Avanços em caracterização de amostras sólidas cristalinas ...
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Aula 2 - Preparo de Amostras Sólidas
Prof. Julio C. J. Silva
Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
Instituto de Ciências ExatasDepto. de Química
Juiz de For a, 2011
QUI 102 - Metodologia Analítica
AMOSTRAGEM E PREPARAÇÃO DE
AMOSTRAS PARA ANÁLISE
A qualidade do resultado de uma análise química depende de muitos fatores. Entre os mais importantes pode ser destacado:
Controle da amostragem definido
A definição dos critérios de amostragem:• Tipo de amostra a ser coletada e a metodologia analítica a ser
aplicada
• Representatividade da amostra é essencial para o sucesso da análise.
• Homogeneidade ou heterogeneidade.
• Procedimento de coleta e amazenagem.
• Problemas de contaminação devem ser observados com cuidado.
AMOSTRAGEM E PREPARAÇÃO DE
AMOSTRAS PARA ANÁLISE
Fatores que podem influenciar na composição química da amostra:
Temperatura
Reações com a atmosfera
Adsorção/absorção de água
Perdas das frações mais finas (poeira)
Desgaste mecânico
AMOSTRAGEM E PREPARAÇÃO DE
AMOSTRAS PARA ANÁLISE
• AMOSTRAS HOMOGÊNEAS
• Gases e líquidos, na maioria das situações
qualquer porção é representativa
• AMOSTRAS HETEROGÊNEAS
• Rochas, Minerais, Minérios, Solos e Sedimentos
• Podem apresentar composição diferente em
porções retiradas ao acaso, os cuidados com
a amostragem e preparação devem ser
redobrados.
• Deve ser considerado que a amostra de
laboratório, com massas entre 0,1 a 10 g,
pode representar toneladas de material,
exigindo cuidadosa definição do procedimento
de amostragem e preparação para análise.
PREPARAÇÃO DE AMOSTRAS
PARA ANÁLISEROCHAS
Amostras devem ser lavadas e retiradas toda equalquer fonte de eventual contaminação. A lavagemdeve ser feita com água natural e posteriormente comágua destilada seguida de secagem em estufa a 60°C Materiais que podem contaminar amostras de rochas:
• Restos de fitas, colas, tinta, poeira, etc.
As partes alteradas devem ser eliminadas ou não ?
A decisão sobre a fração da amostra que deve serefetivamente pulverizada para análise deve ser doresponsável pela coleta, levando-se em consideraçãoos objetivos e aplicação dos resultados.
Em relação à representatividade é importante destacaros aspectos relacionados com a granulomentria.
AMOSTRAGEM E PREPARAÇÃO DE AMOSTRAS
PARA ANÁLISE
BRITAGEM
Consiste na primeira etapa da redução do tamanho da
amostra, em geral, reduzindo para grãos de
aproximadamente 1 a 5 mm.
A liga metálica usada na construção do equipamento deve
ser considerada para definir possíveis elementos que
poderão ser incorporados à amostra neste processo.
Britador
PREPARAÇÃO DE AMOSTRAS
PARA ANÁLISE
MISTURA DE AMOSTRAS
SÓLIDAS
(QUARTEAMENTO)
Em certos casos a amostra
deve passar por um
quarteamento ou por um
amostrador.
Esta é a forma de garantir
redução do tamanho e boa
representatividade, evitando-
se pulverização de grandes
volumes.
PREPARAÇÃO DE AMOSTRAS PARA ANÁLISE
MISTURA DE AMOSTRAS SÓLIDAS
(QUARTEAMENTO)
Quarteador Jones.
Homogeinizador/divisor divisor
PREPARAÇÃO DE AMOSTRAS PARA ANÁLISE
PENEIRAÇÃO
UTILIZADA PARA SELECIONAR UMA
GRANULOMETRIA ESPECÍFICA
• AS PENEIRAS PODEM APRESENTAR
GRANULOMETRIA EM
MESH e mm
80 mesh = 0,177 mm = 80 tyler
100 mesh = 0,149 mm = 100 tyler
MAIOR VALOR mesh MENOR VALOR mm
AMOSTRAGEM E PREPARAÇÃO DE
AMOSTRAS PARA ANÁLISE
PULVERIZAÇÃO
A amostra será colocada na
granulometria desejada.
Manualmente, por meio de um grau
com pistilo, construído em ágata,
porcelana, quartzo, ferro ou outro
material, dependendo do interesse e
da análise que será realizada.
porcelana
ágata
AMOSTRAGEM E PREPARAÇÃO DE
AMOSTRAS PARA ANÁLISE
PULVERIZAÇÃO
Com sistemas automatizados a
pulverização pode ser conseguida
com maior facilidade e rapidez, tanto
para volumes maiores como
menores, garantindo também maior
homogeneidade para a composição e
para a granulometria.
MOINHOS DE BOLA
AMOSTRAGEM E PREPARAÇÃO DE
AMOSTRAS PARA ANÁLISE
PULVERIZAÇÃO
MOINHOS DE ANÉIS E
CILINDRO (moinho de
panelas)
AMOSTRAGEM E PREPARAÇÃO
DE AMOSTRAS PARA ANÁLISE
ESQUEMA DOS
RECIPIENTES DE
ANÉIS, CILINDROS
BOLAS.
GIIL, R.1997, Modern Analytical Geochemistry:An Introduction to Quantitative
Chemical Analysis Techniques for Earth, Environmental and Materrials
Scientists. Ed. Addison Wesley Longman Limited England, 329 p
AMOSTRAGEM E PREPARAÇÃO DE
AMOSTRAS PARA ANÁLISE
CONTAMINAÇÕES
Graus e pistilos de ágata contaminam a amostra com quartzo.
Ligas de carbeto de tungstênio (WIDIA) contaminam com W, Ti e Co e em algumas situações com elmentos-traços.
Ligas Fe-Mn contaminam com estes elementos e outros elementos-traços.
As peneiras construídas em latão, bronze e aço podem levar a contaminação de Cu, Zn, Fe.
O aquecimento ocasionado durante pulverizações prolongadas, pode provocar oxidação de ferro-ferroso para ferro-férrico, perda de dióxido de carbono em calcita ou a volatilização de elementos como o As, Cd, Pb, Se e Hg.
AMOSTRAGEM E
PREPARAÇÃO DE
AMOSTRAS PARA
ANÁLISE
CONTAMINAÇÕES
MATERIAL
CONTAMINAÇÃO/
ELEMENTOS
CONC. NA AMOSTRA 1
(SiO2) -ppm
CONC. NA AMOSTRA 2
(SiO2)-ppm
Carbeto de tungstênio Co
Ti
Ta
W
32
124
5
não determinado
8,6
102
5
não determinado
Al2O3 (safira
artificial)
Al
Cr
Fe
B
Ga
Mn
Zr
>2000
225
8,7
2,2
2,5
1,1
?
>2000
228
26
1,7
3,3
2,3
?
Carbeto de Boro B
Cu
Ni
23
2,7
2,4
30
2,1
2,3
Alumínio - Cerâmica Al
Cu
Fe
Ga
Li
Ti
Zn
>2000
2,6
34
21
1
11
2,9
>2000
2,0
55
54
1
31
<2,0
Ágata B
Cu
Si
1,8
1,1
não determinado
2,3
3,9
não determinado
CONTAMINAÇÃO POR PENEIRAS
TIPO DE PENEIRA CONTAMINAÇÃO PELOS ELEMENTOS
(ppm)
Nylon - 200 mesh
nunhuma
Latão - 100 mesh B, Co, Cu, Fe, Mn, Ni, Sn e Zn
1,4-7,2-5,1-20 -2,0 -1,2-3,2-1,7
Aço Inox - 100 mesh B, Co, Fe, Mn, Ni e Zn
1,9-9,1-17-3,2- 3,8 - 1,5
Dados de THOMPSON E BANKSTON (1970) - POTTS (1992)
AMOSTRAGEM E PREPARAÇÃO DE
AMOSTRAS PARA ANÁLISE
LIMPEZA DO RECIPIENTE DE PULVERIZAÇÃO
AMOSTRAGEM E PREPARAÇÃO DE
AMOSTRAS PARA ANÁLISE
Umidade em amostras
Amostras sólidas contém água em
equilíbrio com a atmosfera
Umidade relativa e temperatura
ambiente
Secagem antes da análise
AMOSTRAGEM E PREPARAÇÃO DE
AMOSTRAS PARA ANÁLISE
Água essencial
Parte integrante de um composto em uma quantidade
estequiométrica
Água de constituição a água não está presente como H2O no
sólido, mas é formada quando este se decompõe pela ação do
calor.• 2 NaHCO3
300° C→ Na2CO3 + H2O + CO2
• Ca(OH)2800° C→ CaO + H2O
• 2 Fe(OH)31000° C→ Fe2O3 + 3 H2O
Água de hidratação/cristalização água participa da estrutura dos
cristais, ou seja, é parte integrante do retículo cristalino em
proporção fixa em relação aos íons presentes. É representada na
fórmula química e é computada no cálculo do peso molecular.• BaCl2.2H2O, CuSO4.5H2O, Na2SO4.10H2O, CaSO4.2H2O, CaC2O4.2H2O
AMOSTRAGEM E PREPARAÇÃO DE
AMOSTRAS PARA ANÁLISE
Água não essencial
Retida fisicamente
Não faz parte da composição química do composto sem
estequiometria
Ocorre em todos os sólidos
Água adsorvida poros, interstícios, capilares, etc.
Água de oclusão água aprisionada
AMOSTRAGEM E PREPARAÇÃO DE
AMOSTRAS PARA ANÁLISE
Efeitos da temperatura e umidade
Umidade relativa (UR) razão entre a pressão de vapor da água
no ar e pressão de vapor da água saturada no ar
Exemplo: A 25 ºC, a pressão parcial da água no ar saturado é 23,76
torr. Portanto, quando o ar contém água a uma pressão parcial de 6
torr, a umidade relativa é 25,3%.
UR 25 – 90%: BaCl2.2H2O(s)
UR < 25%: BaCl2.H2O(s)
UR < 8 %: BaCl2(s) (100-120 oC)
AMOSTRAGEM E PREPARAÇÃO DE
AMOSTRAS PARA ANÁLISE
Água adsorvida (pequenas quantidades) Adsorção e liberação
rápida (10 – 15 min)
Água absorvida (grandes quantidades) equilíbrio pode levar dias
AMOSTRAGEM E PREPARAÇÃO DE
AMOSTRAS PARA ANÁLISE
Água de oclusão
• Não está em equilíbrio com a atmosfera
• Aquecimento difusão da água
• Crepitção quebra do material cristalino (explosão)
Determinação de água nas amostras
• Aquecimento até massa constante
• Técnicas termo gravimétricas
AMOSTRAGEM E
PREPARAÇÃO DE
AMOSTRAS
DE ÁGUA PARA
ANÁLISE
Referências
Geraldo Boaventura. Notas de Aula. UnB
Otto Alcides Ohlweiler. Química Analítica Quantitativa. Volume
2. livros Técncos e Científicos S.A.
Edenir R. P. Filhos. Notas de Aula. UFSCar
(http://erpf.sites.uol.com.br)
Harris, D.C. Análise Química Quantitativa, Editora LTC, 5a Ed.,
2001
Skoog, West, Holler, Crouch. Fundamentos de Química
Analítica, Editora Thomson, 8a Ed., 2006
Bicudo, C.E.M., Bicudo, D.C. Amostragem em Limnologia,
Edito Rima, 2004.
Stoeppler, M. Sampling and Sample Preparation, Editora
Springer, 1997