de complexos de Hg, enquanto uma pequena fracção de Hg no solo típico é de Hg0. Existe uma forte afinidade entre Hg2+ e compostos inorgânicos contendo enxofre nos grupos funcionais. Este comportamento complexo limita bastante a mobilidade de Hg no solo. Figura 3- Concentração média de mercúrio no solo em diferentes cidades na China Mercúrio na água do rio e oceano Nos ambientes aquáticos, metilmercúrio apresenta os fenómenos de bioconcentração e de biomagnificação, sendo ampliado através da cadeia trófica, ou seja, o metilmercúrio devido a sua alta disponibilidade acumula-se, o que causa níveis elevados de contaminação em peixes mesmo quando o metilmercúrio (MeHg) está presente em concentrações muito baixas na água. A permanência do MeHg nos peixes é relativamente alta, devido à lenta mobilização e ao tempo de vida que varia em função das espécies, geralmente de um a três anos. Como o metilmercúrio é absorvido quase completamente no aparelho gastrointestinal e transportado durante todo o corpo, o consumo de peixes contaminados pode conduzir ao envenenamento severo nos seres humanos e nos animais selvagens. Os exames realizados a várias amostras de peixe mostraram o alastramento da contaminação, especialmente nas águas do hemisfério Norte. (Ver Anexo II) Figura 4- Transformações do Hg no meio aquático Todas as formas químicas do mercúrio provocam alterações nos seres vivos, sendo que o mercúrio elementar e os compostos inorgânicos têm menor toxicidade que os organomercuriais. Geralmente quem foi intoxicado pelo vapor do mercúrio pode apresentar sintomas como dor de estômago, diarreia, tremores, depressão, ansiedade, gosto de metal na boca, dentes moles com inflamação e sangramento na gengiva, insónia, falhas de memória e fraqueza muscular, nervosismo, mudanças de humor, agressividade, dificuldade de prestar atenção e até demência. No sistema nervoso, o produto tem efeitos desastrosos, podendo dar causa a lesões leves e até à vida vegetativa ou à morte, conforme a concentração. Tabela 2- Potenciais fontes de exposição ao mercúrio Quanto á ecotoxicologia, o MeHg é o composto organometálico mais tóxico existente, sendo a dose letal (DL – 50) para ratos de 1,95 mg/Kg. A meia-vida no corpo humano deste composto é de 70 dias, que é bem maior que a do mercúrio inorgânico devido à afinidade pelos átomos de enxofre. Consequentemente o metilHg pode acumular-se no organismo numa concentração bem mais elevada que sua dose diária consumida. A organização mundial de saúde concluiu que níveis de 10-20 ppm de metilHg no cabelo de mulheres grávidas podem afectar o desenvolvimento do feto. O dimetilHg (outro composto orgânico de mercúrio de elevada toxicidade) é volátil e, portanto, raramente encontrado em corpos aquáticos, solo, ou sedimentos. Recentemente (1997) uma pesquisadora americana da Universidade de Dartmouth, EUA, foi uma vítima fatal da contaminação com dimetilHg em consequência da protecção inadequada á exposição dérmica deste composto. Figura 5- Mercúrio líquido Desenvolvimento Para realizar a determinação de mercúrio em amostras ambientais existem vários métodos. Na tabela 3 encontram-se alguns dos métodos com os respectivos limites de detecção. Tabela 3- Métodos para a determinação de mercúrio em amostras ambientais Método Limite de Detecção Método Colorimétrico 0,01-0,1μg/g Espectrometria de absorção atómica forno de grafite(GFAAS) 1ng/g vapor frio(CVAAS) 0,01-1ng/g Espectrofotometria de fluorescência atómica vapor frio(CVAFS) 0,001-0,01ng/g Cromatografia gasosa Detector de captura electrónica 0,01-0,05ng/g Detector de emissão atómica ±0,05ng/g Espectrometria de massa 0,1ng/g CVAAS/CVAFS 0,01-0,05ng/g Cromatografia líquida de alta eficiência Detector de ultra-violeta 1ng/mL Electroquímico 0,1-1ng/mL CVAAS 0,5ng/mL CVAFS 0,08ng/mL Plasma acoplado indutivamente Espectrometria de massa(ICP MS) 0,01ng/mL Espectrometria de emissão atómica(ICP AES) 2ng/mL Nem todos os métodos são os mais adequados para a determinação referida pois cada método tem vantagens e desvantagens, sendo os mais adequados os que na realidade têm mais vantagens e poucas desvantagens. Na tabela 4 são apresentadas as principais vantagens e desvantagens dos métodos referidos na tabela anterior. Tabela 4- Vantagens e desvantagens dos métodos analíticos Método Vantagens Desvantagens Método Colorimétrico Simples; baixo custo; rápido Sofre interferências de diversos elementos, exigindo várias separações Espectrometria de absorção atómica Forno de grafite(GFAAS) Simples ; instrumentação permite resultados analíticos precisos Pouco sensível; alguns interferentes espectrais Vapor frio(CVAAS) Não usa chama Possível ocorrência de interferências espectrais devido á presença de NO2 ,SO2 ou O3; só detecta o mercúrio na forma elementar Espectrofotometria de fluorescência atómica Vapor frio(CVAFS) Muito sensível; reduz os resíduos; economicamente sustentável Interferências causadas por elementos gasosos; só detecta o mercúrio na forma elementar; mais susceptível a perdas de energia radiante devido à extinção Cromatografia gasosa Detector de captura electrónica Não altera a amostra de modo significativo; rápido; eficiente; alta sensibilidade (ppm-ppb); alta precisão; seguro; pequenas amostras; baixo custo; elevado poder de separação Resposta linear limitada a um intervalo; não é selectivo para o metilmercúrio; interferências provocadas por alguns compostos orgânicos halogenados; limitado a mostras voláteis; inadequado a alguns casos; dificuldade na preparação das amostras Detector de emissão atómica Bandas largas de emissões moleculares; sistema eficiente; medida de concentração de 15 elementos; elevado poder de separação Elevado custo; limitado a mostras voláteis; inadequado a alguns casos; dificuldade na preparação das amostras; necessita de técnicas auxiliares para identificação Espectrometria de massa Velocidade elevada; Sensibilidade; elevado poder de separação; identificação dos compostos mais precisa Elevado custo CVAAS/CVAFS Elevado poder de separação Método Vantagens Desvantagens Cromatografia líquida de alta eficiência Detector de ultra-violeta Análises quantitativas; fáceis de operar e permitem a automatização Requer o conhecimento da composição qualitativa da amostra Electroquímico Simplicidade; alta aplicabilidade; alta sensibilidade CVAAS CVAFS Plasma acoplado indutivamente Espectrometria de massa(ICP MS) Diminuição dos limites de detecção e quantificação; menor tempo de análise por amostra; análise multielemento Elevado custo Espectrometria de emissão atómica(ICP AES) Elevada selectividade e sensibilidade, bem como possibilidades de detecção multi-elementar; análise de amostras em pequena quantidade Elevado custo do equipamento e no consumo de reagentes (Ar) Tabela 4 (continuação) NOTA Apenas alguns destes métodos serão expostos ao longo do trabalho de um modo mais extenso. Espectroscopia de Absorção Atómica A espectroscopia de absorção atómica é utilizada para determinações qualitativas e quantitativas de cerca de 70 elementos. Os métodos atómicos apresentam sensibilidades da ordem das partes por milhão ou parte por bilião sendo métodos rápidos, altamente selectivos (variação de 0.002 a 0.005 nm) e de baixo custo. As determinações espectroscópicas podem unicamente ser efectuadas em meio gasoso, no qual, os átomos (ou iões tais como Fe+, Mg+, ou Al+) se encontram separados uns dos outros. Esta técnica consiste na atomização da amostra, processo em que a amostra é decomposta e volatilizada formando um gás atómico que é "bombardeado" por uma fonte de energia, com um determinado comprimento de onda. Esta energia provoca a excitação dos electrões dos níveis mais externos e a consequente "desexcitação", transferindo a sua energia para outros átomos ou moléculas. A energia absorvida durante a excitação dá origem ao espectro de absorção. Figura 6- esquema das reacções que ocorrem na chama Na espectroscopia de absorção atómica com atomização à chama a amostra é conduzida através de um capilar, devido ao elevado fluxo gasoso e transformada num aerossol. Este é depois misturado com um gás combustível que passa através de uma série de deflectores de modo a recolher pequenas gotas de líquido, existentes no aerossol, sendo estas conduzidas para um recipiente de desperdício. O aerossol, o gás combustível e o gás oxidante são conduzidos até ao queimador. Na zona mais quente da chama, as pequenas partículas resultantes da evaporação do solvente dão origem a átomos gasosos ou iões elementares que sofrem excitação originando o espectro de absorção. Estas partículas são posteriormente oxidadas, na zona mais exterior da chama, e dispersas na atmosfera. Os gases utilizados como combustível e oxidante condicionam a temperatura da chama. A temperaturas mais baixas (1700-2400ºC) só os metais facilmente excitáveis, como os alcalinos e alcalino-terrosos originam espectros credíveis. Para metais de difícil excitação é necessária a utilização de uma conjugação apropriada de combustível/oxidante, de modo a obter-se uma chama com a temperatura desejada. Figura 7- Queimador de fluxo capilar (adaptado de Skoog, 1992) A espectroscopia de absorção atómica com atomização à chama ou atomização electrotérmica pode sofrer dois tipos de interferências: interferências espectrais e interferências químicas. As interferências espectrais são originadas por espécies interferentes que apresentam absorções bastante próximas do analito, tornando impossível a resolução dos respectivos picos. As interferências químicas são originadas por vários processos químicos que ocorrem durante a atomização e que alteram as características de absorção do analito. Vários métodos podem ser utilizados para minimizar este tipo de interferências, como a correcção do ruído de fundo baseado no efeito de Zeeman. Este método consiste na aplicação de um campo magnético forte (0,1 a 1 tesla) que origina uma separação dos níveis de energia electrónicos dos átomos, formando-se assim várias linhas de absorção para cada transição electrónica (efeito de Zeeman). Estas linhas apresentam uma separação de cerca de 0.01 nm e a soma dos comprimentos de onda das várias linhas é igual ao comprimento de onda da linha de que são formados. Este método obedece á Lei de Beer: Em resumo, a lei explica que há uma relação exponencial entre a transmissão de luz através de uma substância e a concentração da substância, assim como também entre a transmissão e a longitude do corpo que a luz atravessa. Se conhecemos l e α, a concentração da substância pode ser deduzida a partir da quantidade de luz transmitida. Limitações da Lei de Beer: Poucas excepções são encontradas para a generalização de que a absorção está relacionada linearmente com o caminho óptico. Por outro lado, desvios da proporcionalidade entre a absorção medida e a concentração quando b é constante são encontrados frequentemente. Alguns desses desvios são fundamentais e representam limitações reais da lei. Outros ocorrem como consequência da maneira como as medidas de absorção são feitas ou como resultado de mudanças químicas associadas com variações de concentração; estas duas últimas são conhecidas, respectivamente, como desvios instrumentais e desvios químico. Espectroscopia de Absorção Atómica com Vapor Frio (CVAAS) Como em qualquer espectrometria de absorção atómica, na base da análise está a energia absorvida durante a excitação dos electrões dando origem a um espectro de absorção. A uma amostra contendo iões Hg2+ em solução é adicionada uma solução redutora que transforma o Hg2+ em mercúrio elementar (Hg0) no vaso de reacção. Hg2+ + Sn2+ Hg0 + Sn4+ Através do vaso reaccional é feito passar, por meio de uma bomba peristáltica, um gás (árgon) que arrasta consigo o vapor de mercúrio para o tubo de secagem, onde o vapor de água fica retido. O vapor de mercúrio entra depois numa célula de quartzo que é atravessada por radiação de comprimento de onda de 253.7 nm proveniente de uma lâmpada de cátodo oco. A absorção de energia é então registada pelo espectrómetro de absorção atómica originando um espectro de absorção (Skoog, 1996). A figura 8 representa um esquema simplificado do equipamento utilizado: Figura 8- Esquema de funcionamento do espectrómetro de absorção atómica com vapor frio As condições operatórias do aparelho são indicadas na tabela 5. Tabela 5 - Condições operatórias na determinação analítica do teor em mercúrio utilizando o FIMSFIAS 100 A célula onde é efectuada a leitura das absorvâncias tem dimensões de 166 mm de comprimento e 14 mm de diâmetro e possui janelas de quartzo, estando estas colocadas no percurso óptico do aparelho. Para evitar a condensação do vapor de água (que absorve no mesmo comprimento de onda do mercúrio) a célula é mantida à temperatura de 100 ºC. Espectroscopia de fluorescência atómica com vapor frio (CVFAS) A espectroscopia de fluorescência atómica com vapor frio é em tudo idêntica à técnica anteriormente descrita para a espectroscopia de absorção atómica com vapor frio, excepto na forma de detecção utilizada. Nesta técnica utiliza-se a fluorescência como meio de detecção. Dá-se o nome de fluorescência à emissão de radiação por parte de átomos na fase gasosa que foram excitados para níveis de energia superiores devido à absorção de radiação electromagnética. Na fluorescência a radiação espontaneamente emitida cessa imediatamente depois da radiação excitadora desaparecer. A absorção inicial leva a molécula para um estado electrónico excitado. A molécula está sujeita a colisões com as moléculas vizinhas e vai cedendo energia, de forma não radioactiva, até atingir o nível vibracional mais baixo do estado electrónico excitado. É possível, então, que as moléculas circundantes não possam receber a energia que leva a molécula ao estado electrónico fundamental. Por isso, a molécula emite o excesso de energia remanescente na forma de radiação. A utilização da fluorescência atómica apresenta vantagens sobre a absorção atómica, uma vez que se trata de uma técnica mais sensível porque o sinal da fluorescência atómica apresenta um ruído de fundo bastante baixo. Plasma Indutivamente Acoplado Por definição, um plasma é uma mistura gasosa condutora de electricidade, que contém uma concentração significativa de catiões e electrões. Uma fonte típica do plasma acoplado é chamada de tocha. Ela consiste em três tubos de quartzo concêntricos através dos quais passam fluxos de gás de árgon. Em torno do topo deste tubo fica uma bobina de indução, resfriada por água, alimentada por um gerador de radiofrequência. Os iões resultantes e seus electrões associados interagem, então, com o campo magnético flutuante produzido pela bobina de indução. Essa interacção faz com que os iões e electrões dentro da bobina fluam nos caminhos anulares fechados. Figura 9- Diagrama óptico de um espectrómetro de varredura rápida para espectrometria ICP Cromatografia Gasosa Cromatografia Gasosa com detector de captura electrónica (GC-ECD) A cromatografia é um método bastante utilizado na separação, identificação e quantificação de componentes químicos de misturas complexas. Os métodos cromatográficos são classificados de acordo com a natureza da fase estacionária, que pode ser sólida ou líquida, denominando-se assim como cromatografia de adsorção ou cromatografia de partição. Na cromatografia gasosa a amostra é injectada e vaporizada no início de uma coluna cromatográfica, eluindo através desta por meio de um gás de arrastamento inerte a que se dá o nome de fase móvel. Um cromatógrafo gasoso é constituído fundamentalmente por um injector, um forno (coluna), um detector e um registador/integrador. Na figura 10 é apresentado o diagrama simplificado de um cromatógrafo gasoso. Figura 10 - Diagrama de um cromatógrafo gasoso. Após a injecção da amostra e respectiva vaporização, esta atinge a coluna cromatográfica onde parte do vapor é adsorvido, estabelecendo-se assim um equilíbrio. A quantidade de vapor não adsorvido move-se com o gás de arrastamento através da coluna. A separação dos componentes químicos da amostra é efectuada de acordo com a afinidade de cada um dos componentes com a coluna. Na cromatografia gasosa podem ser utilizados dois tipos de colunas: empacotadas e capilares. A utilização de colunas capilares permite obter melhores separações a baixas temperaturas e em menores intervalos de tempo. Um bom detector para a cromatografia gasosa deve responder rapidamente, com boa reprodutibilidade e estabilidade, apresentar a sensibilidade adequada e resposta linear. O detector de captura electrónica (ECD) é um detector selectivo para compostos contendo elementos com elevada electronegatividade, especialmente halogéneos. O ECD é constituído por um cilindro contendo 63Ni radioactivo a temperatura controlada (SRI Instruments, 2003). O 63Ni emite electrões (partículas beta) que colidem e ionizam moléculas de gás (normalmente N2). Esta reacção forma uma nuvem de electrões na célula do detector. O ECD funciona de modo a manter um corrente constante igual à corrente estacionária que atravessa a nuvem de electrões por aplicação de impulso periódico no ânodo e no cátodo. Quando compostos contendo elementos electronegativos entram na célula, imediatamente se combinam com os electrões livres, diminuindo temporariamente o número de electrões na nuvem. Quando a população de electrões é diminuída, o impulso periódico aplicado na célula ECD aumenta de modo a igualar a corrente estacionária da nuvem. A variação do impulso aplicado é depois convertida para um sinal de saída analógico, que é registado como cromatograma (SRI Instruments, 2003). Na figura 11 encontra-se representado o diagrama operacional de um detector de captura electrónica. Figura 11 - Diagrama operacional de um ECD A cromatografia gasosa é normalmente utilizada para especiar compostos utilizando-se para tal colunas de fase estacionária de comprimento variável. No entanto, podem também ser utilizadas colunas capilares abertas do tipo não polar, obtendo-se separações mais eficientes e melhor resolução. As colunas capilares apresentam no entanto, a desvantagem de apenas suportarem pequenos volumes de amostra (cerca de 1 μL).Os detectores utilizados necessitam de ser bastante sensíveis de modo a minimizar o limite de detecção da técnica e bastante selectivos. Um dos detectores mais utilizados é o ECD, não sendo selectivo para o metilmercúrio, está sujeito a interferências provocadas por alguns compostos orgânicos halogenados que podem ser coextraídos com o Hg orgânico. A extracção do MeHg necessita assim, de passar por processos de "limpeza", de modo a evitar a presença destes compostos, e de onde se obtém o metilmercúrio halogenado. Os detectores de AES (ICP-AES ou MIP-AES) ou de espectrometria de massa acoplado a plasmas (ICP ou MIP), apresentam capacidades analíticas únicas para a especiação, relacionadas com a elevada selectividade e sensibilidade, bem como possibilidades de detecção multi-elementar. No entanto, o elevado custo torna-os de difícil aquisição para uso corrente. A AAS é a técnica mais popular devido à sua simplicidade, baixo custo e disponibilidade. No entanto, a baixa sensibilidade para a especiação de amostras com baixas concentrações de Hg e as interferências espectrais provenientes decompostos orgânicos voláteis, como a acetona, benzeno ou tolueno não permitem a sua utilização. A cromatografia líquida de alta resolução (HPLC) também tem sido utilizada na especiação de compostos orgânicos de mercúrio (Ramalhosa et al., 2001). Este tipo de técnicas permite a injecção de elevados volumes de amostra, são robustas, fáceis de operar e permitem a automatização. A flexibilidade da cromatografia líquida e os mecanismos de separação disponíveis são consideravelmente mais numerosos do que aqueles que se encontram disponíveis para a cromatografia gasosa, permitindo assim uma separação mais eficiente de Hg orgânico e inorgânico em amostras ambientais. Análise do mercúrio em amostras ambientais Colheita de amostras de água e solo Tipo de frasco Polietileno Polipropileno Vidro Lavagem do frasco Lavar com ácido nítrico 1:1 Enxaguar com água destilada e desionozada Preservação da amostra Adicionar ácido nítrico concentrado até pH 2 Usar pipeta Usar papel indicador de pH Pré-tratamento de amostras ambientais Amostras de água As amostras são filtradas e levadas quase até á secura com uma mistura de ácido nítrico e ácido sulfúrico. Depois de arrefecerem á temperatura ambiente dissolve-se os sais com a adição de água e aquecendo a mistura até a ebulição durante uma hora. Seguidamente a solução é arrefecida , estabilizada com uma solução de cloreto de estanho e ,por fim , filtrada. Amostras de solo As amostras são homogeneizadas, secas a cerca de 36ºc e pesadas. Seguidamente são colocadas dentro de um saco duplo de plástico e procede-se á destruição manual dos agregados batendo com um pilão. Depois é dissolvida em ácido nítrico (agente oxidante). A solução é filtrada e estabilizada com uma solução de cloreto de estanho. Por fim a solução é diluída até a marca do balão volumétrico. Análise instrumental Cromatografia gasosa A identificação e quantificação do MeHg foi efectuada num cromatógrafo gasoso Hewlett Packard 5980 Serie II, equipado com injector Split/Splitless, uma coluna capilar DB-5 (J&W Scientific) de 15 m x 0,250 mm, com revestimento de polisiloxano de espessura 1 μm e um detector de captura de electrões. As condições operacionais foram as seguintes: Gás de arraste: hélio Gás do detector: Argon/metano (90/10) Temperatura do injector: 210 ºC Temperatura do detector: 290 ºC Volume de injecção: 2 μL Programa de temperatura do forno representado na figura 12. Figura 12 – Programa de Temperatura do forno no cromatógrafo. A separação do MeHg na coluna cromatográfica é efectuada completamente nos primeiros 5 minutos. A 2ª rampa de aquecimento é realizada para garantir que todas as substâncias são eluídas da coluna cromatográfica. A quantificação do MeHg foi baseada na altura dos picos e identificada com base nos tempos de retenção. Para a quantificação foram usadas soluções com diferentes concentrações de MeHg. Curva de calibração de MeHg em tolueno Foram preparados padrões de metilmercúrio em tolueno com concentrações 2,8, 14, 28 e 280 ng.cm-3. As soluções foram analisadas por GC-ECD. Na figura 13 são apresentados os cromatogramas referentes às soluções padrão de MeHg. Figura 13 - Cromatogramas das soluções padrão de MeHg - a) 2,8 ng.cm-3 b) 14 ng.cm-3 c) 28 ng.cm-3 d) 280 ng.cm-3. Na figura 14 é apresentada a curva de calibração obtida com as soluções padrão de metilmercúrio (r2= 0,9999). Figura 14 - Curva de calibração obtida através das soluções padrão de MeHg em tolueno. Curva de calibração de MeHg em ditizona 0,01 % Foram preparados padrões de metilmercúrio numa solução de ditizona 0,01% em tolueno com concentrações 2,5, 12,5, 25 e 250 ng.cm-3. As soluções foram analisadas por GC-ECD. Na figura 15 são apresentados os cromatogramas referentes às soluções padrão de MeHg. Figura 15 - Cromatogramas das soluções padrão de MeHg - a) 2,5 ng.cm-3 b) 12,5 ng.cm-3 c) 25 ng.cm-3 d) 250 ng.cm-3. Na figura 16 é apresentada a curva de calibração obtida com as soluções de padrão de metilmercúrio (r2= 0,9990). Figura 16 - Curva de calibração obtida através das soluções padrão de MeHg em solução de ditizona 0,01 %. A repetibilidade do sinal analítico com grau de confiança de 95 % foi determinada pelo produto 2σ, usando seis injecções de 12,5 ng.cm-3 de padrão de metilmercúrio. O valor médio da altura do pico foi de 11760 e a repetibilidade foi igual a 560, que significa um coeficiente de variaçãoσValor médio ×100% inferior a 2,5%. O método mais comum é Espectrometria de Absorção Atómica com Vapor Frio. Espectrofotómetro de absorção atómica, modelo 373,com lâmpada de cátodo oco de mercúrio, Perkin Elmer. Gerador de Hidretos, modelo MHS-10, com célula de quartzo aberta com caminho óptico de 12 cm, Perkin Elmer. Condições de operação: corrente de lâmpada de cátodo oco de 6 mA; comprimento de onda 253,7 nm; fenda 0,7nm (alta) fluxo do gás de arraste (N 2 ) 2,5 ml/min; volume do redutor injectado, 9 ml; tempo de registo de absorvância de 40 seg. Foram efectuados estudos de precisão e recuperação do procedimento analítico proposto, utilizando-se amostras de água e sedimento enriquecidas com concentrações conhecidas de nitrato de mercúrio para avaliação da precisão. Nos estudos de recuperação foram empregadas amostras de sedimento enriquecidas com mercúrio inorgânico (solução aquosa de nitrato de mercúrio) e mercúrio orgânico (solução alcoólica de acetato de mercúrio e solução alcoólica de cloreto de metilmercúrio). Os resultados da precisão e recuperação do método encontram-se descritos nas Tabelas 6 e 7 Tabela 6 -Estudo da precisão dos resultados da determinação de mercúrio total em amostras de água e sedimento de corpos aquáticos, em várias concentrações, analisadas por espectrofotometria de absorção atómica com gerador de vapor a frio Concentração de Mercúrio total (μg/l) C.V% 0,1(água) 20,0 0,5(água) 12,6 1,o(água) 6,0 0,1(sedimento) 8,2 0,5(sedimento) 6,5 1,0(sedimento) 4,1 Tabela 7- Recuperação de compostos inorgânicos e orgânicos de mercúrio em sedimento, adicionados em diversas concentrações e analisados por espectrofotometria de absorção atómica com gerador de vapor a frio. Concentração de Mercúrio total (μg/g) Recuperação* Recuperação** Recuperação*** 0,1 93,4 100,3 90,7 1,0 99,6 99,0 91,0 5,0 89,0 99,5 82,0 * Recuperação de composto inorgânico de mercúrio, adicionado como nitrato de mercúrio. ** Recuperação de composto orgânico de mercúrio, adicionado como cloreto de metilmercúrio. ***Recuperação de composto orgânico de mercúrio, adicionado como acetato de mercúrio. O limite de detecção obtido foi de 0,08 x 10 -3 mg Hg/L e a sensibilidade de 0,10 x 10 -3 mg Hg/L. O método mostrou-se linear em intervalo de concentrações de 0,10 a 50,0 x 10 -3 mg Hg/L, apresentando coeficiente de correlação ( r ) de 0,996 e equação da recta igual a Y = 0,027 + 0,015 X. Tabela 8-Resultados da determinação de mercúrio total em amostras de água, sedimentos e sólidos em suspensão Tabela três do pdf absorção atomica Conclusão Dentre as inúmeras técnicas disponíveis para a quantificação de mercúrio total em amostras de água, sedimentos e solos optou-se pela espectrofotometria de absorção atómica com gerador de vapor a frio e cromatografia gasosa. A primeira apresenta sensibilidade, precisão, recuperação e faixa de linearidade perfeitamente aplicáveis aos objectivos propostos. A segunda não altera a amostra de modo significativo, é eficiente, tem elevada sensibilidade (ppm-ppb) tal como a precisão e tem elevado poder de separação mas no entanto é limitada a mostras voláteis, inadequada a alguns casos e há dificuldade na preparação das amostras. Anexos Anexo I: Figura 17- Gases atmosféricos de mercúrio elementar em diferentes países e áreas Tabela 9- Concentrações de mercúrio atmosférico nas cidades chinesas Anexo II: Tabela 10- Concentrações de mercúrio total na água do rio na China Tabela 11- Nível de metilmercúrio e mercúrio total em peixes colectados nas cidades da China Bibliografia http://www.ebah.com.br/absorcao-atomica-pdf-a4545.html http://www.prp.unicamp.br/pibic/congressos/xvcongresso/cdrom/pdfN/867.pdf http://www.scielo.br/pdf/rsp/v28n2/06.pdf http://www.ebah.com.br/cromatografia-gasosa-ppt-a26091.html http://www.ebah.com.br/cromatografia-gasosa-nivel-tecnico-ppt-a24620.html http://quimicanova.sbq.org.br/qn/qnol/1990/vol13n1/v13_n1_%20(8).pdf