Vogel: Análise Química Quantitativa
1.6 Análise quantitativa
Comprehensive analytical chemistry; ou Fresenius e Jander, Handbuch der
analytischen Chemie; ou a consulta a um compêndio de métodos, como o
de Meites, Handbook of analytical chemistry; ou, ainda, a monografias
especializadas que tratam de determinadas técnicas ou tipos de material.
Detalhes de procedimentos recomendados para a análise de muitos
materiais são publicados por entidades oficiais, como a Sociedade
Americana de Testes e Materiais (ASTM), o Instituto Inglês de Padrões
(British Standards Institution) e a Comissão Européia. Além disso, uma
pesquisa inicial nos jornais de resumos (Analytical Abstracts, Chemical
Abstracts) dá informações adicionais sobre desenvolvimentos recentes e
sobre procedimentos analíticos específicos. Avaliações gerais de métodos e
resultados estão disponíveis em jornais de revisões, como Annual Reports
of the Chemical Society. E, finalmente, a pesquisa corrente está disponível
em jornais especializados em química analítica (The Analyst e Analytical
Chemistry).
1.6 Análise quantitativa
As principais técnicas usadas em análise quantitativa baseiam-se (a) na
reprodutibilidade de reações químicas adequadas, seja na medida das
quantidades de reagentes necessárias para completar a reação, seja na
determinação da quantidade de produto obtido na reação; (b) em medidas
elétricas apropriadas (por exemplo, potenciometria); (c) na medida de certas
propriedades espectroscópicas (por exemplo, espectros de absorção); (d) no
deslocamento característico, sob condições controladas, de uma substância
em um meio definido. Algumas vezes, dois ou mais desses princípios
podem ser usados em combinação de modo a se obter a identificação e a
quantificação (a cromatografia com fase gasosa, por exemplo, pode ser
ligada à espectrometria de massas).
O acompanhamento quantitativo das reações químicas é a base dos
métodos tradicionais ou “clássicos” da análise química: gravimetria,
titrimetria e volumetria. Na análise gravimétrica, a substância a ser
determinada é convertida em um precipitado insolúvel que é isolado e pesado. No caso especial da eletrogravimetria, faz-se a eletrólise e pesa-se
o material depositado em um dos eletrodos. Pesagens e trocas de energia
são também importantes em métodos térmicos de análise, nos quais estas
variáveis são registradas em função da temperatura. É possível, por
exemplo, estabelecer condições nas quais secar com segurança um
precipitado de uma determinação gravimétrica. Algumas técnicas comuns
registram um parâmetro em função da temperatura ou do tempo de análise.
A termogravimetria (TG) registra a mudança de peso. A análise térmica
diferencial (DTA) registra a diferença de temperatura entre a substância
que está sendo testada e um material inerte de referência. A calorimetria
diferencial de varredura (DSC) registra a energia necessária para igualar
as temperaturas de uma substância sob teste e um material de referência.
Na análise titrimétrica (às vezes chamada de análise volumétrica) trata-
se a substância a ser determinada com um reagente adequado, adicionado
na forma de uma solução padronizada, e determina-se o volume de solução
necessário para completar a reação. As reações titrimétricas comuns são a
neutralização (reações ácido–base), a complexação, a precipitação e as
reações de oxidação–redução. Na volumetria mede-se o volume de gás
desprendido ou absorvido em uma reação química.
Os métodos elétricos de análise (que não a eletrogravimetria)
compreendem a medida da variação da corrente, da voltagem ou da
resistência em função da concentração de certas espécies em solução. As
técnicas elétricas incluem a voltametria (medida da corrente que atinge um
microeletrodo sob uma voltagem específica), a coulometria (medida da
corrente e do tempo necessário para completar uma reação eletroquímica ou
para gerar material suficiente para reagir completamente com um reagente
específico) e a potenciometria (medida do potencial de um eletrodo em
equilíbrio com um íon a ser determinado).
Os métodos espectrométricos de análise dependem da medida da
quantidade de energia radiante com um determinado comprimento de onda
que é absorvida ou emitida pela amostra. Os métodos de absorção são
usualmente classificados de acordo com o comprimento de onda da luz
envolvida como espectrometria no visível, no ultravioleta ou no infravermelho. A espectrometria no visível é, às vezes, chamada de
colorimetria. Além dessas técnicas cabe mencionar o uso crescente da
espectroscopia de ressonância magnética nuclear na análise quantitativa
de compostos orgânicos.
A espectroscopia de absorção atômica envolve a atomização da
amostra, com freqüência borrifando uma solução contendo a amostra em
uma chama e estudando a absorção de radiação proveniente de uma
lâmpada elétrica que produz o espectro do elemento a ser determinado. Os
métodos turbidimétricos e nefelométricos medem quantidade de luz
retida ou espalhada por uma suspensão. Esses métodos não são estritamente
métodos de absorção mas merecem ser aqui mencionados.
Os métodos de emissão submetem a amostra a um tratamento térmico ou
elétrico que leva os átomos a estados excitados, que emitem energia. A
intensidade da energia emitida é, então, medida. Algumas das técnicas de
excitação mais comuns são a espectroscopia de emissão, em que se
submete a amostra a um plasma acoplado por indução e examina-se a luz
emitida, que pode chegar ao ultravioleta; a fotometria de chama, em que
se usa uma solução da amostra injetada em uma chama; e a fluorimetria,
em que se excita uma substância adequada em solução (comumente um
reagente metálico fluorescente) usando radiação ultravioleta ou visível.
Os métodos cromatográficos e eletroforéticos são métodos de
separação de misturas de substâncias que podem ser adaptados para a
identificação dos componentes das misturas. Os detectores modernos
permitem o uso das cromatografias e da eletroforese para determinações
quantitativas.
Na espectrometria de massas, o material a ser analisado é vaporizado
sob alto vácuo e o vapor é submetido a um feixe de elétrons de alta energia.
Muitas moléculas do vapor se fragmentam com produção de íons de
tamanho e carga variados. Esses íons são identificados por aceleração em
um campo elétrico e deflexão em um campo magnético, de acordo com sua
razão massa/carga (m/ze), detectados e registrados. Cada tipo de íon dá um
sinal no espectro de massas. Materiais inorgânicos não-voláteis podem ser
examinados por vaporização com uma descarga elétrica de alta voltagem.