Vogel: Análise Química Quantitativa

J Mendham · Capítulo 124 de 495

Páginas do PDF

Vogel: Análise Química Quantitativa

6.2 Técnicas de separação

ordem de ng·kg –1 (partes por trilhão). Em tese, desde que haja amostra

suficiente e uma técnica de pré-concentração confiável, mesmo se a técnica

analítica final não for ultra-sensível, baixos níveis de analito na amostra

ainda podem ser determinados multiplicando-se o valor medido pelo fator

de concentração.

Lembre-se da diferença entre baixas concentrações e pequenas massas,

que nem sempre é explicada claramente pelos fabricantes de equipamentos

quando eles defendem as virtudes de seus instrumentos analíticos mais

modernos. Assim, por exemplo, a técnica de espectroscopia de plasma com

acoplamento indutivo (ICP) é freqüentemente apresentada como tendo

limites de detecção (para determinados elementos) da ordem de μg·kg –1.

Todavia, como é possível que sejam necessários volumes de amostra da

ordem de até 20 ml para uma leitura confiável, a massa de analito

determinada seria, neste caso, da ordem de 20 ng. Por outro lado, a análise

por cromatografia com fase gasosa (GC) utiliza comumente concentrações

de analitos da ordem de μg·g–1 para que os resultados sejam confiáveis.

Como, neste caso, a quantidade de amostra injetada pode ser inferior a 0,1

μl, a massa determinada é de apenas 0,1 ng.

 

6.2 Técnicas de separação

 

Para os propósitos deste capítulo, as técnicas de separação podem ser

classificadas em dois grupos principais:

 

Separações em grande escala (bulk separations) São as separações em

grande escala de dois componentes. Elas incluem a filtração, os

processos que dependem de efeitos térmicos (destilação, evaporação e

secagem), os procedimentos que usam efeitos de solubilidade (extração

com solvente, cristalização e precipitação), a troca iônica, a diálise e a

liofilização. Muitas destas técnicas são manipulações de rotina em

laboratório e foram mencionadas em outras partes deste livro, mas será

útil analisálas em conjunto, aplicadas em um dado experimento, para

poder discutir os méritos de cada uma separadamente.

Separações com instrumentos As separações mais comuns feitas com o

auxílio de instrumentos são as cromatografias (cromatografia com fase

gasosa (GC), cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC),

cromatografia em camada fina (TLC), e cromatografia com fluido

supercrítico (SFC)) e as eletroforeses, especialmente a eletroforese

capilar (CE). As quantidades de analito necessárias nestas técnicas,

comumente da ordem de microgramas ou até menos, são

demasiadamente reduzidas para serem visualmente observadas. Assim,

uma boa maneira de distinguir os dois grupos de técnicas de separação é

fazer uma pergunta simples: pode o analito ser visualmente observado?

 

Em cada caso, são empregados diferentes modos de operação para realizar a

separação que, para os propósitos deste capítulo, podem ser agrupados

como métodos físicos ou como métodos químicos. Como veremos adiante,

as separações em grande escala dependem principalmente de mecanismos

físicos, enquanto as separações instrumentais baseiam-se principalmente em

mecanismos químicos. Existem, porém, numerosas exceções a essa regra

geral. Às vezes, a distinção pelos mecanismos empregados é difícil de fazer.

Assim, por exemplo, mesmo empregadas em larga escala como técnica de

separação, a extração por solvente e a troca iônica são dependentes das

interações solvente–soluto, isto é, das interações químicas. Os leitores

interessados em detalhes dos processos de separação e em uma abordagem

mais rigorosa podem recorrer, por exemplo, ao trabalho de Seader e Henley

[1].

 

6.2.1 Filtração

 

A filtração é, à primeira vista, um processo muito simples de separação de

material sólido de uma solução, feito com o auxílio de algum tipo de filtro.

Para muitas tarefas rotineiras do laboratório químico, ainda é o caso. No

entanto, quando a filtração é analisada com mais cuidado, a situação não é

tão simples como inicialmente imaginada. A distinção entre o que é sólido e

o que é líquido, embora clara do ponto de vista teórico, é mais difícil de

definir em termos práticos. Partículas de 0,1 mm de diâmetro médio ou maiores, que são visíveis a olho nu e tendem a se depositar na parte inferior

da solução, são sólidas e podem ser separadas usando papel de filtro em um

funil. As partículas de diâmetro igual a 0,3 μl, porém, são sólidas ou não?

Se usarmos papéis de filtro comum, estas partículas passarão pelos poros do

papel e, portanto, serão consideradas como parte do líquido durante o

restante do experimento.

Como a separação entre o líquido e o sólido depende do tamanho dos

poros do filtro, existe a tendência de se usar membranas com poros muito

pequenos, capazes de reter até alguns colóides e vírus. Isto, contudo, pode

levar a sérias dificuldades na etapa de separação, porque a redução do

diâmetro dos poros da membrana filtrante diminui drasticamente a

velocidade da filtração. Assim, a força da gravidade deixa geralmente de ser

suficiente para a separação em um tempo razoável. A solução, neste caso, é

aplicar uma pressão positiva no topo do vaso de filtração ou, mais

comumente, usar vácuo para fazer a sucção do líquido através do filtro.

 

6.2.2 Processos que dependem da temperatura

 

Os processos de separação que dependem de efeitos térmicos são de rotina

em laboratório, mas algumas precauções especiais podem ser necessárias

quando eles são empregados em separações analíticas. A destilação é, às

vezes, usada para este fim. Se a aparelhagem estiver em uma escala

adequada à amostra (e se estiver limpa), a destilação é uma maneira simples

de separar substâncias. A evaporação e a secagem são dois lados de um

mesmo processo — a remoção de um líquido em contato com um sólido.

Quando o analito é uma fase líquida que deve ser separada de uma matriz

sólida, pode-se usar uma aparelhagem bastante simples constituída por uma

fonte de calor e algum tipo de condensador, eventualmente com a ajuda de

um sistema de vácuo, como em um evaporador rotatório. Às vezes, o

processo é levado a cabo sob atmosfera inerte (por exemplo, sob

nitrogênio). Todavia, se o que se deseja é efetuar medidas quantitativas,

então conseguir coletar toda a fase líquida sem que a matriz sólida se

modifique com o aquecimento pode ser um problema sério. Assim, por exemplo, a avaliação do conteúdo de umidade de sólidos não é uma tarefa

trivial. A maior parte das amostras sólidas contém água, e medidas

quantitativas precisas requerem o conhecimento prévio da quantidade de

água existente no sólido ou de que ele esteja seco.

O processo de secagem escolhido depende muito de como a água está na

amostra. A água pode ser não-essencial, isto é, estar retida na matriz sólida

por forças físicas como a adsorção ou estar presa entre as partículas do

sólido ou, em outras palavras, o sólido estar molhado. A água pode, por

outro lado, fazer parte do material como, por exemplo, no caso de um

hidrato sólido como o composto CaSO 4·2H2O. A maior parte das amostras sólidas, mesmo as que não têm água em alguma das formas citadas, estão

em equilíbrio com a água da atmosfera e seu peso muda, ainda que muito

pouco, com a alteração da umidade do ambiente.

Geralmente, no caso de análises mais precisas é ainda de interesse a

padronização da umidade da amostra. Embora longe de ser um método

infalível, o procedimento mais comumente aceito é a secagem até peso

constante em 105°C ou em outra temperatura próxima. Isso significa que as

amostras podem, pelo menos, ser comparadas de uma forma padronizada.

Todavia, no caso de amostras de natureza biológica (inclusive a análise de

alimentos), o processo de aquecimento do material altera sua composição, o

que torna este método de pré-tratamento inadequado. Neste tipo de

situação, são necessários métodos mais delicados, como a homogeneização

da amostra em um liquidificador de alta velocidade para produzir uma lama

ou, ocasionalmente, a secagem sob congelamento. Em todos os casos em

que se declara a quantidade de analito presente em uma dada quantidade de

amostra (matriz), deve-se deixar bem claro como o peso total da amostra foi

determinado.

O processo da análise de vapor em espaço confinado (headspace

analysis) depende da evaporação ou, pelo menos, das diferenças de

volatilidade dos componentes da amostra. Uma porção da amostra, sólida

ou líquida, é colocada em um pequeno frasco selado, sem preenchê-lo

totalmente. A seguir, o frasco é aquecido até temperatura constante. Os

componentes voláteis da amostra passam da fase condensada para a fase gasosa acima da amostra, de onde são extraídos para a análise direta, com a