Vogel: Análise Química Quantitativa

J Mendham · Capítulo 380 de 495

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Vogel: Análise Química Quantitativa

15.6 Técnica do forno de grafite

Fig. 15.4 Um queimador de mistura prévia típico

 

15.6 Técnica do forno de grafite

 

Em vez da temperatura alta de uma chama para produzir os átomos da

amostra, pode-se usar, às vezes, métodos sem chama que envolvem tubos

ou bastões de grafite eletricamente aquecidos. É a espectroscopia de

absorção atômica em forno de grafite (GFAAS).

 

O forno tubular de grafite

 

A Fig. 15.5 mostra o esquema de um forno tubular de grafite. Um cilindro

de grafite, oco, com cerca de 50 mm de comprimento e 9 mm de diâmetro

interno é colocado de modo que o feixe de radiação passe ao longo do eixo

do cilindro. O tubo de grafite é rodeado por uma camisa de metal pela qual

circula água. A camisa é separada do tubo de grafite por uma câmara de

gás, pela qual circula um gás inerte, normalmente argônio, que entra no

tubo de grafite por aberturas da parede do cilindro.

A solução da amostra (1 a 100 (μl) é introduzida no forno colocando-se a

ponta de uma micropipeta em uma abertura existente na camisa externa e

um orifício no meio do tubo de grafite. Uma corrente elétrica aquece o

cilindro de grafite até uma temperatura elevada o suficiente para evaporar o

solvente da solução. A corrente aumenta a seguir, elevando a temperatura

até cerca de 3000 K e transformando, inicialmente, a amostra em cinza e

posteriormente em vapor, com produção de átomos de metal. Para que os

resultados sejam reprodutíveis, as temperaturas e os tempos de secagem,

pirólise e atomização devem ser cuidadosamente selecionados de acordo

com o metal a ser determinado. Os sinais de absorção produzidos por este

método podem durar vários segundos e podem ser registrados graficamente

num papel. Cada tubo de grafite pode ser usado para 100 a 200 análises,

dependendo da natureza do material a ser determinado.

As principais vantagens são:

 

(a) Podem ser usadas amostras muito pequenas (até 0,5 μl).

(b) É comum não ser necessário preparar a amostra ou, então, basta apenas

um procedimento simples. Algumas amostras sólidas dispensam

dissolução prévia.

(c) Ampliação da sensibilidade: pode haver aumento da ordem de centenas

ou de milhares de vezes no limite de detecção na AAS de forno de

grafite em comparação com a AAS de chama.

Fig. 15.5 Forno de tubo de grafite

 

As desvantagens são:

 

(a) Os efeitos de absorção do ruído de fundo são normalmente mais sérios

(Seção 15.13).

(b) O analito pode ser perdido na etapa de pirólise, especialmente na

forma de substâncias voláteis, como compostos de arsênio, selênio,

telúrio e mercúrio, por exemplo.

(c) A amostra pode não ser atomizada completamente, o que pode

produzir “efeitos de memória” no forno.

(d) A precisão é mais baixa do que nos métodos de chama. A introdução

dos fornos providos de auto-amostradores, entretanto, melhorou a

precisão da AAS com forno de grafite.

 

Devido a estas desvantagens, a espectroscopia de absorção atômica de forno

de grafite (GFAAS) ganhou a reputação de ser uma técnica difícil. Os

principais problemas que ocorrem são devidos a interferências e aos níveis

elevados de ruído de fundo.

Os instrumentos modernos como, por exemplo, o analisador

eletrotérmico modelo GF90, comercializado pela Thermo-Unicam,

Cambridge, Inglaterra, têm algumas características que permitem ao

analista reduzir os erros comumente encontrados nesta técnica. Assim, por

exemplo, fornos que contêm um auto-amostrador são agora considerados

obrigatórios em GFAAS. As características de um moderno auto-

amostrador incluem a modificação automática da matriz (ver adiante), a

preparação automática das amostras, a reconcentração ou a diluição de

amostras e a auto-recalibração.

A natureza e o desenho das cubetas de grafite é de grande importância

em GFAAS. Existem vários tipos de cubetas de grafite disponíveis no

mercado. A cubeta mais comum, feita a partir de grafite eletrolítico, é

adequada para a determinação de elementos voláteis como chumbo e

cádmio. Elementos que formam carbetos estáveis como, por exemplo,

vanádio e tungstênio, e elementos de média volatilidade como, por

exemplo, níquel e cromo, exigem um forno coberto por uma camada de

grafite pirolítico. Cubetas de vida útil mais longa podem suportar taxas de

aquecimento mais rápidas e duram mais do que as cubetas de grafite

eletrolítico. Estas cubetas são usadas na determinação de elementos

refratários.

Quando ocorre a volatilização da amostra nas paredes da cubeta, o vapor

está em temperatura relativamente mais baixa do que a do forno e que muda

rapidamente. Este processo, conhecido como atomização não-isotérmica,

provoca a formação de moléculas do analito de preferência aos átomos

constituintes. A redução da concentração de átomos pode ser observada

pela depressão do sinal. Esta interferência pode ser eliminada atrasando-se a

medida do sinal de absorção até que sejam atingidas as condições

isotérmicas na plataforma de atomização. A plataforma é uma pequena

peça de grafite localizada dentro da cubeta de grafite acima da amostra. A

plataforma é aquecida principalmente por radiação das paredes da cubeta,

logo, sua temperatura cai mais lentamente do que a temperatura da parede.

A eventual vaporização e atomização da amostra acontece em temperaturas

mais elevadas, com redução da formação de moléculas de analito.