DETERMINAÇÃO DE DETERGENTES EM ÁGUAS_Química_UTFPR_2010
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UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE QUÍMICA E BIOLOGIA
BACHARELADO EM QUÍMICA TECNOLÓGICA / LICENCIATURA EM QUÍMICA
CAMILA FERNANDA PADILHA FILIPE LEONARDO DOS SANTOS LEITZKE
JOÃO MARCOS LENHARDT SILVA LUCAS BLITZKOW SCREMIN
DETERMINAÇÃO DE DETERGENTES EM ÁGUAS
RELATÓRIO
CURITIBA 2010
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CAMILA FERNANDA PADILHA FILIPE LEONARDO DOS SANTOS LEITZKE
JOÃO MARCOS LENHARDT SILVA LUCAS BLITZKOW SCREMIN
DETERMINAÇÃO DE DETERGENTES EM ÁGUAS
CURITIBA 2010
Trabalho acadêmico, apresentado à disciplina de Química Analítica Aplicada 1, do Curso Superior de Bacharelado em Química Tecnológica/ Licenciatura em Química do Departamento Acadêmico de Química e Biologia -DAQBI- da Universidade Tecnológica Federal do Paraná - UTFPR como meio de avaliação. Prof. Marcus Vinícius de Liz
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RESUMO
LEITZKE, Filipe Leonardo dos Santos; PADILHA, Camila Fernanda; SCREMIN, Lucas Blitzkow e SILVA, João Marcos Lenhardt. Determinação de Detergentes em Água. Relatório (Química Analítica Aplicada I) - Bacharelado em Química Tecnológica com Ênfase em Ambiental / Licenciatura em Química, Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Curitiba, 2010. Paraná. Curitiba, 2010. Surfactantes são substâncias que possuem em sua estrutura uma fase polar e uma apolar. Porém, há subdivisões como os catiônicos e os aniônicos. Um dos métodos mais utilizados é empregar o azul de metileno para a formação de um complexo azul de metileno/íon aniônico surfactante; posterior extração com clorofórmio, o complexo é mais solúvel mais em clorofórmio que em água. Mediu-se então a absorbância de cada concentração e montou-se uma curva de calibração. A média das
concentrações da primeira turma foi igual a e da segunda foi de
. Concluiu-se que era alta a reprodutibilidade do processo, pois os resultados das duas turmas foram estatisticamente muito parecidos. A taxa de recuperação foi aceitável para o processo, porém quando se necessita de muita precisão é melhor empregar outros métodos como cromatografia. Palavras-chave: Detergentes em água. Surfactantes. Extração por clorofórmio. MBAS
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SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ........................................................................................................ 1
2 MATERIAIS E MÉTODOS ...................................................................................... 2
2.1 MATERIAIS .......................................................................................................... 2
2.1 REAGENTES ....................................................................................................... 2
2.3 MÉTODOS ........................................................................................................... 3
2.3.1 Preparação da curva de calibração e do branco ............................................... 3
2.3.2 Determinação de detergentes da amostra ........................................................ 3
3 RESULTADOS E DISCUSSÕES ............................................................................ 5
4 CONCLUSÃO ....................................................................................................... 11
5 REFERÊNCIAS ..................................................................................................... 12
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1 INTRODUÇÃO
―Os surfactantes são compostos que, como o nome indica, possuem
atividade na superfície da interface entre duas fases, tais como ar-água [...] também
são conhecidos como agentes tenso-ativos‖ (SWISHER,1987). Exemplos desse
grupo são LAS, DSS. Os surfactantes apresentam dois grupos em sua molécula: um
hidrofóbico, apolar, e um hidrofílico, polar.
A parte hidrofóbica pode apresentar afinidade tanto com gases, como por
sólidos ou óleos, o que acarreta a geração de espumas e emulsões.
Conforme Swisher (1987, p.32) a parte hidrofílica possui preferência pela
água e pode conter grupos que se ionizam nesse solvente, chamados iônicos; o qual
é subdividido em duas categorias: a primeira é a dos aniônicos, ou seja, que geram
íons negativos quando em água, por exemplo, os sulfatos (R–O–SO3)- Na+; a
segunda são a dos catiônicos, que originam grupos positivos em água.
No experimento realizado foi utilizado o método MBAS (Substâncias Ativas
ao Azul de Metileno), pois nesse método o par azul de metileno/íon aniônico
surfactante, devido a sua alta estabilidade em fase orgânica, permanece
substancialmente no clorofórmio quando lavado com este, mesmo com presença de
água (SWISHER, 1987, p. 64).
―Ele também é relativamente sensível‖ (SWISHER, 1987, p. 61), pois pode
sofrer:
Interferência de sulfatos e sulfonatos orgânicos, carboxilatos, fosfatos e compostos fenólicos, que complexam o azul de metileno e cianatos orgânicos, cloretos, nitratos e tiocianatos que formam pares iônicos com o azul de metileno e interferem positivamente. Outros materiais orgânicos, tais como aminas e surfactantes catiônicos, causam interferência negativa. (CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL, 2005)
Essa prática tem como objetivo analisar a concentração de LAS em
amostras conhecidas; isso será feito a partir de leituras espectrofotométricas, para
tanto utilizou-se à construção de curvas de calibração. Através dos dados de ambas
as turmas, S61 e S62, se comparará a reprodutibilidade, a linearidade das respostas
e os possíveis erros entre as duas parte. Além disso, se analisará os dados com os
devidos tratamentos analíticos, tais como teste Q e teste T, além de se organizar os
dados através de recursos gráficos.
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2 MATERIAIS E MÉTODOS
2.1 MATERIAIS
— 16 funis de separação de 500 mL
— 1 proveta de 250±2 mL
— 1 proveta de 10 mL
— 3 balões volumétricos de 25 mL
— 2 funis
— 2 pipetas graduadas de 5 mL
— Pipetas volumétricas de 10, 25, 50 e 100 mL
— Lã de vidro
— Suporte universal
— Suporte para funil de separação
— Espectrofotômetro: Quimispectro 22 – spectrophotometroa λ=652 nm
— Fenolftaleína
— Bureta de 25 mL
— Béquer de 100 mL
2.2 REAGENTES
— Solução padrão de LAS(DSS) 1 mg/L
— Clorofórmio
— Solução de azul de metileno
— Solução de hidróxido de sódio 1,0 mol/L
— Solução de H2SO4 0,5 mol/L
— Solução de lavagem LAS (DSS)
— Solução de fenolftaleína (indicador)
— Água ultra-pura
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2.3 MÉTODOS
2.3.1 Preparação da curva de calibração e do branco
Diluíram-se 4, 10, 20 e 40 mL da solução padrão de LAS (DSS) 1 mg.L-1 em
balões volumétricos de 25 mL, o que resultou em soluções padrões de 0,04; 0,10;
0,20 e 0,40 mg/L, respectivamente.
Também foi realizada a preparação de uma amostra em branco seguindo o
mesmo método.
As amostras foram preparadas pelo mesmo tratamento.
2.3.2 Determinação de detergentes da amostra
Mediram-se 25 mL da amostra em uma proveta e transferiu-se essa alíquota
para um funil de separação de 500 mL e adicionaram-se 2 gotas de indicador
fenolftaleína. Depois, foram adicionadas 2 gotas da solução de NaOH 1,0 mol/l, o
que deixou a solução rósea. Em seguida, acrescentaram-se 2 gotas da solução de
ácido sulfúrico 0,5 mol.L-1, tornando a solução incolor.
Cumprida essas etapas, 2,5 mL da solução de azul de metileno foram
adicionados, com proveta, ao funil de separação e agitados até que a coloração azul
ficar uniforme na solução.
Logo após, com outra proveta adicionaram-se 8 mL de clorofórmio ao funil
de separação e agitou-se vigorosamente. Em seguida, colocaram-se os funis de
separação no suporte e retiraram-se suas tampas, para a separação de fases.
Feita a separação das fases, transferiu a fase orgânica, clorofórmio, para
outro funil de separação de 500 mL e repetiu-se a extração por mais duas vezes,
porém com 25 mL de clorofórmio; após separar a fase do clorofórmio ele era
transferido sempre para o mesmo funil.
Ao funil de separação contendo a fase do clorofórmio retirada das 3
extrações foram adicionados com o auxílio da proveta 50 mL da solução de lavagem
e em seguida agitou-se o funil vigorosamente. Depois, abriram-se as tampas para
ocorrerem as separações de fases. Solução de lavagem é um solução contendo
41 mL de ácido sulfúrico 3 mol.L-1 em balão volumétrico de 1000 mL, que contém
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500 mL de água destilada e 50 g de fosfato de sódio monobasico monohidratado;
depois é aferido com água destilada até completar 1000 mL.
Ao completarem-se todas as etapas descritas, filtrou-se a fase do
clorofórmio em um funil que continha lã de vidro. O conteúdo que atravessava a lã
foi recebido em um balão volumétrico de 25 mL.
Terminada a filtragem, aferiu-se o balão volumétrico com clorofórmio e fez-
se a leitura espectrofotométrica em um espectrofotômetro Quimispectro 22 –
Spectrophotometria, utilizando comprimento de onda de 652 nm em cubetas de 1
cm.
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3 RESULTADOS E DISCUSSÕES
No tratamento da amostra a aproximação de seu pH de 7 é necessário, pois
―independente do método analítico, a determinação de tensoativo [...] é muitas
vezes, um desafio analítico, uma vez que o tensoativo está presente em
concentrações muito baixas em uma matriz complexa.‖ (ALQUILBENZENO
SULFONATO LINEAR: UMA ABORDAGEM AMBIENTAL E ANALÍTICA); além
disso, os tensoativos podem ser influenciado por diversos fatores como, por
exemplo, diluição e degradação.
―O azul de metileno é um pigmento catiônico‖ (CONGRESSO BRASILEIRO
DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL, 2005), nesse caso ele reage com
substâncias ou partes aniônicas tais como LAS e outros surfactantes, conforme a
figura 1.
Figura 1: Reação iônica entre o azul de metileno e o surfactante aniônico. Fonte: CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL, 2005.
―O par iônico surfactante/azul de metileno apresenta menor solubilidade em
água e maior em solventes orgânicos‖ (CONGRESSO BRASILEIRO DE
ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL, 2005), isso porque o produto, insolúvel
em água, apresenta uma grande parte de sua estrutura que se assemelha a um
hidrocarboneto, portanto apresenta mais forças de van der Waals do que momentos
dipolo das moléculas, ou seja, pode ser classificado como apolar. Dessa forma ele é
facilmente extraído em clorofórmio, outro composto apolar.
Soluções padrões foram preparadas, nas concentrações de 0,040; 0,100;
0,200 e 0,400 mg.L-1 de LAS, e foram feitas as leituras espectrofotométrica da
absorbância em um comprimento de luz igual à 652 nm para as distintas
concentrações. ―Absorvância, A, ou densidade óptica, DO é definida como
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( ⁄ ), onde é a energia radiante de luz que incide em lada da amostra e
é a energia radiante que aparece do outro lado‖ (HARRIS, 2001, p. 750, grifo do
autor). Os dados das duas turmas, S61 e S62, foram agrupados na tabela 1.
Tabela 1: Aborvância para concentrações de soluções padrões das turmas S61 e S62.
Concentração S61 S62
Branco 0,044 0,1331
0,040 0,102 0,132
0,100 0,305 0,255
0,200 0,439 0,463
0,400 0,646 0,880
Fonte: autoria própria
Durante a preparação do branco da turma S62 houve a formação de uma
emulsão, isso devido às impurezas nas vidrarias; dessa forma para não
comprometer os resultados uso-se do branco do branco da turma S61.
Os dados foram dispostos nos seguintes gráficos:
Gráfico 1: Gráfico Soluções padrões X absorvância da turma S61. Fonte: autoria própria
1 Formou emulsão
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Gráfico 1: Gráfico Soluções padrões X absorvância da turma S62. Fonte: autoria própria
A partir dos gráficos e seus elementos foi possível observar a precisão do
método nas duas turmas. ―A precisão descreve a reprodutibilidade das medidas –
em outras palavras, a proximidade entre os resultados que foram obtidos
exatamente da mesma forma‖ (SKOOG et al., 2006, p. 86, grifo do autor). A precisão
dos dados pode ser comparada através da linearidade das retas geradas, r; para as
turma S61 e S62 têm-se respectivamente 0,97323 e 0,99999.
A equação de reta que melhor se adaptam aos pontos encontrados pela
turma S61 foi ( ) , enquanto que a equação para a reta da
turma S62 foi ( ) . Segundo essas igualdades pode-se
determinar a concentração, x, da amostra segundo a sua respectiva absorbância, y.
Como a segunda reta apresenta uma maior precisão, então as concentrações de
ambas as turmas foram calculadas pela equação da turma S62. Portanto, têm-se
que as contrações de LAS das amostras para as bancadas são:
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Tabela 1: Concentração das amostras, a partir da aborvância, para as turmas S61 e S62.
Concentração da amostra
(mg.L-1
)
Absorbância
B1 – S61 0,187 0,436
B2 – S61 0,189 0,440
B3 – S61 0,179 0,4202
B4 – S61 0,343 0,762
B1 – S62 0,180 0,421
B2 – S62 0,153 0,3653
B3 – S62 0,186 0,435
B4 – S62 – –
Fonte: autoria própria
A absorvância de 0,762 apresentou uma grande distinção em relação aos
demais valores, por causa de possíveis contaminações nas vidrarias usada no
decorrer do método; o mesmo motivo resultou erro na analise da bancada B2 – S62.
A terceira bancada, B3, da turma S61 utilizou 28,8 mL de amostra para fazer a
análise. A B4 – S62 não apresentou dados devido à desentendimento, em relação
ao método.
Ajustou-se a concentração da bancada 3, da S61, por meio da fórmula
diluição , para o volume correto de 25 mL tem-se que a concentração
proporcional ao 28,8 mL é 0,206 mg.L-1.
O teste Q é um teste estatístico utilizado para se decidir se um resultado
suspeito deve ser mantido ou rejeitado. ―Nesse teste, o valor absoluto da diferença
entre o resultado questionável xq e seu vizinho mais próximo xp é dividido pela faixa f
do conjunto inteiro‖ (SKOOG et al., 2006, p. 155), ou seja, | | . Dentre
os valores da extremidade o que apresenta a maior amplitude em relação aos
demais é 0,762. Para esse ponto tem-se que ; esse valor é comparado
com o valor crítico, . Para sete medidas, a um nível de confiança
de 99%. Nesse caso, como o valor questionável pode ser excluído com um
nível de confiança de 99% de confiança. Refazendo o teste Q para o valor 0,365,
percebe-se que esse valor apresenta um , enquanto que o à
um nível de confiança de 95%, para os seis valores restantes; portanto como
o valor anômalo pode ser excluído com um nível de confiança de 95% de
2 Valor ajustado para 28,8 mL de amostra
3 Funil sujo
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confiança. Refazendo o teste de confiança para os demais valores, observa-se que
nenhum outro valor é desprezado.
A média das concentrações é calculada através da seguinte igualdade
matemática: ∑ ; sendo que é a média das concentrações, x a
concentração correspondente à cada índice i e n é o número total de dados. A
média da S61 é igual à , enquanto que a média da S62 foi de
. Para a média foi desconsiderados os valores anômalos.
A porcentagem do erro referente ao experimento pode ser calculado, em
relação ao esperado, por meio da diferença entre os valores achados e o valor
previsto; esse resultado é dividido pelo valor esperado, e isso multiplicado por cem,
ou seja: (erro) = |valor achado – valor esperado|.(valor esperado)-1. 100. Nesse caso,
sabe-se que a concentração da amostra analisada era de 0,20 mg.L-1, portanto o
erro em relação à média das concentrações é igual da primeira turma é igual à 7,5 %
e a da segunda turma é 8,5%. O erro associado à cada bancada está relacionado na
tabela 3:
Tabela 1: Erro relacionado ao experimento da determinação da concentração da amostra.
Erro (%)
B1 – S61 6,5
B2 – S61 5,5
B3 – S61 3,0
B4 – S61 71,5
B1 – S62 10,0
B2 – S62 23,5
B3 – S62 7,0
B4 – S62 –
Fonte: autoria própria
Na maioria dos casos observou-se uma baixa porcentagem no erro, o que
representa, uma seriedade nas analises. Além disso, observou-se que as
porcentagens são semelhantes, podendo dessa forma representar um mesmo erro
aleatório à todas as bancadas.
O teste T ―é usado para compara um grupo de medidas com outro, a fim de
decidir se são ou não diferentes‖ (HARRIS, 2001, p. 68). Um dos casos é a
comparação entre medidas repetidas, para decidir se resultados oriundos de dois
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grupos de medidas repetidas podem ser considerados iguais em relação a um nível
de confiança. ―Para dois grupos de dados consistindo em e medidas (com
médias de e ), calculamos um valor de utilizando a fórmula:‖ (HARRIS, 2001,
p. 70).
√
√∑ ( ) ∑ ( )
√
( )
( )
Portanto, o , dessa forma . Segundo um
grau de confiança de 95% que Logo, o , então os
valores obtidos pelas duas turmas foram estatisticamente iguais, conforme previsto.
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4 CONCLUSÃO
Comparou-se os resultados das duas metades, S61 e S62, em relação à
aplicação do método de determinação de LAS relacionando a precisão e exatidão
nas reprodutibilidades, a linearidade das respostas e os possíveis erros.
A reprodutibilidade e a linearidade das respostas foram analisadas através
das linearidades das retas. A turma S62 foi consideravelmente mais precisa e exata
que a S61 em relação à esses aspectos; os r são respectivamente iguais à 0,97323
e 0,99999. Nos cálculos, ambas as metades usaram a equação de reta da segunda
turma, para evitar a propagação de erro.
Em relação aos possíveis erros de uma forma geral, constatou-se que a
primeira metade foi mais precisa que a segunda já que apresentou erro do primeiro
foi de 7,5 % enquanto do segundo é 8,5%.
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5 REFERÊNCIAS
ALQUILBENZENO SULFONATO LINEAR: UMA ABORDAGEM AMBIENTAL E ANALÍTICA. Disponível em: <http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0100-40422006000500025> Acesso em: 01 maio 2010. CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL, 23, 2005, Campo Grande/MS. Anais eletrônicos... Disponível em: <
http://www.bvsde.paho.org/bvsacd/abes23/II-289.pdf>. Acesso em: 01 maio 2010. HARRIS, Daniel C. Análise Química Quantitativa. 5 ed. Rio de Janeiro: LTC, 2001. SKOOG, Douglas A. et al. Fundamentos de química analítica. 8 ed. São Paulo, SP: Thomson Learning, 2006. SWISHER,1987. Disponível em: <http://books.google.com.br/books?hl=pt-BR&lr=&id=G56_-HYey9IC&oi=fnd&pg=PR5&dq=Surfactant+biodegradation+SWISHER&ots=5zoSnOj92M&sig=gmZ2LF-L1D7v4MpmZOE-pLGtwJI#v=onepage&q&f=false> Acesso em: 01/04/2010, às 18:30h;