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UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO
CARACTERIZAÇÃO DE GLICERINA BRUTA ORIUNDA DA PRODUÇÃO DE BIODIESEL
E VALIDAÇÃO DE MÉTODO PARA DETERMINAÇÃO DO TEOR DE METANOL POR
CROMATOGRAFIA À GÁS
Júlio César Menezes de Oliveira
Mestrado em Química, Área de Concentração Química Analítica e Ambiental
CUIABÁ
MATO GROSSO - BRASIL
2016
i
JÚLIO CÉSAR MENEZES DE OLIVEIRA
CARACTERIZAÇÃO DE GLICERINA BRUTA ORIUNDA DA PRODUÇÃO DE BIODIESEL
E VALIDAÇÃO DE MÉTODO PARA DETERMINAÇÃO DO TEOR DE METANOL POR
CROMATOGRAFIA À GÁS
Dissertação apresentada à Universidade
Federal de Mato Grosso, como parte das
exigências do Programa de Pós-Graduação em
Química, para obtenção do título de Mestre em
Química, Área de Concentração Química
Analítica e Ambiental.
CUIABÁ MATO GROSSO - BRASIL
2016
ii
iii
JÚLIO CÉSAR MENEZES DE OLIVEIRA
CARACTERIZAÇÃO DE GLICERINA BRUTA ORIUNDA DA PRODUÇÃO DE BIODIESEL
E VALIDAÇÃO DE MÉTODO PARA DETERMINAÇÃO DO TEOR DE METANOL POR
CROMATOGRAFIA À GÁS
Dissertação apresentada à Universidade Federal de Mato Grosso, como parte das exigências do Programa de Pós-Graduação em Química, para obtenção do título de Magister Scientiae.
APROVADO em: 29 de julho de 2016
iv
Só se pode alcançar um grande êxito quando nos
mantemos fiéis a nós mesmos.
Friedrich Nietzsche.
v
AGRADECIMENTOS
Inicialmente a Deus, pela saúde e pelo amor.
Aos meus pais, pela sabedoria, pela convivência, educação e pelos exemplos de
integridade para minha vida.
Ao Prof. Dr. Ailton José Terezo, pela serenidade, perseverança e disposição na
orientação deste projeto.
Ao Prof. Dr. Evandro José da Silva por fazer parte da minha trajetória profissional na
CEANC, pelas contribuições valiosas ao trabalho e pela profícua amizade.
Ao Prof. Msc. Carbene Lopes França pelo apoio e incentivo a pesquisa.
Ao Prof. Dr. Renato Lajarim Carneiro da UFSCAR pela contribuição com o
planejamento fatorial 3³.
Aos colegas de trabalho da Central Analítica de Combustíveis, Fernando, Tirço,
Natália, Paula, Nadir,Allexandra, Rafael, Orlando, Vitor, Silvio, Antônia, Anelisse,
Gonçalo, Edileuza, Gysellen e Jéssica quefizeram parte direta ou indireta no
decorrer deste projeto.
Aos colegas da PPGQ, que estiveram presentes em todos os momentos da minha
trajetória do mestrado.
Aos professores da PPGQ, pela paciência, dedicação e sabedoria.
vi
SUMÁRIO
RESUMO ..........................................................................................................ix
ABSTRACT .......................................................................................................xi
LISTA DE FIGURAS..........................................................................................xiii
LISTA DE TABELAS..........................................................................................xv
LISTA DE ESQUEMAS....................................................................................xvii
LISTA DE ABREVIATURAS ...........................................................................xviii
1. INTRODUÇÃO .................................................................................................. 19
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ............................................................................. 20
2.1. BREVE HISTÓRICO SOBRE A GLICERINA ............................................. 20
2.2. GLICERINA e BIODIESEL ......................................................................... 21
2.3 PROPRIEDADES E APLICAÇÕES DO GLICEROL .................................. 22
2.3. DETERMINAÇÃO DE ALCOOIS RESIDUAIS POR AMOSTRAGEM
HEADSPACE ............................................................................................. 29
2.4. VALIDAÇÃO DE MÉTODOS ANALÍTICOS ................................................ 33
3. OBJETIVOS ...................................................................................................... 41
3.1. OBJETIVO GERAL ..................................................................................... 41
3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ...................................................................... 41
4. PARTE EXPERIMENTAL ................................................................................. 42
4.1. COLETA DAS AMOSTRAS DE GLICERINA BRUTA ................................ 42
4.2. CARACTERIZAÇÃO QUÍMICA PARCIAL DAS AMOSTRAS DE
GLICERINA BRUTA ................................................................................... 42
4.3. DESENVOLVIMENTO DO MÉTODO PARA QUANTIFICAÇÃO DO TEOR
DE METANOL POR CROMATOGRAFIA À GÁS ....................................... 46
4.3.1. Método com sobreposição de matriz ............................................ 47
4.3.2. Método com matriz mimetizada .................................................... 48
5. RESULTADOS E DISCUSSÃO ........................................................................ 56
5.1. COMPOSIÇÃO QUÍMICA PARCIAL DE GLICERINA BRUTA ................... 56
vii
5.2. DESENVOLVIMENTO DO MÉTODO PARA QUANTIFICAÇÃO DO TEOR
DE METANOL POR CROMATOGRAFIA À GÁS ....................................... 60
5.2.1. Teste do método com sobreposição de matriz ............................. 60
5.2.2. Desenvolvimento e validação do método com matriz mimetizada
......................................................................................................62
5.3. APLICAÇÃO DO MÉTODO NA ANÁLISE DOS TEORES DE METANOL
NAS AMOSTRAS DE GLICERINA BRUTA ................................................ 74
6. CONCLUSÕES ................................................................................................. 76
7. SUGESTÕES DE TRABALHOS FUTUROS ..................................................... 77
8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................................. 78
9. TRATAMENTOS DE RESÍDUOS ..................................................................... 83
10. ANEXOS ........................................................................................................... 84
10.1. CERTIFICADO DE CALIBRAÇÃO RBC DA BALANÇA ............................. 84
10.2. CERTIFICADO DE CALIBRAÇÃO RBC DA BURETA ............................... 85
10.3. ESTUDO DE REPETIVIDADE E PRECISÃO INTERMEDIÁRIA PARA O
MÉTODO DE MATRIZ MIMETIZADA ........................................................ 86
10.4. PLANILHAS DE INCERTEZA DE MEDIÇÃO DO PREPARO DE
SOLUÇÕES PADRÃO PARA CURVA DE BAIXA CONCENTRAÇÃO ...... 88
10.5. PLANILHAS DE INCERTEZA DE MEDIÇÃO PARA DO PREPARO DE
SOLUÇÕES PADRÃO PARA CURVA DE ALTA CONCENTRAÇÃO ........ 93
10.6. PLANILHA DE INCERTEZA DE MEDIÇÃO PARA O MÉTODO DE MATRIZ
MIMETIZADA ............................................................................................. 99
viii
RESUMO
OLIVEIRA, Júlio César Menezes de, M.S., Universidade Federal de Mato Grosso.
Março, 2014. CARACTERIZAÇÃO DE GLICERINA BRUTA ORIUNDA DA PRODUÇÃO
DE BIODIESEL E VALIDAÇÃO DE MÉTODO PARA DETERMINAÇÃO DO TEOR DE
METANOL POR CROMATOGRAFIA À GÁS. Orientador: Ailton José Terezo.
O presente trabalho teve o objetivo de caracterizar a glicerina bruta oriunda da
produção de biodiesel e validar um método para determinação de metanol na
glicerina bruta empregando cromatografia à gás. Inicialmente, dez amostras de
glicerina bruta foram caracterizadas por ensaios de aspecto e cor, determinação dos
teores de glicerol, cloretos, água, cinzas sulfatadas e total de óleos e gorduras. A
coloração foi amarelada e amarronzada. O aspecto límpido e isento de impurezas a
turvo com impurezas foi observado. O teor de glicerol variou de 34 a 64 % (m/m), o
teor de cloreto encontrado foi de 0,3 a 6,0 % (m/m), o teor de águas nas amostras
esteve na faixa de 0,2 a 19,0 % (m/m), o teor de cinzas sulfatadas quantificado foi de
3,5 a 8,0 % (m/m) e o teor de óleos e gorduras foi de 0,2 a 5,0 % (m/m). Para o
desenvolvimento da método para quantificação do metanol, inicialmente foi testada a
norma EN14110:2003 da quantificação de metanol em biodiesel, porém os ensaios
de recuperação apresentaram valores de 15,3 e 17,0 % de recuperação,
respectivamente, para os níveis de fortificação baixo e alto. Desta forma, investigou-
se um método com matriz mimetizada onde, inicialmente, as variáveis de
amostragem headspace (temperatura, tempo e volume da alíquota) foram
otimizadas por meio de um planejamento fatorial 3³. A partir dos resultados deste
planejamento, foi gerada a superfície de resposta a partir do modelo matemático
encontrado. O sinal otimizado foi obtido com temperatura de equilíbrio de 80 ºC,
tempo de equilíbrio de 12 minutos, para alíquota de 500 µL de fase vapor. Esta
condição otimizada foi adotada para a construção das curvas analíticas de baixa e
alta concentração obtendo-se r² de 0,97919 e 0,99931, respectivamente. O LD foi de
0,000301 e o LQ de 0,000362 % (m/m), respectivamente. Neste método, os ensaios
de recuperação para as amostras A2, B3 e D1 mostraram-se satisfatórios sendo
obtidos valores entre 80 a 102 %. A exatidão foi avaliada a partir dos resultados do
ix
teor de metanol nas amostras B3 e D1, obtidos pelos métodos de matriz mimetizada,
em comparação com os resultados obtidos no método de adição padrão. A exatidão
foi de 1,6 % e 0,1 % para as amostras B3 e D1, respectivamente. A repetitividade do
método foi de 0,003 %(m/m), 0,051 % (m/m) e 0,262 % (m/m) para as faixas de
baixa, média e alta concentração de metanol, respectivamente. Já a precisão
intermediária foi de 0,006 % (m/m), 0,0058 % (m/m) e 0,297 % (m/m) para as faixas
de concentração citadas anteriormente. A incerteza de medição estimada (k=2 e
95% probabilidade) foi de 0.0046 % (m/m) para faixa de 0 a 0.5 % (m/m),
0,12 % (m/m) para faixa de 0,50 % (m/m) a 10,00 % (m/m) para os ensaios sem
diluição e de 0,15 % (m/m) para amostras diluídas e concentração acima de 10,00 %
(m/m). Os testes de robustez asseguram que o método está apto para ser
empregado nas condições estabelecidas. O método da matriz mimetizada foi
empregado para a determinação do teor de metanol nas dez amostras de glicerina
bruta e os valores variaram entre 0.0087 e 20,04 % (m/m) de metanol. Dentre as dez
amostras estudadas, cinco apresentaram teor de metanol acima de 0.15 %(m/m)
que é o limite estabelecido do pela legislação brasileira (MAPA – Ministério da
Agricultura, Pecuária e Abastecimento) para uso na suplementação da ração animal.
Palavras chave: glicerina, metanol e validação de método
x
ABSTRACT
OLIVEIRA, Júlio César Menezes de Oliveira, M.S., Universidade Federal de Mato
Grosso. March, 2014. CARACTERIZATION OF CRUDE GLYCERIN FROM
BIODIESEL PRODUCTIONAND VALIDATION OF ANALYTICAL METHOD FOR
THE DETERMINATION OF METHANOL CONTENT BY GAS CROMATOGRAPHY.
Advisor: Ailton José Terezo.
This work aimed to characterize crude glycerin from biodiesel production and to
validate a method for determination of methanol in crude glycerin by means of gas
chromatography. Firstly, ten crude glycerin samples were characterized by
appearance and color tests and by determination of glycerol, chlorides, water,
sulphated ash and fats and oils contents. The color was yellowish and brownish. The
appearance from clear and free of impurities to cloudy with impurities was observed.
The glycerol content ranged between 34 and 64 % (w/w), the chloride content found
was 0.3 to 6.0 % (w/w), water content in the samples was in the range from 0.2 to
19.0 % (w/w), sulphated ash content measured was 3.5 and 8.0 % (w/w) content of
oils and fats was 0.2 to 5.0 % (w/w). To develop the method for quantification of
methanol, initially the EN14110:2003 standard for determination of methanol in
biodiesel was tested, however the recovery assays were of 15.3 and 17.0 %,
respectively, for low and high levels of fortification. Therefore, a method with
mimicking matrix was developed where initially the headspace sampling variables
(temperature, time and sample size) were optimized using a 3³ factorial design. From
the results of factorial design, the response surface was generated from the
quadratic model found. The optimized condition was obtained with the equilibrium
temperature of 80 °C and the equilibrium time of 12 minutes for an injection volume
of 500 µL of vapor phase. This optimized condition was adopted for the construction
of standard curves for low and high concentration yielding r² of 0.97919 and 0.99931,
respectively. The LD was 0.000301 % (w/w) and the LQ was 0.000362 % (w/w) ,
respectively. In this method, recovery tests for samples A2, B3, D1 were satisfactory
and values obtained were between 80 and 102 %. The accuracy was assessed by
comparing the results of the methanol content of B3 and D1 samples obtained by the
xi
methods of matrix mimicked and standard addition, relative errors of 1.6 and 0.1%
being observed. The repeatability was 0.003 % (w/w), 0.051 % (w/w) and 0.262 %
(w/w) for low, medium and high concentration of methanol, respectively.
Nevertheless, intermediate precision was 0.006 % (w/w), 0.0058 %(m/m) and 0.297
% (w/w) for concentration ranges listed above. The estimated uncertainty of
measurement (k = 2, and 95% probability) was 0.0046 % (w/w) in the range 0 to 0.5
% (w/w) and 0.12 % (w/w) for the range 0.50 % (w/w) to 10.00 % (w/w) with no
dilution) and 0.15 % (m/m) for concentration above 10.00 % (w/w) and dilution.
Robustness tests ensure that the method is able to be used under the conditions
prescribed. Therefore, the method mimicking matrix was used for the determination
of methanol in ten samples of crude glycerin and the values ranged from 0.0087 and
20.04 % (w/w). Among the ten samples studied, five crude glycerin samples showed
methanol content above 0.1500 % (w/w), which is the limit set by the Brazilian
Legislation (MAPA - Ministry of Agriculture, Livestock and Supply) for use in animal
feed supplementation.
Keywords: Crude Glycerin, methanol and validation method.
xii
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – Produção estimada de glicerina bruta oriunda da produção de biodiesel
(2005 – 2015) ............................................................................................. 22
Figura 2 – Tipos de glicerinas oriundas da produção de biodiesel ............................ 23
Figura 3 – Emprego do glicerol em diversos segmentos industriais no mercado
brasileiro referente ao ano de 2011. ........................................................... 24
Figura 4 – Levantamento de publicações cientifica que referenciam o tema glicerina
bruta na base de dados Web of Science no período de 2010 a jun/2016. . 26
Figura 5 - Diagrama de Ishikawa para avaliação das principais fontes de incerteza
para quantificação de metanol pelo método de mimetização de matriz ..... 52
Figura 6 - Fotos das amostras de glicerina para o ensaio de cor aparente e aspecto
visual. A1: cor amarelada e aspecto límpidoisento de impurezas; A2: cor
amarelada e aspecto límpido com de impurezas; A3: cor amarelada e
aspecto límpido com de impurezas; B1: cor amarronzada e aspecto
límpido isento de impurezas; B2: cor amarronzada e aspecto límpido
isento de impurezas; B3: cor amarelada e aspecto turvo isento de
impurezas; C1: cor amarelada e aspecto turvo isento de impurezas; C2:
cor acastanhada e aspecto límpido isento de impurezas; D1: cor
amarronzada e aspecto turvo com impurezas; D2: cor amarronzada e
aspecto turvo com impurezas. .................................................................... 58
Figura 7 - Cromatograma obtido da amostra de glicerina bruta A1 a partir das
condições cromatográficas especificadas da norma européia
EN14110:2003. ........................................................................................... 60
Figura 8 - Curva analítica obtida para a quantificação do metanol em glicerina bruta
a partirdo método EN14110:2003. .............................................................. 61
Figura 9 - Cromatogramas para vinte e sete réplicas do experimento fatorial 3³ a
partir da leitura da solução padrão de 10 %(m/m) ...................................... 63
Figura 10 – Planejamento fatorial fracionado com composto central do planejamento
fatorial completo 3³ no método de mimetização de matriz. T = Temperatura
de equilíbrio e P = tempo de equilíbrio ....................................................... 66
xiii
Figura 11 - Superfície de resposta das condições otimizadas da amostragem
headspacedo metanol para o método com matriz mimetizada. T =
Temperatura de equilíbrio e P = tempo de equilíbrio .................................. 67
Figura 12 - Curvas analíticas para o método de calibração externa com matriz
mimetizada. (a) Curva analítica na faixa de baixa concentração e (b) Curva
analítica na faixa de alta concentração ...................................................... 68
Figura 13 - Curva analítica obtida pelo método de adição padrão da amostra B3(a) e
D1(b) a partir das condições de amostragem headspace de temperatura de
equilíbrio de 80 ºC, tempo de equilíbrio de 12 minutos e fase vapor de 500
µL. .............................................................................................................. 70
xiv
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Características físico-químicas do glicerol ............................................... 24
Tabela 2 - Metodologias analíticas utilizadas para a caracterização do perfil físico-
químico de glicerina bruta oriunda da produção do biodiesel ................... 25
Tabela 3 – Métodos de cromatografia à gás acoplada com headspace para
determinação de analitos voláteis em diversas matrizes complexas ....... 29
Tabela 4 - Distribuições de probabilidade frequentemente aplicadas na estimativa da
incerteza de medição na avaliação dos dados de entrada ....................... 37
Tabela 5 - Coleta, codificação das amostras de glicerina e matéria prima utilizada na
produção do biodiesel .............................................................................. 42
Tabela 6 – Condições cromatográficas utilizadas na quantificação do metanol de
acordo com a norma EN14110:2003 ........................................................ 47
Tabela 7 – Distribuição completa dos fatores e dos níveis do planejamento fatorial 3³
empregado no método com matriz mimetizada ........................................ 49
Tabela 8 - Matriz de experimentos no planejamento fatorial 3³ da amostragem
headspace para o método com matriz mimetizada. ................................. 49
Tabela 9 - Delineamento experimental para avaliação da robustez do método de
matriz mimetizada .................................................................................... 50
Tabela 10 - Fontes de incerteza e tipo de distribuição de probabilidade das para a
metodologia de determinação do teor de metanol pelo método de matriz
mimetizada. .............................................................................................. 53
Tabela 11 - Perfil químico determinado das amostras de glicerinas brutas estudadas
................................................................................................................. 56
Tabela 12 – Resultados obtidos para os ensaios de recuperação a partir da amostra
A1 utilizando o método EN14110:2003 .................................................... 61
Tabela 13 - Matriz de coeficientes e resposta do planejamento fatorial 3³ no método
com matriz mimetizada ............................................................................. 65
Tabela 14- Coeficientes do modelo matemático obtido a partir do planejamento
fatorial total 3³ no método com matriz mimetizada ................................... 65
Tabela 15- Resultados obtidos a partir da solução do branco para quantificação do
LD e LQ no método com matriz mimetizada ............................................ 68
xv
Tabela 16- Resultados do ensaio de recuperação para amostras A2, B3 e D1 com
dois níveis de fortificação utilizando o método com matriz mimetizada .... 69
Tabela 17 - Estudo de robustez para avaliação de diferentes curvas analíticas de
baixa concentração em um espaço de tempo de 3 meses com as mesmas
soluções padrão para o método de matriz mimetizada ............................ 71
Tabela 18 - Estudo de robustez para avaliação de diferentes curvas analíticas de
alta concentração em um espaço de tempo de 3 meses com as mesmas
soluções padrão para o método de matriz mimetizada ............................ 71
Tabela 19 - Estudo de robustez para avaliação na quantificação do teor de metanol
na amostra de glicerina B3 em diferentes curvas analíticas para baixa e
alta concentração no período de três meses. ........................................... 72
Tabela 20 - Estudo de robustez para avaliação da variação de massa de amostra na
quantificação do teor de metanol na amostra de glicerina B3 em curva
analítica de alta concentração pelo método de matriz mimetizada. ......... 72
Tabela 21 – Estudo de robustez para avaliação de diferentes fatores de diluição da
amostra na quantificação do teor de metanol da amostra de glicerina D1
em curva analítica de alta concentração pelo método de matriz
mimetizada. .............................................................................................. 73
Tabela 22 – Resultados dos teores de metanol nas amostras de glicerina bruta pela
curva de baixa e alta concentração do método de mimetização de matriz
................................................................................................................. 75
xvi
LISTA DE ESQUEMAS
Esquema I - Fluxograma de reações químicas para a produção, em escala industrial,
de glicerol a partir do hidrocarboneto propeno. ................................ 20
Esquema II - Reação simplificada da transesterificação do triacilglicerídeo com um
álcool na presença de catalisador para a produção de misturas de
ésteres e glicerol. ............................................................................. 21
Esquema III - Reação de produção de ácido fórmico e formaldeído a partir do glicerol
e metaperiodato de sódio. ................................................................ 45
xvii
LISTA DE ABREVIATURAS
ABNT
ACS
AGL
ANOVA
Associação Brasileira de Normas Técnicas
Grau de pureza American Chemical Society
Ácidos Graxos Livres
Análise de Variância
ANP Agência Nacional de Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis
ANVISA
ANTT
AOCS
Agência Nacional de Vigilância Sanitária
Agência Nacional de Transportes Terrestres
American Oi Chemists’ Society
ASTM
B100
CG-FID
American Society for Testing and Materials
Biodiesel
Cromatografia Gasosa com Detecção de Ionização em Chama (Gas Chromatography with Flame Ionization Detector)
CNPE
FDA INMETRO LCL
Conselho Nacional de Política Energética
Food and Drug Administration
Instituto Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial. Limite Inferior de Controle
MAPA
MONG
OAD
OSD
RBC
TA
TC
TCS
TG
TOG
UCL
Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento.
Compostos não glicerinosos
Óleo de algodão degomado
Óleo de soja degomado
Rede Brasileira de calibração
Teor de água
Teor de cloreto
Teor de cinzas sulfatadas
Teor de glicerol
Teor de óleos e gorduras totais
Limite superior de controle
19
1. INTRODUÇÃO
No Brasil o transporte de insumos e produtos acabados ocorre
majoritariamente por rodovias terrestres e a frota de veículos é expressivamente de
motores do ciclo diesel que utilizam o óleo diesel B, composto por um percentual de
biodiesel (CNPE, 2009). A Lei n. 13033/2014 estabeleceu o percentual de 8 %(v/v)
de adição compulsória de biodiesel ao diesel de petróleo, desde 25 de setembro de
2015 (BRASIL, 2014). A produção de biodiesel ocorre principalmente pela catálise
metílica-alcalina e que de uma maneira geral, resulta em cerca de 10% em volume
de glicerina como co-produto da reação. Em 2015, a produção de biodiesel foi cerca
de 4 milhões de m³ e, consequentemente, resultou na geração de aproximadamente
de 400.000 m³ de glicerina bruta, demonstrando uma grande disponibilidade deste
subproduto no mercado nacional (ANP,2016).
A glicerina pode ser destinada a várias aplicações e, portanto, sua
caracterização química se torna imprescindível (ZHOU et al., 2007; PAGLIARI e
ROSSI, 2008; MOTA et al., 2009; BEATRIZ et al., 2011). A glicerina bruta é uma
mistura de glicerol, água, álcool, sais inorgânicos (residual da lavagem,
neutralização e catalisador), ácidos graxos livres, monoacilglicerídeos,
diacilglicerídeos, triglicerídeo, biodiesel e uma variedade de compostos não-
glicerinosos (MONG) (PAGLIARI e ROSSI, 2008).
Dentre os constituintes, o residual de metanol limita o uso da matéria bruta
para aplicações de suplemento da ração animal, cosméticos e higiene pessoal
(GUERRA, 2010). Em função da toxicidade, o Ministério da Agricultura, Pecuária e
Abastecimento (MAPA) estabeleceu que a glicerina bruta na formulação da ração
animal deve possuir máximo de 0.1500 %(m/m) de metanol, mínimo de 80 % (m/m)
de glicerol e máximo de 8 %(m/m) de matéria mineral (MAPA, 2014). Porém, o
decreto do MAPA não indica um método oficial para a quantificação do teor de
metanol, em parte devido à falta dedados técnicos e trabalhos científicos publicados
na literatura para tal finalidade, até o momento.
Neste contexto, o presente trabalho propõe caracterizar o perfil químico
parcial de amostras de glicerina bruta provenientes da produção de biodiesel em
indústrias instaladas no Estado de Mato Grosso, bem como desenvolver e validar
um método para determinação do teor de metanol por cromatografia à gás.
20
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1. BREVE HISTÓRICO SOBRE A GLICERINA
Na antiguidade, o homem verificou que ao aquecer gorduras cruas na
presença de cinzas produziu-se o sabão e uma mistura glicerinosa (HUNT, 1999).
No século XVIII, o químico sueco Carl Wilhelm Scheele, isolou uma fase líquida
transparente e viscosa, denominada “o princípio doce das gorduras”, por meio do
aquecimento do óleo de oliva sob a presença de óxido de chumbo(II) (KNOTHE et
al., 2006). Da era moderna até o fim da segunda guerra mundial, a produção de
glicerina era realizada pelo método clássico da saponificação ou hidrólise de
matérias graxas e oleaginosas e a glicerina (mistura de glicerol e outros compostos)
gerada pela saponificação/hidrólise era purificada e utilizada como matéria-prima
para a produção de nitroglicerina na indústria bélica. Com o aumento da demanda
por esta matéria-prima pela indústria bélica como também na indústria cosmética e
de higiene pessoal, desenvolveu-se em 1949, um novo método de produção de
glicerina a partir do propeno (Esquema I).
Esquema I – Fluxograma de reações químicas para a produção, em escala industrial, de glicerol a
partir do hidrocarboneto propeno.
Fonte: BEATRIZ et al., 2011
21
2.2. GLICERINA E BIODIESEL
Em 1970, na Alemanha, as pesquisas estavam focadas na produção do
biodiesel, oriundo da reação de transesterificação do óleo de colza com metanol na
presença de catalisadores básicos. Desde então, a utilização do biodiesel como
fonte energética veio sendo paulatinamente incorporada no cenário mundial.
No Brasil, desde 1980 o biodiesel foi abordado em alguns estudos científicos
que apontavam a viabilidade técnica da produção deste biocombustível a partir de
diversas matérias-primas (PARENTE,2003), e somente em 2005, estabeleceu-se o
Programa Nacional do Biodiesel e atribui-se à Agência Nacional de Petróleo Gás,
Natural e Biocombustíveis (ANP), regular e fiscalizar as atividades relativas à
produção, controle de qualidade, distribuição, revenda e comercialização deste
biocombustível (BRASIL, 2005; ANP, 2016).
O biodiesel, mistura de ésteres, é um biocombustível produzido a partir da
reação de transesterificação de óleos vegetais ou gorduras animais com alcoóis de
cadeia curta na presença de um catalisador (Esquema II).
Esquema II - Reação simplificada da transesterificação do triacilglicerídeo com um álcool na presença
de catalisador para a produção de misturas de ésteres e glicerol.
Fonte: GERIS et al., 2007.
Atualmente a maior fonte de glicerina bruta, no mercado interno e externo, é
oriunda da produção do biodiesel via transesterificação clássica de óleos e gorduras
na presença de catalisador básico. Portanto, o valor de mercado deste insumo tende
a ser menor em virtude da grande oferta, da baixa pureza e da insuficiente demanda
cativa solidificada, inviabilizando a concorrência competitiva do mercado para fontes
de glicerina oriundas do processo térmico de haloidrina de propileno. Muitas
22
unidades fabris encerraram suas atividades pelo processo termal e a atualmente
glicerina de origem sintética representa menos de 10% da produção global
(KNOTHE et al., 2006).
O mercado nacional tem tido uma ascendente oferta de glicerina bruta
oriunda da produção de biodiesel (Figura 1). A estimativa é de que no ano de 2015 o
volume tenha chegado a 400.000 m3, acarretado abundância desta matéria-prima,
sob preços irrisórios. Portanto, essa situação se torna um desafio para as usinas,
visando uma destinação final econômica e ambientalmente viável para a glicerina
bruta.
Figura 1 – Produção estimada de glicerina bruta oriunda da produção de biodiesel (2005 – 2015)
Fonte: ANP, 2016
2.3 PROPRIEDADES E APLICAÇÕES DO GLICEROL
O composto glicerol é denominado pela IUPAC como 1,2,3-propanotriol. Por
outro lado, a glicerina é definida como uma mistura contendo o glicerol e impurezas,
tais como, água, metanol, cloreto, sais inorgânicos, biodiesel, óleos/gorduras e
residuais do processo produtivo. Tipicamente, encontram-se nas indústrias de
biodiesel do país, glicerinas brutas com teor de glicerol de 40-80 % (m/m), teor de
água de 0,1-80 % (m/m), teor de álcool de 0,0-12 % (m/m), teor de sais inorgânicos
de 0,1-5,0 % (m/m) e teor de biodiesel de 1 % (m/m) (BIODIESELBR, 2012). Já a
23
glicerina loira, a glicerina grau técnico e a glicerina grau USP possuem
respectivamente, 70-80 % (m/m), 95,5-99,0 %(m/m) e 99,5 – 99,99 % (m/m) de teor
mínimo de glicerol (PAGLIARO e ROSSI, 2008). Na Figura 2 estão mostradas as
fotos de glicerinas brutas, loira e grau USP a título de ilustração.
Figura 2 – Tipos de glicerinas oriundas da produção de biodiesel
Glicerina Bruta Glicerina loira Glicerina Grau USP
Fonte: PAGLIARO e ROSSI, 2008
Os grupos OH presentes no glicerol são responsáveis pelo caráter polar, pela
elevada solubilidade em água e alcoóis e pela baixa solubilidade em benzeno. O
glicerol puro é um líquido incolor, inodoro e altamente viscoso à temperatura
ambiente em virtude das fortes interações de pontes de hidrogênio intra e
intermolecular. Outras características físico-químicas do glicerol são apresentadas
na Tabela 1. O ponto de fulgor do glicerol puro é 199 ºC e, portanto o produto é
classificado como seguro para o manuseio, transporte e armazenamento (ANTT,
2004). Porém, na glicerina bruta, oriunda da produção do biodiesel, este parâmetro
pode ser diretamente dependente de eventual contaminação residual do álcool
empregado. Há relatos na literatura, que o residual de álcool em biodiesel de
24
diferentes oleaginosas e misturas de biodiesel de soja e sebo afeta diretamente o
ponto de fulgor do produto final. Sendo que 0,7 % (v/v) deste contaminante no
biodiesel ocasiona um abaixamento abrupto do ponto de fulgor de 160 ºC para
39 ºC, assim este se enquadraria na legislação como líquido inflamável classe 3 e
semelhante ao óleo diesel B5 (BOOG et al., 2011; COUTO et al., 2011; ANTT,
2004).
Tabela 1- Características físico-químicas do glicerol
Características Especificações
Massa específica a 20 ºC 1263,3 kg/m³
Ponto de fusão a 101,325 kPa 18 ºC Ponto de ebulição a 101,325 kPa 320 ºC Pressão de vapor a 100 ºC 26 Pa Acidez (pKa) a 25 ºC 14,4 Condutividade Térmica 100 ºC 0,296 W m-1K-1 Índice de refração a 25 ºC (589nm) 1,4735 Viscosidade absoluta a 25 ºC 1,4 Pa.s-1 Capacidade calorífica molar a 25 ºC 218,8 J mol-1 K-1 Entalpia padrão de combustão a 25 ºC 1655,4 kJ mol-1 Ponto de fulgor Pensky Martens 199 ºC
Fonte: LIDE, 2007
Tradicionalmente, o glicerol possui um mercado consolidado nos gêneros
alimentícios, farmacêuticos, produtos de higiene pessoal, poliéter/polióis, resinas
alquídicas, nitroglicerina, triacetina, detergentes, dentre outros, como uma matéria-
prima ou como um aditivo (Figura 3).
Figura 3 – Emprego do glicerol em diversos segmentos industriais no mercado brasileiro referente ao ano de 2011.
Fonte: BEATRIZ et al., 2011.
25
Uma importante aplicação industrial do glicerol está associada ao seu efeito
umectante, ou seja, a sua facilidade de retenção de água, que por sua vez,
proporciona uma suavidade à textura dos produtos formulados com esta matéria-
prima. Já como um aditivo alimentar tem a finalidade de prolongar o tempo de
validade do produto (ANVISA, 1999).
Entretanto, a baixa qualidade das glicerinas brutas, aliada aos elevados
custos de purificação do produto, acarretam diversas restrições na indústria da
gliceroquímica e inviabilizam o potencial de aproveitamento no mercado interno e
externo. Com isso, novas pesquisas para a utilização da glicerina bruta in natura,
bem como, o desenvolvimento de rotas tecnológicas de purificação mais acessíveis
e que atendam os princípios da química verde estão sendo divulgadas na
comunidade acadêmica (PLAGIARI & ROSSI, 2008 ; BEATRIZ et al., 2011; MOTA et
al., 2009).
A classificação dos diversos tipos de glicerina no mercado está basicamente
relacionada ao seu teor de glicerol. A glicerina loira, comumente denominada nas
usinas de biodiesel, possui uma cor intensa de tom amarelado a marrom escuro, em
virtude da elevada quantidade de impurezas remanescentes da transesterificação.
Para caracterizar este co-produto podem ser empregadas algumas metodologias
analíticas normatizadas e trabalhos da literatura conforme apresentados na Tabela
2.
Tabela 2 - Metodologias analíticas utilizadas para a caracterização do perfil físico-químico de glicerina
bruta oriunda da produção do biodiesel
Parâmetro Metodologia Referências Cloreto, % (m/m) Titulometria de Mohr NOGUEIRA et al., 2012 Sódio, % (m/m) Fotometria de chama NOGUEIRA et al., 2013 MONG, % (m/m) Cálculo matemático ISO 2464 Glicerol, % (m/m) Titulação oxi-redox AOCS Ea 6-94 e ASTM D7637-10 Acidez, % AGL Titulação ácido-base AOCS Cd3d-63 Ácidos graxos e ésteres, %(m/m)
Gravimetria ASTM D 7638-10
Massa específica relativa, kg/m³
Densitometria digital ASTM D 4052AOCS Ea 7-95
Valor de Acidez, mg KOH/g Titulação ácido-base ASTM D 1613 Cor Comparação visual ASTM D 1209 Cinzas sulfatadas, % (m/m) Gravimetria ASTM D 1258, FERNANDES et al., 2011 Teor de água, %(m/m) Titulação
Coulométrica de Karl Fischer
AOCS Ea 8-58
Fonte: Produção do próprio autor.
26
Nem todos os parâmetros passíveis de monitoramento e da certificação da
glicerina bruta possuem métodos oficiais em uso. Dentre estes podemos citar o
residual de álcool, teor de cinzas, a viscosidade cinemática, teor de biodiesel, teor
de monoacilglicerídeos e diacilglicerídeos, bem como as propriedades de
viscosidade cinemática, ponto de fulgor e o pH.
De acordo com a base de dados Web of Science, no período de 2010-
jun/2016 foram divulgados 259 artigos de cunho científico relacionados com a
glicerina bruta. Destes, as principais linhas de estudo estão focadas na catálise e
purificação da glicerina bruta, nas novas aplicações em suplementação alimentar de
ruminantes, cordeiros, ovinos, suínos, poedeiras, carneiros e na produção de biogás
(Figura 4).
Figura 4 – Levantamento de publicações cientifica que referenciam o tema glicerina bruta na base de
dados Web of Science no período de 2010 a jun/2016.
Fonte: Produção do próprio autor
No Brasil, o uso de glicerina bruta como fonte energética para a
suplementação alimentar é uma realidade pujante e isto é ressaltado com uma
varredura no banco de teses da CAPES no período de 2010 a junho de 2016 sobre
27
o tema glicerina bruta, onde cerca 28 % das publicações estão relacionados com o
uso de glicerina in natura em diferentes concentrações na ração animal.
Estas pesquisas também foram impulsionadas pelo Ministério da Agricultura,
Pecuária e Abastecimento (MAPA), quando este órgão federal outorgou em maio de
2010, a homologação da glicerina bruta como matéria-prima para a formulação da
ração animal dentro das seguintes especificações: mínimo de 80 % (m/m) de
glicerol, máximo de 0.1500 %(m/m) de metanol e máximo de 8 % (m/m) de matéria
mineral (MAPA,2014).A intoxicação por metanol em animais é identificada pela
excreção de ácido fórmico na urina. O metanol ingerido é oxidado no fígado a
formaldeído e este a ácido fórmico. O ácido fórmico é a substância tóxica e quando
em quantidades elevadas, pode causar cegueira pela destruição do nervo ótico,
acidose metabólica, vômito, alteração motora e alterações no sistema nervoso
central. Todavia, na indústria de biodiesel, a glicerina bruta passa por uma etapa
unitária de destilação, onde o metanol presente é retirado do produto e
posteriormente, reutilizado no processo de transesterificação (SOUZA, 2012). Ao
contrário do Brasil, os padrões de qualidade definidos pela FDA (Food and Drug
Administration) e União Europeia (EU) limitam o teor de metanol em 0.0150 %(m/m)
na glicerina bruta para suplemento de ração animal.
Na literatura há relatos da utilização de glicerina bruta em diversas
proporções na formulação da ração animal para aves, suínos, cordeiros e bovinos.
Guerra (2010) trabalhou com a dosagem de até 10 %(m/m) de glicerina bruta
proveniente da produção de biodiesel na formulação da ração animal para frangos
de corte e verificou-se que a partir da adição 5 %(m/m) há aumento significativo
consumo de ração, conversão alimentar e ganho de peso. Porém, não foi relatado
como foi quantificado o teor de metanol nas amostras de glicerina bruta utilizadas
nos experimentos.
Lage et al.(2010) utilizaram uma glicerina bruta de composição química de
36,20 % (m/m) de glicerol, 8,66 % (m/m) de metanol, 46,48 % (m/m) de ácidos
graxos, 6,20 % (m/m) de água, 0,41 % (m/m) de proteína bruta e 2,05 % (m/m) de
matéria mineral nos experimentos com adição de 3 % (m/m) de glicerina bruta na
ração animal de cordeiros confinados. O teor de metanol foi apresentado, no
entanto, não especificou-se o método empregado para determinação do analito.
28
Monnerat (2012) realizou estudos utilizando até 20 % (m/m) glicerina bruta na
dieta de bovinos cruzados de corte em terminação. O perfil químico da glicerina
bruta relatado foi 80,55 % (m/m) de glicerol, 10,54 % (m/m) de umidade, 9,01
% (m/m) de material mineral e 0,016 % (m/m) de metanol. A concentração de
metanol e glicerol foram determinadas por cromatografia gasosa com injeção de 1
µL de amostra em coluna capilar Carbowax e detecção em FID com comparação ao
tempo de retenção de um padrão. Não há quaisquer menções sobre a validação
deste procedimento de quantificação do metanol empregado no trabalho.
Rocha et al. (2016) delinearam diversos experimentos com variação de 0 a
6,0 % (m/m) de glicerina bruta em rações para leitões na fase de creche. Não foi
apresentada nenhuma informação referente a qualidade da glicerina bruta
empregada. Alguns animais apresentaram sintomas de diarréia podendo-se estar
relacionado com intoxicação com o metanol remanescente da glicerina já que este
dado não foi divulgado.
Melo (2012) estudou a viabilidade da glicerina bruta em proporções entre
5 % (m/m) e 20 % (m/m) na alimentação de suínos em terminação. A glicerina bruta
foi analisada por um laboratório particular onde os resultados encontrados foram:
glicerol 83,12 % (m/m), metanol 0,02 % (m/m), água 11,12 % (m/m) e cinzas 6,06
%(m/m). Não foi apontado o método utilizado na quantificação do metanol.
Zacoroni (2010) realizou um estudo de substituição do milho por glicerina
bruta na dieta de vacas leiteiras. A glicerina bruta utilizada continha 76,2 % (m/m) de
glicerol, 6,3 % (m/m) de umidade, 0,88 % (m/m) de metanol. A norma
EN14110:2003, específica para matriz biodiesel, foi adotada como método para
quantificar o teor metanol.
Diante disso, verifica-se que a concentração de metanol apresentada nos
trabalhos científicos em suplementação animal não detalha o método empregado.
Portanto, a confiabilidade metrológica do resultado analítico pode estar
comprometida, gerando teores de metanol subestimados. Nesta situação, pode
ocorrer a intoxicação e, até mesmo a morte de animais submetidos a dietas com
suplementação de glicerina bruta contaminada com de metanol acima da legislação
vigente do MAPA.
29
2.3. DETERMINAÇÃO DE ALCOOIS RESIDUAIS POR AMOSTRAGEM
HEADSPACE
De acordo com a nossa revisão bibliográfica não foram encontrados trabalhos
que reportam o desenvolvimento e validação de uma metodologia para quantificação
de metanol por cromatografia à gás em matriz glicerina bruta oriunda da produção
do biodiesel.
Na literatura de uma maneira geral, retrata-se a técnica de cromatografia à
gás com amostragem headspace para identificar e quantificar contaminantes
voláteis em diversas matrizes complexas. Nestas matrizes, a vaporização do analito
pode ser afetada pelas pontes de hidrogênio, força iônica do meio, solvatação,
dentre outras interações. Portanto, faz-se necessário uma avaliação cautelosa para
minimizar os efeitos matriz decorrentes das possíveis interações analito-matriz.
Há relatos na literatura de métodos de quantificação de resíduos voláteis,
incluindo alcoóis, em matrizes diferentes da glicerina bruta. Na Tabela 3 apresenta-
se alguns métodos para a determinação de contaminantes voláteis presentes em
diferentes matrizes, utilizando-se a técnica de cromatografia à gás com amostragem
headspace. Muitos destes contaminantes presentes nas amostras abordadas na
Tabela 3 já possuem legislação específica limitando a sua concentração, onde, no
caso do biodiesel, o valor máximo permitido para o metanol ou etanol residual é de
0,20 % (m/m) por uma questão envolvendo a segurança, manuseio, transporte e uso
deste biocombustível.
Tabela 3–Métodos de cromatografia à gás acoplada com headspace para determinação de analitos
voláteis em matrizes complexas
Matriz Analitos Fonte Biodiesel Metanol EN 14110
Oleoresinas e óleos essenciais 9 solventes residuais Uematsu et al., 1994
Fármacos 44 solventes residuais Cheng et al., 2010
Extrato de alcaçuz Metanol e etanol Uematsu et al., 2002
Biomassa hidrolisada Furfural Li et al., 2010
Licor negro* Metanol Li et al., 2007
Fonte: Produção do próprio autor *Sub-produto do processo de fabricação do papel
30
A norma EN 14110 (2003) é aplicável para determinação de metanol em
biodiesel metílico em uma faixa de concentração de 0,01 a 0,5 % (m/m). A alíquota
do biodiesel é aquecida a 80 ºC em vial selado hermeticamente para manter o
metanol na fase vapor. Quando o equilíbrio é alcançado, uma parte definida da fase
gasosa é injetada, separada na coluna cromatográfica e detectada por ionização em
chama. A quantificação do teor de metanol pode ser calculada por referência a curva
analítica por padronização externa ou com a utilização do 2-propanol como padrão
interno. As condições cromatográficas são: coluna DB1 (100% metilpolisiloxano,
comprimento de 30 m, diâmetro interno de 0,32 mm e espessura do filme de 3 µm);
injetor split (razão de fluxo: 50 mL/min); temperatura do injetor e detector: 150 ºC;
temperatura do forno e da coluna: 50 ºC; pressão do gás de arraste: 40 kPa; volume
injetado: 500 µL e injetor headspace (temperatura de equilíbrio: 80 ºC e tempo de
equilíbrio: 45 min.). A norma já apresenta os dados de precisão do método,
repetitividade e reprodutibilidade, obtidos de um programa de comparação
interlaboratorial.
Uematsu et al. (1994) otimizaram um método para determinar solventes
orgânicos residuais (incluindo metanol) em aromatizantes naturais (oleoresinas e
óleos essenciais) por cromatografia à gás acoplada com headspace. Neste método
de quantificação utilizou-se a padronização interna com o n-propanol para 9 analitos
residuais. Há restrições legais de metanol, com concentração máxima de 50 ppm
pela FDA em oleoresina. Foram avaliadas 48 amostras de oleoresina e 26 óleos
essenciais. Mediu-se 1,0 g de amostra em 5 vials, adicionou-se 0,25 mL de solução
padrão em n-propanol, manteve-se em banho-maria a 40 ºC por 20 minutos, seguido
pela injeção de 500 µL da fase vapor. As condições cromatográficas foram: coluna –
Poraplot Q (poliestireno-divinilbenzeno) 10m x0,32m m x10 µm; rampa de
temperatura do forno de 110 ºC (3 min.) → 5 ºC/min → 150 ºC → 20 ºC/min. →
240 ºC (5 min.). Detectou-se metanol em 02 amostras de oleoresina (89 -110 ppm) e
em 03 óleos (79 – 93 ppm) que estavam não-conformes às especificações da FDA.
Cheng et al. (2010) validaram um método para determinação de solventes
classe 2 (metanol, acetonitrila, diclorometano, 1,2-dicloroetano, n-hexano,
nitrometano, metiletil cetona, tetrahidrofurano, clorofórmio, ciclohexano, 1,2-
dimetoxietano, 2-metoxietanol, metilciclohexano, 1-4-dioxona, 2-etoxietanol, piridina,
31
tolueno, clorobenzeno e p-xileno) e classe 3 (pentano, etanol, etil éter, acetona, etil
formato, 2-propanol, metil acetato, metil tert-butil éter, 1-propanol, etil acetato, 2-
butanol, 2-metil-1-propanol, isopropil acetato, n-heptano, 1-butanol, propil acetato, 3-
metil-1-butanol, 1-pentanol e butil acetato,) residuais em fármacos por cromatografia
à gás acoplada com amostrador headspace. Estes contaminantes afetam as
propriedades físico-químicas dos fármacos por serem tóxicos e terem restrições
legais para o seu manuseio. Utilizou-se o cromatógrafo a gás Agilent 6890 A com
detector de ionização em chama e amostrador automático headspace Agilent 7694.
As condições cromatográficas para o método são: coluna – Agilent DB-624(6%
cianopropilfenil 94% dimetilpolisiloxano, 30 m x 0,32 mm x 1,8 µm; temperatura do
injetor de 200 ºC, fluxo do gás de arraste (Hélio) de 1,8 mL/min; razão de separação
do injetor de 1:1; rampa de temperatura do forno de 35 ºC (0 – 3 min) → 4 ºC/min →
110 ºC (3 – 21,75 min) → 40 ºC/min → 240 ºC (21,75 – 25 min) → 240 ºC (25 – 30
min); temperatura do detector de 260 ºC; fluxo dos gases no detector – hidrogênio
(35 mL/min), ar (350 ml/min) e makeup (23,2 ml/min).
No amostrador headspace utilizou-se temperatura de equilíbrio de 140 ºC e
tempo de equilíbrio de 10 min. Preparou-se 10 níveis de concentração para cada
solvente estudado numa faixa de concentração de 0,2 – 15000 ppm em
dimetilsufóxido (DMSO). O metanol e o etanol apresentaram tempo de retenção 3,53
e 4,66, respectivamente. O coeficiente de regressão linear (r2) da curva analítica do
etanol foi de 0,9994 e do metanol foi de 0,9996. Para o metanol o limite de
quantificação (LQ) foi de 2,11 e o limite de detecção (LD) foi de 0,63 ppm no entanto
para o etanol o LQ e LD foram 3,68 ppm e 1,10 ppm, respectivamente. Nos testes
de recuperação, o etanol apresentou maior recuperação para faixa de baixa
concentração (2 – 90 ppm) enquanto o metanol apresentou melhor recuperação
para faixa de alta concentração (20 – 900 ppm). O método validado por Cheng et al.
(2010) apresentou-se preciso, seletivo, linear, sensível e eficiente para determinar
44 solventes residuais em fármacos.
Uematsu et al. (2002) desenvolveram um métodos para quantificar metanol e
etanol residuais em extratos de alcaçuz por cromatografia à gás acoplada com
injeção headspace. O extrato de alcaçuz é um aditivo alimentar natural e os
solventes orgânicos são amplamente utilizados na produção de aditivos alimentares
naturais para a extração, purificação e recristalização. Pode-se ter uma
32
concentração residual no produto final e, portanto, a legislação japonesa restringe no
máximo 50 µg/g de metanol. Realizou-se a quantificação em 20 amostras de
extratos de alcaçuz coletadas aleatoriamente em supermercados japoneses nos
anos de 1999 e 2000. Utilizou-se um cromatógrafo a gás Hewlett Packard HP5890
Series II acoplado com amostrador automático headspace Perkin-Elmer HS-40.
As condições cromatográficas foram: coluna: PoraplotQ (poliestireno-
divinilbenzeno), 25 m x 0,32 mm x 10 µm; rampa de temperatura do forno: 35 ºC (1
min.) → 30 ºC/min → 100 ºC (0 min) → 5 ºC/min. → 150 ºC (0 min.) → 240 ºC (10
min.); temperatura do injetor: 180 ºC; temperatura do detector: 250 ºC. As condições
de amostragem headspace foram temperatura de equilíbrio de 50 ºC, tempo de
equilíbrio de 40 min., pressurização 3 min. e tempo de injeção na coluna de 0,75
min., temperatura da seringa de 120 ºC, temperatura da linha de transferência de
150 ºC e pressão do gás de arraste de 170 kPa.
A quantificação dos contaminantes foi feita pelo método da adição de padrão
e as curvas de calibração foram preparadas para cada amostra ensaiada. Mediu-se
0,5 g de extrato de alcaçuz, dilui-se em 3 mL de solução água-n-propanol (1:1(v/v)),
acrescentou-se 0,25 mL de solução padrão de metanol e etanol nas concentrações
de metade, uma vez e duas vezes da concentração esperada na amostra. O
coeficiente de correlação das curvas analíticas foi >0,99 e o LQ foi de 5 µg/g. A
repetitividade do método foi reportada no valor de 0,82 e 2,97 desvios padrões de
metanol e etanol, respectivamente. Foram encontradas 8 amostras com valores de
metanol residual acima da especificação vigente.
Li et al. (2007) validaram um método para determinar metanol em sub-produto
do processo de fabricação de papel por cromatografia à gás com headspace. Este
sub-produto é uma solução aquosa de resíduos de lignina, hemicelulose e os
produtos químicos utilizados no processo. O metanol é um poluente do ar e a sua
emissão nos moinhos Kraft é regulada pela Agência de Proteção Ambiental
Japonesa (APAJ). Utilizou-se um cromatógrafo a gás Hewllet-Packard HP 6890 e
amostrador automático HP-7694. Um pequeno volume da amostra (10 – 20 µL) foi
medido em um vial de 20 mL e selado. Posteriormente, aqueceu-se o vial a 105 ºC e
manteve-se o vial por um tempo de 3 minutos.
Os parâmetros de temperatura de equilíbrio, tempo de equilíbrio e tamanho
de amostra para desenvolver os requisitos de validação. Foi otimizada o método de
33
padronização externa e o r2 foi de 0,9998 para n = 7e o LQ foi de 0,47 ppm. A
recuperação e a repetitividade foram > 96 % e < 4 %, respectivamente. O método se
mostrou simples, rápido e exato.
Li et al. (2010) validaram um método para quantificar furfural em biomassa
hidrolisada, otimizando-se a temperatura de equilíbrio, o tempo de equilíbrio e o
tamanho da amostra. Foi empregado um cromatógrafo a gás Shimadzu GC 2010
com headspace automático DANI HSS 8065. As condições cromatográficas foram
coluna capilarDB-5 ((5%fenil)-metilpolisiloxano) a 90 ºC; gás de arraste: nitrogênio
ultra puro; fluxo do gás de arraste: 3,8 mL/min.; fluxo de hidrogênio no detector: 40
mL/min.; fluxo de ar sintético no detector: 400 mL/min.; headspace – temperatura de
equilíbrio (105ºC) e tempo de equilíbrio (3 min.). A quantificação foi pelo método da
padronização externa, e o coeficiente de correlação (r2) é 0,9994 para n = 6. O LQ
foi de0,087 ppm. A precisão do método foi menor que 0,5 % e a recuperação de
100,2 ± 1,7 %. O método não requer tratamento de limpeza da amostra, é rápido,
preciso e utiliza um volume amostral de 40 µL.
As características químicas majoritárias das matrizes investigadas nos
trabalhos discutidos apresentam hidroxila na estrutura química, tais como, alcaçuz
(ácido glicinízico), oleoresina (ácidos diterpenos), óleos essenciais (ácidos graxos), e
liquor negro (polissacarídeos) e, portanto, as interações intermoleculares entre o
analito e a matriz podem perturbar o equilíbrio de fases. Além disso, a presença de
compostos inorgânicos aumenta a força iônica do meio e afeta as interações do
analito com a matriz (PLAGIARI & ROSSI,2008).
Neste contexto, no caso da glicerina bruta o metanol em equilíbrio durante a
amostragem headspace pode sofrer influência da matriz e, portanto o método de
quantificação deve ser rigorosamente investigado e validado para garantir a
confiabilidade dos resultados.
2.4. VALIDAÇÃO DE MÉTODOS ANALÍTICOS
A validação de um método analítico é um protocolo de comprovação no qual
os requisitos estabelecidos devem estar adequados para a finalidade proposta
(INMETRO, 2011). Estes requisitos incluem a precisão (repetitividade, precisão
intermediária e reprodutibilidade), seletividade, tendência/recuperação, robustez,
34
linearidade, faixa de trabalho, limite de detecção e limite de quantificação (ALBANO
& RODRIGUEZ, 2009; INMETRO, 2011).
A seletividade é a capacidade do método em determinar o analito na matriz
sob a presença de interferentes/contaminantes. A verificação da seletividade do
método deve ser realizada a partir da comparação entre os sinais advindos do
processamento da matriz, do extrato da matriz fortificado e do analito.
A linearidade é a verificação de até que ponto a faixa de concentração do
analito coincide com a faixa dinâmica linear e assegurar que nenhum outro
fenômeno tenha impacto indesejável na resposta. Este requisito pode ser executado
por padronização interna ou externa e testes estatísticos são utilizados para
constatar a ausência de valores discrepantes. Por outro lado, a faixa linear de
trabalho de um método é o intervalo entre os níveis inferior e superior de
concentração do analito no qual foi demonstrado ser possível a quantificação com
precisão, exatidão e linearidade exigidos, sob condições estabelecidas para o
método.
Já o limite de detecção é a indicação do nível em que a detecção do analito
pode ser distinguida do sinal do branco/ruído e o limite de quantificação é a menor
concentração, excluindo o branco, verificada.
A tendência, quando aplicada a uma série de resultados de ensaio, implica
numa combinação de componentes de erros aleatórios e sistemáticos podendo ser
averiguada pelo uso de materiais de referência certificados, a participação de
programas de comparações interlaboratoriais, bem como por ensaios de
recuperação. A recuperação pode ser estimada pela análise de amostras fortificadas
com baixa, média e alta concentração do analito.
A precisão do método é o grau de concordância entre os resultados
encontrados, obtidos por medições sucessivas, no mesmo equipamento ou similar,
sob condições de repetitividade, condições de precisão intermediária ou condições
de reprodutibilidade (INMETRO, 2011). A repetitividade é o grau de concordância
entre os resultados de medições sucessivas de um mesmo mensurando, efetuadas
sob as mesmas condições de medição. A precisão intermediária é a precisão
avaliada sobre a mesma amostra, amostras idênticas ou padrões, utilizando o
mesmo método, no mesmo laboratório, mas em diferentes condições, tais como,
diferentes analistas, diferentes equipamentos ou diferentes tempos.
35
A robustez do método é definida como a suscetibilidade de um método
analítico em responder a pequenas alterações das condições experimentais, como
condições de armazenamento, preparações e manuseio da amostra, dentre outras
pequenas alterações.
Embora os termos erros e análise de erros sejam amplamente disseminados
no âmbito da pesquisa, para avaliar a confiabilidade de metodologias analíticas
validadas, na maioria dos artigos científicos, expressa-se apenas o desvio padrão
como medida da qualidade dos resultados obtidos, desprezando-se outras fontes
que contribuem para a dispersão das medidas. Fontes como a calibração, resolução
e deriva dos equipamentos, pureza dos reagentes e solventes, curva analítica,
repetitividade, reprodutibilidade, precisão intermediária, preparo de soluções,
padronização de soluções, verificação intermediária do equipamento, dentre outras
afetam o valor observado para a concentração de um analito.
Assim, a medida da concentração de um analito é mais rigorosa quando se
obtém a estimativa da incerteza de medição. A incerteza expressa a dispersão dos
resultados atribuídos a uma determinada medida, dentro de um nível de significância
e fator de abrangência específica, sendo calculada por meio de ferramentas
estatísticas (HIBBERT, 2007).O cálculo da incerteza de medição é um requisito legal
para implementação de Sistemas de Gestão da Qualidade baseados nas diretrizes
da norma ABNT NBR ISO/IEC 17025:2005 para laboratórios de ensaio e de
calibração(INMETRO 2003 & 2013).A declaração da incerteza de medição fornece
confiabilidade metrológica na medição realizada e também é possível comparar
resultados obtidos dentro de um nível de confiança estabelecido.
A estimativa da incerteza de medição é realizada comumente seguindo-se as
etapas:
a) Identificação das fontes de incerteza que podem influenciar no resultado
dos ensaios;
b) Quantificação os componentes de incerteza e distribuição de
probabilidade;
c) Determinação da incerteza padrão (ui) para cada fonte de incerteza;
d) Cálculo de incerteza padrão combinada (uc);
e) Cálculo de incerteza expandida (U95).
36
A identificação das fontes de incerteza pode ser realizada por meio das
técnicas de qualidade brainstorming ou diagrama de Ishikawa. O método
brainstorming consiste em um apanhado geral não sistemático sobre as possíveis
fontes de incerteza que possam comprometer a confiabilidade da medida executada.
Nem todas as fontes apontadas no brainstorming são passiveis de serem
mensuradas como, por exemplo, a influência da variação da umidade relativa do ar
na medição de massa em uma balança. O diagrama de Ishikawa consiste
em relatar as fontes de incerteza dentro das seguintes classes:
equipamentos/vidrarias/instrumentos, reagentes/soluções/padrões, curva analítica,
condições ambientais e mão-de-obra (repetitividade, precisão intermediária e
reprodutibilidade), e a partir disso, relaciona-se as possíveis fontes de incerteza da
metodologia analítica com as classes acima.
As fontes de incerteza são definidas como do tipo A ou tipo B. As do tipo A
envolvem a análise estatística de uma série de observações, como por exemplo, o
desvio padrão experimental da média, obtido do cálculo da média aritmética ou de
uma análise de regressão adequada. As demais incertezas são do tipo B, como por
exemplo, a incerteza expandida declarada em certificados de calibração Rede
Brasileira de Calibração (RBC), em Materiais de Referência Certificados (reagentes
ou padrões), em especificações dos equipamentos pelo fabricante, em dados de
históricos de repetitividade, precisão intermediária e reprodutibilidade, dentre outros.
As incertezas do tipo A ou tipo B são expressas na forma de uma distribuição de
probabilidade, haja vista que toda incerteza refere-se a uma dispersão de dados e
não um valor pontual. Em geral, utilizam-se as distribuições de probabilidade normal,
retangular, triangular, t-Student e Poison, representadas na tabela 4.
37
Tabela 4 - Distribuições de probabilidade frequentemente aplicadas na estimativa da incerteza de
medição na avaliação dos dados de entrada
Distribuição Representação de probabilidade
Aplicação
Normal
Quando se conhece a média e o desvio padrão populacional
Retangular
Quando se sabe apenas o valor máximo e mínimo de variação. (amplitude)
Triangular
Quando se conhece a amplitude e a moda (valor de maior ocorrência)
t-Student
Quando se conhece o desvio padrão amostral para uma amostra tamanho n
Poison
Quando se trata de um processo de contagem
Fonte: Produção do próprio autor.
Cada fonte de incerteza está associada com uma distribuição de
probabilidade específica, como por exemplo, a resolução limitada de um
equipamento sempre será retangular, pois haverá um desvio mínimo e máximo
estabelecidos. Um exemplo de aplicação de probabilidade normal é a fonte de
incerteza de calibração do equipamento. Para uma distribuição de probabilidade t-
Student pode-se exemplificar a fonte de incerteza de materiais de referência
certificados. Já para triangular podemos utilizar a resolução limitada de um
instrumento analógico. Para a Poison quando a fonte de entrada da incerteza é a
média e a variância de um sistema de contagem.
38
A incerteza expandida de um método analítico, declarada com 95% de
probabilidade pode ser obtida a partir das equações de 1 a 13. Primeiramente, a
incerteza padrão (ui) para cada fonte é calculada utilizando-se a equação 1:
(1)
Onde ux é a incerteza de entrada de cada fonte, d é o divisor da distribuição de
probabilidade e ci é o coeficiente de sensibilidade.
Para a distribuição de probabilidade retangular, o divisor (d) é e o grau de
liberdade é infinito. Por outro lado, para a curva analítica, certificados de calibração,
repetitividade e precisão intermediária a distribuição de probabilidade é do tipo
normal. Porém, na incerteza do certificado de calibração RBC tem-se o valor do
divisor sendo k com graus de liberdade efetivos, veff. No caso da curva analítica o
divisor é unitário e o grau de liberdade é dado por n-2, sendo n o número de pontos
da curva. Da mesma forma, a repetitividade e a precisão intermediária têm o divisor
unitário, porém o grau de liberdade é n-1, onde n é o número de medições
executadas para a repetitividade ou o número de variáveis diferentes para precisão
intermediária.
A incerteza padrão (ui) da curva analítica é calculada a partir de dados
experimentais que posteriormente são tratados em uma série de modelos
matemáticos, conforme as equações 2 a 9.
(2)
(3)
(4)
39
(5)
(6)
(7)
(8)
(9)
Onde u(y) é a incerteza da interpolação da curva analítica, cα é o coeficiente de
sensibilidade da componente α, u(α) é a incerteza padrão do intercepto da curva
analítica, cβ é o coeficiente de sensibilidade da componente β, u(β) é a incerteza
padrão do intercepto da curva analítica, rαβ é o coeficiente de correlação da curva
analítica, xi é a concentração do analito na solução padrão utilizada para cada ponto
da curva analítica, n é o número de pontos da curva analítica, s é o desvio padrão
dos resíduos da curva analítica em y, D é a diferença da concentração soma
quadrática de xi concentrações do analito nas soluções padrão entre o quadrado da
somatória de xi, yαβ é o valor da área do pico do metanol obtido para cada ponto da
curva de calibração e y^ é o valor do sinal analítico, calculado a partir da equação da
reta.
A partir da soma quadrática das incertezas padrão obtêm-se a contribuição
percentual de cada fonte e o seu impacto na incerteza expandida, a partir da
equação 10:
40
(10)
Onde é a incerteza padrão quadrática e é a soma quadrática de todas as
incertezas padrão apontadas.
O cálculo da incerteza padrão combinada (uc) é realizado a partir da raiz
quadrada da soma quadrática das incertezas padrão, conforme equação 11:
(11)
No finala incerteza expandida (U95) com distribuição de probabilidade normal
é calculada a partir da equação 12:
(12)
onde U95 é a incerteza de medição expandida com probabilidade de 95%, k é o fator
de abrangência da tabela t-Student a partir dos graus de liberdade efetivos Welch-
Satterthwaite. Os graus de liberdade efetivos de Welch-Statterwaitte são obtidos de
acordo com a equação 13:
(13)
Onde νi é o grau de liberdade relativo à distribuição de probabilidade associada à
fonte de incerteza.
41
3. OBJETIVOS
3.1. OBJETIVO GERAL
O objetivo geral deste trabalho é a caracterização química de amostras de
glicerina bruta oriunda da produção de biodiesel do Estado de Mato Grosso e o
desenvolvimento e validação de um método para determinação de metanol em
glicerina.
3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Os objetivos específicos a serem alcançados neste trabalho são:
• Caracterizar o perfil químico de amostras de glicerina bruta coletadas
em usinas produtoras de biodiesel no Estado de Mato Grosso.
• Realizar o estudo do efeito de matriz na quantificação do metanol por
curvas analíticas de padronização externa;
• Otimizar as condições cromatográficas para amostragem headspace;
• Validar o método para determinação do teor de metanol por
cromatografia à gás;
• Expressar a incerteza de medição do método desenvolvido e validado;
• Determinar o teor de metanol nas amostras de glicerina bruta.
42
4. PARTE EXPERIMENTAL
4.1. COLETA DAS AMOSTRAS DE GLICERINA BRUTA
No período de março de 2012 a março de 2013 foram coletadas amostras de
aproximadamente 5 litros de glicerina bruta em 10 usinas de biodiesel instaladas no
estado de Mato Grosso. As amostras foram codificadas conforme a Tabela 5 e
mantidas em temperatura de 23 ± 5 ºC em todo o período do estudo.
Nas unidades produtoras, utiliza-se a transesterificação metílica na presença
do catalisador metilato de sódio e matéria-prima majoritariamente a base de óleo de
soja degomado (OSD) ou mistura de óleo de algodão degomado (OAD), gordura
bovina(GB) e OSD em proporções diversas.
Tabela 5- Coleta, codificação das amostras de glicerina e matéria prima utilizada na produção do biodiesel
Período de coleta Código da amostra Proporção da matéria-prima Março/2012 A1 100%OSD Julho/2012 A2 100%OSD
Agosto/2012 A3 100%OSD Dezembro/2012 B1 30%OAD+70%OSD Dezembro/2012 B2 30%OAD+70%OSD Dezembro/2012 B3 100%OSD
Janeiro/2013 C1 100%OSD Fevereiro/2013 C2 100%OSD
Março/2013 D1 20%OAD+70%OSD+10%GB Março/2013 D2 30%OAD+70%OSD
Fonte: Produção do próprio autor
4.2. CARACTERIZAÇÃO QUÍMICA PARCIAL DAS AMOSTRAS DE
GLICERINA BRUTA
Diante da diversidade esperada para o perfil químico das amostras de
glicerina bruta, fez-se necessário sua caracterização para orientar o
desenvolvimento e validação do método analítico. Além disso, esta caracterização
43
possibilitou avaliar a qualidade deste grupo de amostras das usinas de biodiesel no
Estado de Mato Grosso.
Assim, a caracterização físico-química consistiu-se em ensaiar os parâmetros
de teor de água, cinzas sulfatadas, teor de cloreto, teor de glicerol e teor de óleos e
gorduras totais.
Para a determinação do teor de água foi utilizada a técnica de titulação
coulométrica de Karl Fischer, onde uma alíquota da amostra é injetada na solução
catolítica e o iodo é gerado coulometricamente na solução anolítica. Quando toda a
água é consumida na reação, o excesso de iodo é detectado e a titulação é
finalizada. Baseado na estequiometria reacional, 1 mol de iodo reage com 1 mol de
água, e a quantidade de água é proporcional ao total da corrente integrada
mensurada, conforme a lei de Faraday.
Empregou-se a solução catolítica (Hydranal Coulomat CG, Fluka, Lote
SZBB200FV) e a solução anolítica (Hydranal Coulomat AG, Fluka, Lote
SZBB3200V) no ensaio. Mediu-se 2 mL de glicerina bruta em uma seringa plástica
descartável e sem agulha (Marca Descarpack) e ambientou-se 3 vezes a seringa
com porções de amostra. Conectou-se a agulha na seringa. Em seguida, mediu-se a
massa da seringa+amostra em balança analítica) e posteriormente, injetou-se a
amostra no titulador coulométrico Karl Fischer (Kem Kyoto, MKC-610). Depois,
mediu-se a massa da seringa após a injeção no titulador e a diferença dessas
medidas de massa é a quantidade de amostra utilizada. Realizou-se o ensaio em
duplicatas verdadeiras e o teor de água foi expresso em % (m/m).
O teor de cinzas sulfatadas foi expresso intrinsecamente a concentração total
de contaminantes metálicos remanescentes do catalisador e da matéria-prima
empregados no processo de transesterificação. As cinzas são basicamente
constituídas de sais inorgânicos, tais como, óxidos metálicos de cálcio, magnésio,
sódio ou potássio, que são formados após a combustão do produto.
Para quantificar o teor de cinzas, utilizou-se o método de Fernandes et
al.(2011). Calcinaram-se as cápsulas de porcelana a 775 ºC por 30 minutos em
forno mufla(EDG3000 10P-S) e deixou-se resfriar até temperatura ambiente em
dessecador. Mediu-se a massa da cápsula em balança analítica (Shimadzu, AX200)
e em seguida, tarou-se a balança e mediu-se 2 g de glicerina bruta. Aqueceu-se a
em bico de Bünsen até completa carbonização e em seguida resfriou-se até
44
temperatura ambiente e adicionou-se 1 mL de ácido sulfúrico ACS (J.T. Baker, Lote
K05C08). Aqueceu-se em bico de Bünsen a cápsula até que os fumos brancos de
ácido sulfúrico fossem liberados. Em seguida, colocou-se a cápsula em forno mufla
a 775 ºC por 30 minutos. Retirou-se do forno mufla e deixou-se resfriando até
temperatura ambiente em dessecador sem agente dessecante. Este procedimento
foi repetido mais uma vez. Posteriormente, mediu-se a massa final da cápsula e
calculou-se o teor de cinzas sulfatadas expresso em % (m/m).
A determinação do teor de cloreto foi realizada em triplicatas verdadeiras de
acordo com Nogueira et al. (2012). Este método é baseado na titulação volumétrica
de Mohr. Preparou-se uma solução aquosa de nitrato de prata 0,1 mol/L. (p.a.,
Freechem e Lote 008.855F) e, em seguida, padronizou-se com solução aquosa de
cloreto de sódio 0,1 mol/L (p.a., Freechem e Lote 009.119F) na presença do
indicador de cromato de potássio 1% (m/v) (p.a., Proquimicos e Lote 1010134) até
uma turvação marrom avermelhada. Na padronização utilizou-se uma bureta de
vidro de 10 mL com escoamento total calibrada RBC (Vidrolador, subdivisão 0,05 mL
e certificado de calibração RBC Setting nº VD-11-124/11).
Mediu-se 1,0 g de glicerina bruta em um erlenmeyer de 500 mL e
acrescentou-se 100 mL de água destilada e 1 mL de cromato de potássio 1% (m/v).
Posteriormente titulou-se com solução padronizada de nitrato de prata 0,1 mol/L até
a turvação marrom avermelhada. Realizou-se o ensaio do branco titulando-se a
água destilada. Calculou-se o teor de cloreto de acordo com a equação (14):
(14)
Onde A é o volume gasto da solução 0,1 mol/L de AgNO3, em litros e B é o volume
gasto de solução 0,1 mol/L de AgNO3 no ensaio do branco, em litros. C é a
concentração real da solução de AgNO3, em mol/L, D é a massa da amostra, em
gramas e 35,45 é a massa molecular do cloreto.
A quantificação do teor de glicerol foi realizada empregando-se o método da
AOCS Ea 6-94 baseado na oxidação do glicerol pelo metaperiodato de sódio sob
presença de um ácido de forte, onde são gerados o ácido fórmico e o formaldeído
45
(Esquema III). Posteriormente, titula-se com uma solução padronizada de hidróxido
de sódio até ponto de viragem rósea.
Esquema III - Reação de produção de ácido fórmico e formaldeído a partir do glicerol e metaperiodato
de sódio.
Fonte: ASTM 7637:2010
Para tanto, mediu-se 0,50 g de glicerina bruta em balança analítica (OHAUS,
AR2140) e dissolveu-se com 100 mL de água destilada. Adicionou-se 5 a 7 gotas de
fenolftaleína alcoólica 1% (m/v) (p.a., Freechem, lote 009.354F) e em seguida, 2
gotas de solução de ácido sulfúrico 0,02N (ACS, J.T.Baker, lote K05C08). Titulou-se
em uma bureta de vidro de 10 mL com escoamento total com uma solução aquosa
de hidróxido de sódio 0,125 N (p.a., QHIMIS e lote Q0059) até a coloração rósea.
Após, adicionou-se 50 mL de solução ácida de metaperiodato de sódio 6%
(m/v) (p.a., Cinética, lote 17676), agitou-se levemente e tampou-se. Deixou-se em
repouso por 30 minutos a temperatura ambiente em local sem iluminação. Em
seguida, adicionou-se 10 ml de solução de etilenoglicol 50 % (v/v)(p.a., Synth, lote
168826), aguardou-se 20 minutos e, posteriormente, titulou-se com solução de
hidróxido de sódio 0,125 N até coloração rósea. Para o ensaio do branco, utilizou-se
50 mL de água destilada. Calculou-se o teor de glicerol conforme a equação (15):
(15)
onde S é o volume gasto de solução de hidróxido de sódio 0,125 N em mL; B é o
volume gasto de solução de hidróxido de sódio 0,125 N no ensaio do branco em mL;
9,209 é o fator massa do ácido fórmico gerado na reação, N é a normalidade da
solução de hidróxido de sódio e m é a massa da amostra, g
O ensaio do teor de óleos e gorduras totais foi realizado com o método
gravimétrico clássico baseado na extração líquido-líquido. Mediu-se 200 g de
glicerina bruta em uma balança semi-analítica (A&D, modelo EK-2000G) e transferiu-
46
se para um funil de separação de 1L. Adicionou-se 100 mL de água destilada e em
seguida, verteu-se 3 vezes e abriu-se invertidamente a torneira para saída de
vapores. Deixou-se a mistura em repouso por aproximadamente 10 min. E,
adicionou-se 30 mL de n-hexano (ACS , Vetec e lote 0907382). Logo após, verteu-
se 3 vezes e abriu-se invertidamente a torneira para saída de vapores. Adicionou-se
mais 2 porções de 30 mL de n-hexano e deixou-se em repouso por cerca de 10 min.
Em seguida, escoou-se a fase mais densa e descartou-a. A fase mais leve foi
recolhida em um béquer de vidro de 100 mL, previamente seco a 105 ± 5 ºC e
massa constante. Aqueceu-se a uma temperatura de 80 ± 10 ºC em chapa de
aquecimento (Fisatom, modelo 501) até a evaporação do solvente. Deixou-se em
repouso, em dessecador com sílica gel p.a. 4 mm (Freechem, lote 009.817F).Ao
final, mediu-se a massa do béquer + Teor de óleos e gorduras(TOG) e calculou-se o
teor de TOG e expressando-se em %massa.
Todas as medidas de massa foram realizadas em balança analítica Adventur
OHAUS, AR2140 calibrada RBC, conforme certificado RBC Setting nº MS-08-
091/2013 apresentado no Anexo 10.1.
4.3. DESENVOLVIMENTO DO MÉTODO PARA QUANTIFICAÇÃO DO
TEOR DE METANOL POR CROMATOGRAFIA À GÁS
A caracterização da glicerina bruta mostrou a diversidade de composição da
matriz. Diante disso, iniciou-se o desenvolvimento da metodologia de quantificação
do teor de metanol em glicerina bruta utilizando cromatografia à gás acoplada com
sistema de amostragem automático por headspace. Nos métodos testados buscou-
se a padronização externa em função da inserção destas técnicas em rotina de
laboratório e análise de um grande volume de amostras por período.
Para todos os métodos utilizou-se um cromatógrafo a gás Shimadzu CG 2010
equipado com autoamostrador AOC – 5000 em modo headspace, injetor split,
coluna de fase apolar 100% dimetilpolisiloxano (30 m x 0,32 mm i.d. x 3 µm), marca
Restek e modelo Rtx-1, detector de ionização em chamas (FID) e software
CGSolution para tratamento de dados.
47
4.3.1. Método com sobreposição de matriz
Inicialmente foi explorada a quantificação do metanol a partir da otimização do
método proposto na norma EN14110:2003, amplamente utilizado para determinar o
teor de metanol em amostras de biodiesel. Esta norma baseia-se na padronização
externa com sobreposição de matriz e, assim sua adaptação para quantificação do
teor de metanol em amostras de glicerina, representa uma vantagem para os
laboratórios que já realizam análise do biodiesel, podendo realizar o ensaio com a
mesma instrumentação. Inicialmente, aqueceu-se a amostra de glicerina bruta A1 a
uma temperatura de 110 ± 10° C, sob agitação magnética por 1,5 h, para eliminação
do metanol. Posteriormente, preparou-se as soluções padrão de concentração de
metanol na faixa de 0,01 até 10 %(m/m) de metanol em uma amostra de glicerina
bruta sem metanol.
Realizou-se as leituras na amostra A1 para a construção da curva analítica,
conforme as condições cromatográficas apresentadas na Tabela 6:
Tabela 6 – Condições cromatográficas utilizadas na quantificação do metanol de acordo com a norma
EN14110:2003
Característica Condição
Gás de arraste Hélio
Modo de controle do fluxo Velocidade linear, 50 cm/s
Razão do Split 1:50
Temperatura do injetor 150 °C
Temperatura do detector 150 °C
Programa de temperatura do forno Isotérmico a 50 °C
Tempo de análise 10 minutos
Volume de injeção 500 µL(Amostrador headspace)
Temperatura de equilíbrio 80 °C(Amostrador headspace)
Tempo de equilíbrio 45 minutos(Amostrador headspace)
Fonte: EN14110:2003
Posteriormente, este método foi avaliado para determinação do metanol na
amostra A2 fortificada com 1,0 %(m/m) e 5,0 %(m/m) de metanol, em triplicatas
48
verdadeiras de acordo com a metodologia EN14110:2003 para avaliar o parâmetro
de recuperação. Calculou-se a recuperação de acordo com a equação (16):
(16)
Onde C1 é a concentração de metanol determinada nas amostras fortificadas, C2 é a
concentração na amostra sem fortificação e C3 a concentração nominal de
fortificação.
4.3.2. Método com matriz mimetizada
Em função dos resultados obtidos para os métodos de quantificação do
metanol baseados no método de sobreposição de matriz desenvolveu-se um método
com mimetização de matriz.
Inicialmente, preparou-se 1000 g de uma matriz mimetizada de glicerina bruta
com a seguinte formulação: 800 g de glicerina p.a. (Synth, lote 146437), 100 g de
água destilada, 50 g de cloreto de sódio p.a. (Freechem, lote 009.119F), 10 g de
biodiesel metílico de soja (Usina de biodiesel ADM, lote 100314) e 40 g de óleo de
soja degomado (Usina de biodiesel ADM, lote 200313). Esta formulação representa
a composição média das 10 amostras de estudo. Em especial o cloreto de sódio foi
utilizado pois representa a fração residual do catalisador metóxido de sódio e a
fração residual da água de lavagem de ácido clorídrico.
Em paralelo preparou-se uma solução padrão de 10 % (m/m) de metanol
(grau HPLC, J.T. Baker, lote k07c49) em glicerina mimetizada. Este padrão foi a
referência para os experimentos efetuados.
Neste método utilizou-se um planejamento fatorial completo para otimização
das variáveis de amostragem headspace a serem empregadas. O planejamento
fatorial 3³ possibilitou dimensionar matematicamente a influência da temperatura de
equilíbrio (T), tempo de equilíbrio (P) e volume de fase vapor da amostragem
headspace (V), de acordo com os níveis apresentados na Tabela 7.
49
Tabela 7–Distribuição completa dos fatores e dos níveis do planejamento fatorial 3³ empregado no
método com matriz mimetizada
Fatores Níveis
-1 0 +1 T / ºC 80 95 105 P / min. 1 10 20 V /µL 300 400 500
Fonte: Produção do próprio autor
A partir do planejamento fatorial 33, gerou-se a matriz de 27 experimentos
apresentada na Tabela 8, que foram realizados em triplicatas verdadeiras. Nestes
experimentos, utilizou-se cerca de 150 mg da solução padrão 10 %(m/m) de
metanol. Ao término dos ensaios, averiguou-se os efeitos primários, secundários e
terciários dos fatores sobre a área do pico do metanol. A partir desta análise, fixou-
se o volume de amostragem e determinou-se a superfície de resposta para o
planejamento fatorial e extrapolou-se a condição otimizada para o amostrador
headspace em termos da temperatura e tempo de equilíbrio.
Tabela 8- Matriz de experimentos no planejamento fatorial 3³ da amostragem headspace para o
método com matriz mimetizada.
Experimentos T(º C) P(min.) V(µL) 1 -1 -1 -1 2 -1 -1 0 3 -1 -1 1 4 -1 0 -1 5 -1 0 0 6 -1 0 1 7 -1 1 -1 8 -1 -1 0 9 -1 1 1
10 0 -1 -1 11 0 -1 0 12 0 -1 1 13 0 0 -1 14 0 0 0 15 0 0 1 16 0 1 -1 17 0 1 0 18 0 1 1 19 1 -1 -1 20 1 -1 0 21 1 -1 1 22 1 0 -1 23 1 0 0 24 1 0 1 25 1 1 -1
50
26 1 1 0 27 1 1 1
Fonte: Produção do próprio autor.
Com as condições da amostragem headspace otimizadas, preparou-se as
curvas analíticas de baixa e alta concentração a partir de uma série de soluções
padrão de metanol em matriz mimetizada conforme realizada no item 4.3.2., onde
mediu-se a massa de metanol e diluiu-se na matriz de glicerina mimetizada.
Analisou-se as soluções padrão em triplicatas verdadeiras. As curvas analíticas
obtidas foram avaliadas através da ferramenta ANOVA de fator único (α = 0,05). Em
seguida, determinou-se o LD e LQ, ensaiando-se a matriz de glicerina mimetizada
isenta de metanol, em setuplicata.
Para o ensaio de recuperação, fortificou-se as amostras A2, B3 e D1 com
concentrações de metanol de 0,25 %(m/m) e 1,5 %(m/m) massa e analisou-se em
triplicatas verdadeiras.
Para avaliar a exatidão, utilizou-se as amostras B3 e D1 para quantificação
pela curva analítica de adição padrão. Este método foi realizado em 3 níveis de
concentração, 1, 2 e 4 %(m/m). Realizou-se as injeções em triplicatas verdadeiras e
os resultados médios em seguida, extrapolou-se a concentração do teor de metanol
pelo intercepto da curva analítica de adição padrão. Posteriormente, comparou-se os
resultados obtidos pelo método de adição padrão com relação ao método com
matriz mimetizada.
Em seguida, preparou-se três soluções padrão de metanol em concentrações
de 0,05 % (m/m), 1,00 %(m/m) e 5,00 %(m/m) em matriz mimetizada. Estas
soluções e as amostras de glicerina A2, B3 e D1 foram ensaiadas em setuplicatas
verdadeiras por três analistas para avaliar a repetitividade em nível baixo, médio e
alto de concentração de metanol. Repetiu-se os ensaios após um intervalo de sete
dias para avaliar a precisão intermediária do método.
Para o cálculo da repetitividade e precisão intermediária utilizou-se os
modelos matemáticos propostos por Chui et al.(2009) conforme apresentados nas
equações (17) e (18):
(17)
51
(18)
onde sdentro é o maior desvio padrão obtido por um mesmo analista sob um período
de tempo fixo sentre é o maior desvio padrão obtido entre diferentes analistas sob um
período de tempo variado, ambos em um determinado nível de concentração de
metanol.
Já para avaliar a robustez do método de mimetização de matriz, realizou-se
os experimentos apresentados na tabela 9. Foi escolhido as amostras B3 e D1
porque estas apresentaram a mais baixa concentração e a mais alta concentração
de metanol entre as 10 amostras de estudo.
Tabela 9 - Delineamento experimental para avaliação da robustez do método de matriz mimetizada
Experimento Parte experimental A Comparação do coeficiente de correlação entre curvas analíticas ensaiadas
em um intervalo de 3 meses B Ensaio da amostra B3 em duas curvas analítica de baixa concentração C Ensaio da amostra B3 em duas curvas analítica de alta concentração D Ensaio da amostra B3 em curva analítica de alta concentração utilizando a
massa de 150 ± 50 mg. E Ensaio da amostra B3 em curva analítica de alta concentração utilizando a
massa de 300 ± 50 mg. F Ensaio da amostra B3 em curva analítica de alta concentração utilizando a
massa de 450 ± 50 mg. G Diluição da amostra D1 em água destilada em uma proporção de 1:8 (m/m) e
posterior quantificação em curva analítica de alta concentração H Diluição da amostra D1 em água destilada em uma proporção de 1:4 (m/m) e
posterior ensaio quantificação em curva analítica de alta concentração I Diluição da amostra D1 em água destilada em uma proporção de 1:2 (m/m) e
posterior quantificação em curva analítica de alta concentração Fonte: Produção do próprio autor.
Para a obtenção da estimativa da incerteza de medição, primeiramente foram
identificadas as fontes de incerteza que por ventura comprometem a confiabilidade
do método desenvolvido. Neste caso, utilizou-se a ferramenta de qualidade
denominada diagrama de Ishikawa. Na figura 5 apresenta-se o diagrama de
Ishikawa onde as principais fontes de incerteza estão baseadas no equipamento, no
material e no fator humano. No caso dos equipamentos considerou-se a balança
analítica e o cromatógrafo. No material considerou-se a pureza do metanol. A
contribuição do fator humano para a incerteza foi incluída por meio da repetitividade
e da precisão intermediária.
52
Figura 5 - Diagrama de Ishikawa para avaliação das principais fontes de incerteza para quantificação
de metanol pelo método de mimetização de matriz
Fonte: Produção do próprio autor.
Para quantificar as fontes de incerteza de entrada e atribuir o tipo de
distribuição de probabilidade seguiu-se as instruções do Guia para expressão da
incerteza de medição (INMETRO,2003). Na tabela 10, verifica-se que as
distribuições de probabilidade para as fontes de incerteza levantadas, na
determinação do metanol pelo método de matriz mimetizada, são retangular,
normal (k) e normal.
Incerteza de
medição
Curva
analítica
Preparo das
sol. padrão
Precisão
Intermediária
Balança
analítica
Repetitividade
Diluição das
amostras
53
Tabela 10 -Fontes de incerteza e tipo de distribuição de probabilidade das para a metodologia de
determinação do teor de metanol pelo método de matriz mimetizada.
Fontes de incerteza Justificativa da distribuição de probabilidade
Distribuição de probabilidade
Incerteza da resolução da balança analítica
A resolução da balança analítica utilizada foi de 0,0001 g, sendo que a quarta casa decimal limita a medida de massa neste equipamento. A amplitude neste caso será metade da resolução limitada, ou seja, 0,00005 g.
Retangular
Incerteza da calibração RBC da balança analítica
A incerteza contida no certificado de calibração RBC da balança para a faixa de medição de massa (vide item 8.1.). Onde para realizar o cálculo da incerteza levou-se em consideração a média e o desvio padrão das medidas na faixa de calibração. Neste caso, a distribuição de probabilidade será a declarada pelo laboratório RBC ISO/IEC 17025 e o fator de abrangência, k, será em função da distribuição t-Student.
Normal(k)
Incerteza da deriva da balança analítica
Todos os equipamentos possuem um desgaste natural e assim, uma deflexão na exatidão de suas medições. A balança analítica utilizada tem sua deriva e esta pode ser levada em consideração em função da rotina de uso e sua vida útil.
Retangular
Incerteza da pureza do metanol HPLC utilizado no preparo das soluções padrão
A pureza do metanol, grau HPLC, declarada pelo fabricanteJTBaker, afeta no cálculo da concentração real da série de soluções padrão de baixa e de alta concentração. Numa faixa de amplitude de ±0,0001%massa.
Retangular
Incerteza da curva analítica para baixa e alta concentração
A curva analítica tem distribuição normal porque a sua construção é avaliada a partir da correlação da média das áreas do picos versus a concentração da solução padrão dentro de uma margem de desvio padrão aceitável entre a triplicata da injeções cromatográficas.
Normal
Incerteza da repetitividade e precisão intermediária
A repetitividade e a precisão intermediária são avaliadas porque demonstram a precisão do método em rotina como um parâmetro de aceitação de resultados por medições sucessivas em determinadas condições.
Normal
Fonte: Produção do próprio autor.
Para determinar a incerteza padrão(ui) para cada uma das fontes
identificadas no diagrama de Ishikawa definiu-se as incertezas de entrada(ux)bem
54
como o seu coeficiente de sensibilidade(ci). O valor de ui foi calculado conforme
equação 1 para as fontes de incerteza relatadas com exceção da curva analítica
onde foram utilizadas uma série de equações, 2-9.
A fonte de incerteza de entrada foi obtida a partir dos dados experimentais
de repetitividade e precisão intermediária, certificado de calibração RBC da balança,
rótulo de conformidade do metanol HPLC JTBaker, dados do manual da balança
analítica utilizada, dados da curva analítica e fator de diluição. Já o coeficiente de
sensibilidade é um parâmetro determinado por meio do cálculo da derivada parcial
do modelo matemático de medição em relação a cada variável de entrada e, na
ausência de um modelo matemático, o coeficiente de sensibilidade é tabelado como
uma unidade dimensional da fonte de incerteza de entrada.
No método de matriz mimetizada, os modelos matemáticos utilizados
restringem-se a etapa de preparação das soluções padrão de metanol para as
curvas analíticas e, portanto, faz-se necessário a aplicação da derivada parcial de
todas as componentes. As equações 19 a 22 representam o modelo matemático da
concentração real das soluções padrões preparadas para a curva analítica de alta
concentração. Já para as soluções padrão de baixa concentração preparadas tem o
modelo matemático similar sendo apenas incluso o fator de 10000 referente a
conversão de %m/m para mg/kg. As equações 20, 21 e 22 são as derivadas parciais
nas variáveis da massa de metanol medida, da pureza do metanol e da massa total
da solução padrão, respectivamente.
(19)
(20)
(21)
(22)
55
onde mm é a massa em gramas de metanol, P é a pureza do metanol, e mT é a
massa total da solução padrão expressa em gramas.
Com os valores de todas as incertezas padrão, calculou-se a soma quadrática
destes valores e em seguida, determinou-se a contribuição percentual de fonte de
incerteza padrão fornece ao método de quantificação de metanol para matriz
mimetizada. A partir dos dados de contribuição porcentagem foi possível reavaliar as
fontes de incerteza que mais impactam e até mesmo suprimir aquelas que pouco
contribuem para incerteza expandida (U95% e k=2) a ser quantificada.
Em seguida, quantificou-se a incerteza padrão combinada (uc) utilizando-se a
equação 11, onde utilizou-se a soma quadrática das incertezas padrões relatadas no
parágrafo anterior como parâmetro de entrada no cálculo.
Posteriormente, calculou-se o grau de liberdade efetivo de Welch-
Statterwaitte e a incerteza expandida (U95) para uma distribuição de probabilidade
normal. O valor de U95 representa o valor da incerteza de medição a ser declarada
na faixa de concentração de metanol em glicerina pelo método de matriz mimetizada
Ao final, quantificou-se o teor de metanol nas dez amostras de glicerina bruta
coletadas, em triplicatas verdadeiras em ambas as curvas analíticas de alta e baixa
concentração.
56
5. RESULTADOS E DISCUSSÃO
5.1. COMPOSIÇÃO QUÍMICA PARCIAL DE GLICERINA BRUTA
Na figura 6 são mostradas as fotos das amostras coletadas de glicerina bruta.
A cor aparente variou de amarelada à amarronzada e está diretamente associado à
matéria prima utilizada na produção do biodiesel. O OSD tem coloração amarelada e
o OAD tem coloração preta, e algumas usinas fazem uma mistura de matéria prima
em proporções de 70 OSD:30OAD conforme tabela 5. Para o parâmetro aspecto
verificou-se que 70% das amostras apresentaram a presença de impurezas e/ou
turbidez o que pode estar associado ao residual de catalisador, matéria-prima e
água.
Na tabela 11 apresentam-se os resultados da composição química
aproximada das amostras de glicerina bruta, analisada a partir das características de
teor de glicerol (TG), teor de água (TA), teor de cinzas sulfatadas (TCS), teor de
cloreto (TC) e teor de óleos e gorduras(TOG).
Tabela 11 – Resultados da composição química parcial das amostras de glicerinas brutas estudadas
Amostra TG, % massa* TA, % massa* TCS, % massa* TC, % massa* TOG, % massa*
A1 46,81 ± 0,44 11,25 ± 0,11 5,75 ± 0,45 4,06 ± 0,03 0,28 ± 0,01 A2 67,97 ± 1,20 10,83 ± 0,49 6,37 ± 0,04 4,70 ± 0,02 1,64 ± 0,16 A3 50,41 ± 1,75 12,43 ± 0,03 5,23 ± 0,34 3,20 ± 0,01 0,26 ± 0,07 B1 65,40 ± 0,57 7,09 ± 0,11 6,91 ± 0,05 5,15 ± 0,03 4,60 ± 0,05 B2 51,18 ± 0,28 5,90 ± 0,25 6,86 ± 0,20 1,15 ± 0,03 0,17 ± 0,04 B3 56,37 ± 0,88 18,48 ± 0,40 4,75 ± 0,27 0,60 ± 0,03 0,65 ± 0,07 C1 56,82 ± 0,62 13,71 ± 0,87 8,05 ± 0,23 3,38 ± 0,02 1,49 ± 0,05 C2 55,74 ± 1,52 13,65 ± 0,25 7,96 ± 0,06 0,30 ± 0,01 0,90 ± 0,04 D1 34,37 ± 0,91 0,27 ± 0,00 3,62 ± 0,16 5,78 ± 0,03 1,19 ± 0,05
57
*Valor reportado = média das medições ± desvio padrão Fonte: Produção do próprio autor
Houve variação significativa entre os resultados de cada característica
avaliada de acordo com o teste-t uni caudal com α=0,05 e isto demonstra que a
glicerina bruta oriunda da produção do biodiesel pode ter uma grande diversidade de
composição.
D2 Teste t-
uni caudal
58,68 ± 0,45 0.32 < 2.13
7,17 ± 0,72 0.32 < 2.13
3,54 ± 0,12 0.32 < 2.13
4,81 ± 0,03 0.31 < 2.13
0,23 ± 0,05 0.27 < 2.13
58
Figura 6- Fotos das amostras de glicerina para o ensaio de cor aparente e aspecto visual. A1: cor amarelada e aspecto límpido isento de impurezas; A2: cor amarelada e aspecto límpido com de
impurezas; A3: cor amarelada e aspecto límpido com de impurezas; B1: cor amarronzada e aspecto límpido isento de impurezas; B2: cor amarronzada e aspecto límpido isento de impurezas;
B3: cor amarelada e aspecto turvo isento de impurezas; C1: cor amarelada e aspecto turvo isento de impurezas; C2: cor acastanhada e aspecto límpido isento de impurezas; D1: cor amarronzada
e aspecto turvo com impurezas; D2: cor amarronzada e aspecto turvo com impurezas.
Fonte: Produção do próprio autor
59
O teor de glicerol manteve-se abaixo de 70 % (m/m) para todas as amostras,
sendo que a glicerina bruta D1 apresentou a menor concentração do grupo, em
torno de 34 %(m/m). Portanto, todas as amostras estão fora do padrão estabelecido
pelo MAPA (2014), de mínimo 80%(m/m) de glicerol na glicerina bruta para uso
como suplemento de ração animal.
Para o teor de água observa-se uma grande dispersão de valores, sendo que
a amostra B3 apresentou a maior concentração, aproximadamente 18,5 %(m/m), em
contrapartida, a amostra D1 apresentou a menor concentração, cerca de 0,3
%(m/m). Esta variedade de resultados pode estar relacionada ao emprego da etapa
unitária de secagem na purificação da glicerina bruta, o que ocasionaria uma
redução drástica do teor de água.
Por outro lado, o teor de cinzas sulfatadas variou de 3,5 a 8,0 %(m/m) e se
deve a uma menor ou maior perda do catalisador alcalino utilizado na
transesterificação, além da presença de outros metais no processo, tais como,
potássio, magnésio, cálcio e sódio. Os valores de cinzas sulfatadas são limitados em
até 8 % (m/m) como matéria mineral pelo MAPA(2014).
Todas as amostras apresentaram um teor de cloreto abaixo de 6%massa. O
uso de ácido clorídrico diluído que neutraliza o catalisador residual do processo pode
estar relacionado à eficiência do processo de lavagem do biodiesel. Até o momento
não há uma especificação para este parâmetro, porém um elevado teor de cloreto
pode ocasionar reações paralelas na purificação da glicerina bruta em função da sua
alta solubilidade em água e, principalmente devido à corrosividade e reatividade
deste ânion.
Para a característica teor de óleos e gorduras totais, 4 amostras
apresentaram valores acima de 1 %(m/m). O TOG representa o teor de matéria
prima oleaginosa na mistura glicerinosa que não foi convertida na reação de
transesterificação e residual de biodiesel e, portanto, representa a perda de
rendimento no balanceamento reacional no processo.
De um modo geral, o perfil químico das amostras demonstra uma grande
diversidade de composição, o que pode estar relacionado ao processo de produção
do biodiesel, bem como o emprego de técnicas de purificação da glicerina bruta.
Esta diferença de composição das amostras estudadas mostra a necessidade de
60
caracterização completa e isso ratifica para uma percepção ampla do efeito de
matriz na determinação quantitativa do metanol.
5.2. DESENVOLVIMENTO DO MÉTODO PARA QUANTIFICAÇÃO DO
TEOR DE METANOL POR CROMATOGRAFIA À GÁS
5.2.1. Teste do método com sobreposição de matriz
Baseando-se nas condições analíticas proposta na norma EN14110:2003,
testou a aplicação do método de sobreposição de matriz para quantificar o teor de
metanol. A norma foi empregada e obteve-se um cromatograma típico para a
quantificação do metanol, sendo um pico definido e sem sobreposição que foi
detectado em tempo de retenção de 4 minutos, e a sua linha base não apresentou
interferências (figura 7).
Figura 7- Cromatograma obtido da amostra de glicerina bruta A1 a partir das condições
cromatográficas especificadas da norma europeia EN14110:2003.
0 2 4 6 8 10
0
2
4
6
Inte
nsid
ad
e /
104
(u.a
.)
Tempo de retençمo (min.)
Fonte: Produção do próprio autor.
Para este método foi construída uma curva analítica de calibração na faixa de
concentração de 0,05 % (m/m) até 10 % (m/m), conforme apresentado na figura 8. A
61
equação linear da curva analítica apresentou um coeficiente de correlação (r²)
satisfatório e em acordo com a norma EN14110( r² ≥0,9500).
Figura 8- Curva analítica obtida para a quantificação do metanol em glicerina bruta a partir do método
EN14110:2003.
0 2 4 6 8 10
0
6
12
18
Are
a/1
06(u
.a.)
Conc. de metanol (% massa)
Equacao y = a + b*x
r² 0,99989
a 6792,3672
b 1,55418E6
Fonte: Produção do próprio autor.
Esta curva analítica foi adotada para determinar o teor de metanol na amostra
A1 e o resultado médio foi de 0,10 ± 0,01 % massa. Em seguida, avaliou-se a
resposta do pico do metanol nas condições cromatográficas estabelecidas pela
norma EN14110, fortificando-se a amostra A2 com dois níveis de concentração, 1,0
%(m/m) e 5,0 % (m/m) conforme apresentado na Tabela 12.
Tabela 12–Resultados obtidos para os ensaios de recuperação a partir da amostra A2 utilizando o
método EN14110:2003.
Fortificação C3, % massa C2, % massa C1, % massa Recuperação, %
1 1,04 0,10 0,26 15,3 2 5,12 0,98 17,0
Fonte: Produção do próprio autor
Analisando-se os resultados apresentado na Tabela 12 verifica-se que a
recuperação foi de 15 e 17%, respectivamente para os níveis de fortificação de
62
1,0 % (m/m) e 5,0 % (m/m) de metanol. O INMETRO (2011) estabelece o critério de
recuperação admissível na faixa de 70 a 120 %. Portanto, a metodologia baseada na
norma EN14110 mostrou-se não apropriada para a quantificação direta de metanol
em glicerina bruta. Estes resultados podem estar diretamente relacionados com o
efeito de matriz, que impede que todo o metanol presente na amostra passe para a
fase vapor e/ou ao fato de que as variáveis temperatura de equilíbrio, tempo de
equilíbrio e tamanho da amostra não estão otimizadas.
É importante ressaltar que a norma EN14110 está baseada na calibração
externa com sobreposição de matriz e, em princípio, o resultado deveria ser na faixa
de recuperação aceitável já que a matriz empregada é a própria amostra A1. O teor
de metanol encontrado foi de 0,1035 % massa e corresponde a 82% do valor
encontrado na metodologia validada neste trabalho (vide seção 5.3.), portanto dentro
da faixa de recuperação aceitável.
Considera-se ainda que para a sobreposição de matriz a eliminação do
metanol se dá por aquecimento da amostra de glicerina bruta e isso implica sempre
na remoção da umidade da amostra e, portanto, a matriz não será sobreposta.
Neste sentido, o efeito de matriz se tornaria mais pronunciado nas amostras
fortificadas, justificando os baixos valores de recuperação encontrados.
Portanto, no caso de amostras de glicerina bruta de composição distinta,
pode-se supor que o efeito de matriz deve ser considerado nos resultados analíticos.
Diante disso, os resultados apresentados por ZACARONI (2010) devem ser
avaliados com cautela em função dos erros analíticos associados ao uso de uma
norma inapropriada para a glicerina.
5.2.2. Desenvolvimento e validação do método com matriz
mimetizada
Diante da baixa recuperação obtida no método EN14110:2003 buscou-se
otimizar as condições de temperatura de equilíbrio, tempo de equilíbrio e alíquota de
fase vapor na amostragem headspace com o emprego de um planejamento fatorial
completo 3³. Ao término da execução, em triplicatas verdadeiras, dos 27
experimentos do planejamento fatorial completo 3³, verificou-se que o tempo de
63
retenção do metanol para todos os experimentos foi de 3,9 minutos e isto demonstra
que o analito foi quantificado sem interferências de linha base e sobreposição de
picos nesta região de interesse (figura 9).
Figura 9- Cromatogramas para vinte e sete réplicas do experimento fatorial 3³ a partir da leitura da
solução padrão de 10 %(m/m)
3,80 3,85 3,90 3,95 4,00 4,05 4,10 4,15 4,20
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
0 2 4 6 8 10
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
Inte
nsid
ad
e / 1
06
u.a
Tempo de retençao / min
Inte
nsid
ade x
106
Tempo de retencao (min.)
Fonte: Produção do próprio autor.
Obteve-se o valor de área média do pico do metanol e este valor é a
referência de área para o experimento efetuado. E desta forma, produz-se a matriz
fatorial de respostas que é a base para estimar o modelo matemático teórico do
planejamento fatorial 3³ (tabela 13). A equação padrão para este planejamento
fatorial 3³ é dado (23):
(23)
onde b0 é o valor populacional da média de todas as repostas de área de metanol
obtidas em todos os experimentos; b1 é o coeficiente relacionado a variável X1; X1 é
variável temperatura de equilíbrio, ºC; b2 é o coeficiente relacionado a variável X2; X2
64
é a variável tempo de equilíbrio, min.; b3 é coeficiente relacionado a variável X3; X3 é
a variável da alíquota de fase vapor, µL; b12 é o coeficiente relacionado a interação
das variáveis X1X2; b13 é o coeficiente relacionado a interação das variáveis X1X3;
b23 é o coeficiente relacionado a interação das variáveis X2X3 e b123 é o coeficiente
relacionado a interação das variáveis X1X2X3.
Posteriormente, tratou-se os dados da Tabela 13 e obteve-se os coeficientes
do modelo de regressão linear múltipla que estão apresentados na Tabela 14.
As interações de segunda ordem TT (X1²), VV (X3²), PV (X2X3) e a interação
de terceira ordem TPV (X1X2X3) não foram significativas porque o intervalo dos
limites superiores de controle (UCL) e LCL (inferiores de controle) passa pelo zero e
os seus respectivos coeficientes foram desconsiderados (BRERETON, 2003).
Assim, obteve-se o modelo matemático apresentado na equação 24:
(24)
O coeficiente de correlação do modelo matemático quadrático foi de 0,9464, e
considera-se satisfatório para o planejamento fatorial 3³ (BRERETON, 2003).
65
Tabela 13 - Matriz de coeficientes e resposta do planejamento fatorial 3³ no método com matriz mimetizada
Fonte: Produção do próprio autor
Tabela 14 - Coeficientes do modelo matemático obtido a partir do planejamento fatorial total 3³ no método com matriz mimetizada
b0 b1 b2 b3 b11 b22 b33 b12 b13 b23 b123
Coeficiente 6,63E+06 3,64E+05 1,53E+06 5,80E+05 -1,25E+05 -1,55E+06 2,38E+03 -4,10E+05 -2,30E+05 -5,08E+04 -1,26E+05
s 1,15E+05 5,33E+04 5,33E+04 5,33E+04 9,24E+04 9,24E+04 9,24E+04 6,53E+04 6,53E+04 6,53E+04 8,00E+04
LCL 6,48E+06 2,58E+05 1,43E+06 4,73E+05 -3,09E+05 -1,73E+06 -1,82E+05 -5,40E+05 -3,60E+05 -1,81E+05 -2,85E+05
UCL 6,94E+06 4,70E+05 1,64E+06 6,86E+05 5,92E+04 -1,36E+06 1,87E+05 -2,80E+05 -9,94E+04 7,94E+04 3,39E+04
Fonte: Produção do próprio autor
Experimento T P V TT PP VV TP TV PV PTV Área média 1 -1 -1 -1 1 1 1 1 1 1 -1 2209390,9 2 -1 -1 0 1 1 0 1 0 0 0 2657449,7 3 -1 -1 1 1 1 1 1 -1 -1 1 3391634,7 4 -1 0 -1 1 0 1 0 1 0 0 5525555,8 5 -1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 6431514,7 6 -1 0 1 1 0 1 0 -1 0 0 7336062,7 7 -1 1 -1 1 1 1 -1 1 -1 1 5440828,5 8 -1 1 0 1 1 0 -1 0 0 0 6120585,8 9 -1 1 1 1 1 1 -1 -1 1 -1 7584744,0
10 0 -1 -1 0 1 1 0 0 1 0 2322218,2 11 0 -1 0 0 1 0 0 0 0 0 3426971,8 12 0 -1 1 0 1 1 0 0 -1 0 4191798,8 13 0 0 -1 0 0 1 0 0 0 0 6554797,0 14 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 6649970,0 15 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 7259931,8 16 0 1 -1 0 1 1 0 0 -1 0 6719485,4 17 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 6913279,7 18 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0 7061038,5 19 1 -1 -1 1 1 1 -1 -1 1 1 3978271,6 20 1 -1 0 1 1 0 -1 0 0 -1 4592900,1 21 1 -1 1 1 1 1 -1 1 -1 -1 5134107,8 22 1 0 -1 1 0 1 0 -1 0 0 6389751,5 23 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 6982972,7 24 1 0 1 1 0 1 0 1 0 0 6502563,8 25 1 1 -1 1 1 1 1 -1 -1 -1 5999209,4 26 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 6559494,2 27 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 7111665,3
66
Analisando a Tabela 13, constata-se que os experimentos 6, 9, 14, 15, 18 e
27 apresentam os maiores valores de área do pico do metanol. Nestes experimentos
o volume de fase vapor injetada foi de 500 µL, demonstrando que a contribuição da
variável volume de injeção tem uma proporcionalidade direta na área de metanol
obtida. Em face disto, optou-se pela metodologia de composto central para otimizar
a temperatura e o tempo de equilíbrio. Para tanto, obteve-se a fração 32 do
planejamento fatorial 3³ , conforme representação na figura 10.
Figura 10 – Planejamento fatorial fracionado com composto central do planejamento fatorial completo
3³ no método de mimetização de matriz. T = Temperatura de equilíbrio e P = tempo de equilíbrio
Fonte: Produção do próprio autor.
A partir destes experimentos, foi possível elaborar um modelo matemático
empírico que demonstra a melhor reposta, ou seja, a maior área de metanol dentro
da variabilidade das condições de temperatura (T) e tempo de equilíbrio (P). A partir
do modelo matemático empírico do composto central, as interações de T e P são
demonstradas pela superfície de reposta (figura 11).
Analisando-se a superfície de resposta verifica-se que nos patamares P -1 a
0,5 ocorre um aumento acentuado de área do metanol e, por outro lado, de 0,5 a 1
há uma diminuição na área do metanol, demonstrando que a variável P contribuiu
positivamente para o sistema até o tempo de equilíbrio de 12 minutos e, a partir
deste ponto, há uma perturbação no sistema que pode contribuir para degradação
do metanol ou potencializar a reatividade do metanol com outros componentes
presentes na glicerina bruta, como por exemplo, sais de sódio, com a formação de
67
sais orgânicos estáveis, o metóxido de sódio, negligenciando-se assim, a sua efetiva
quantificação.
Esta hipótese é reforçada em função dos baixos valores de recuperação
obtidos pelo método EN14110, onde o tempo de equilíbrio foi superior a 12 minutos,
totalizando 45 minutos a 80 ºC de temperatura de equilíbrio. Contudo, para a
variável T, verifica-se que no intervalo de -1 a 0 ocorre aumento da área do metanol,
enquanto que nos patamares de 0 a 1 permanece praticamente constante.
Figura 11 - Superfície de resposta das condições otimizadas da amostragem headspace do metanol
para o método com matriz mimetizada. T = Temperatura de equilíbrio e P = tempo de equilíbrio
Fonte: Produção do próprio autor.
Portanto, de acordo com o modelo matemático, a melhor condição
experimental para amostragem headspace foi tempo de equilíbrio de 12 minutos,
temperatura de equilíbrio de 80 ºC, com volume de fase de vapor de 500 µL.
Com esta condição otimizada, analisou-se em triplicatas verdadeiras uma
série de soluções padrão de baixa e alta concentração, preparadas em matriz
mimetizada. Os coeficientes de correlação linear (r²) obtidos foram de 0,9988 e
0,9792, respectivamente, para as curva de baixa e alta concentração, mostradas nas
figuras 12a e 12b. Ambos os valores de r² são aceitáveis para técnica analítica
aplicada, pois apresentam valores acima de 0,9500.
68
Figura 12- Curvas analíticas para o método de calibração externa com matriz mimetizada. (a) Curva analítica na faixa de
baixa concentração e (b) Curva analítica na faixa de alta concentração
0 1000 2000 3000 4000 5000
0
1
2
3
4
Áre
a /
105
(u.a
)
Conc. de metanol / mg/kg
Equação y = a + b*x
r² 0,99931
a -5016,5759
b 80,48232
(a)
0 2 4 6 8 10
0
2
4
6
8
rءe
a / 1
06
(u
.a)
Conc. de metanol / % massa
Equaçمo y = a + b*x
r² 0,97919
a 100898,677
b 800061,404
(b)
Fonte: Produção do próprio autor.
A homocedasticidade de ambas as curvas analíticas foi avaliada usando a
ferramenta estatística ANOVA de fator único (α = 0,05). Verificou-se que para a
curva de alta concentração o valor de Fcal. foi de 6,11 x 10-10 e o Ftab.de 4,747225
(valorp = 0,9999) e que para curva baixa o valor de Fcal. foi de 1,66 x 10-7 e o Ftab.de
4,964603 (valorp = 0,9997). Isto demonstra que para ambas as curvas analíticas não
há variação significativa entre os valores de concentração estimados(Ŷ) a partir da
equação obtida na regressão linear e os valores de concentração real das soluções
padrão preparadas (Y) (Fcal.<Ftab. e valorp ≥ 0,05). Desta forma o modelo matemático
da regressão linear mostra-se adequado para a quantificação do metanol.
Determinou-se o LD e o LQ de acordo com as instruções do INMETRO (2011)
partindo-se da solução do branco. Na tabela 15 apresentam-se os resultados da
setuplicata dos ensaios de quantificação de metanol na solução branco da matriz
mimetizada. Neste caso, obteve-se LD e LQ de 0,0003 % (m/m) e de 0,0004 %
(m/m), respectivamente e sendo apropriados para quantificar o valor exigido pela
legislação.
Tabela 15- Resultados obtidos a partir da solução do branco no método com matriz mimetizada
69
Replicata Teor de metanol, %(m/m)
1 0,0001 2 0,0002 3 0,0002 4 0,0002 5 0,0002 6 0,0002 7 0,0002
Média 0,0002 Desvio padrão 0,00003
Fonte: Produção do próprio autor
O teste de recuperação foi realizado com as amostras A2, B3 e D1 em dois
níveis de fortificação. Os resultados são mostrados na Tabela 16.
Tabela 16 - Resultados do ensaio de recuperação para amostras A2, B3 e D1 com os níveis de
fortificação 0,25 %(m/m) e 1,50 %(m/m) utilizando o método com matriz mimetizada.
Amostra C3 C2 C1 Recuperação, % A2 nível 1 0,21
0,02 0,22 98
A2 nível 2 1,44 1,46 100 B3 nível 1 0,31
0,14 0,39 80
B3 nível 2 1,50 1,47 89 D1 nível 1 0,23
11,72 11,94 100
D1 nível 2 1,54 13,53 102 Fonte: Produção do próprio autor
Os resultados de recuperação mostraram-se satisfatórios em atendimento ao
critério do INMETRO (2011), com valores dentro da faixa de 70 a 120 %.
Avaliou-se o parâmetro exatidão através da comparação da resposta do
método de calibração externa com matriz mimetizada e o método de adição padrão
em 3 níveis. Utilizou-se as amostras B3 e D1 em virtude de apresentarem
características físico-químicas distintas e a concentração de metanol em níveis
diferentes. Após injetar em triplicata a amostra pura e as amostras fortificadas
obteve-se as curvas analíticas de adição de padrão para as glicerinas B3 e D1,
apresentadas nas figuras 13a e 13b, respectivamente. Para a amostra B3 o
coeficiente de correlação linear (r²) foi de 0,99726 e para a amostra D1 o r² foi de
0,99887.
O teor de metanol extrapolado pela equação da reta foi de 0,14 % (m/m) e
11,74 %(m/m) para as amostras B3 e D1, respectivamente. Tendo estes valores
70
como sendo a concentração real de metanol para ambas as amostras, calculou-se o
erro relativo (ER) da concentração de metanol obtido pelo método com matriz
mimetizada. O ER calculado foi de 1,6 % e 0,1 % para as glicerinas B3 e D1,
respectivamente. Para a técnica de cromatografia à gás, aceita-se valores de ER de
no máximo 2 %, portanto, o resultado de ambas as amostras é satisfatório (SKOOG
et al., 2002).
Figura 13- Curva analítica obtida pelo método de adição padrão da amostra B3(a) e D1(b) a partir das
condições de amostragem headspace de temperatura de equilíbrio de 80 ºC, tempo de equilíbrio de
12 minutos e fase vapor de 500 µL.
-0,5 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5
0
1
2
3
Áre
a /
106
(u.
a.)
Conc. de metanol / % massa
Equação y = a + b*x
r² 0,99726
a 119921,02
b 817617,45
(a)
-12 -11 -10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Area/106
(u.a.)
Conc. de metanol / % massa
Equação y = a + b*x
r² 0,99887
a 7,77708E6
b 662141,88
(b)
Fonte: Produção do próprio autor.
Os resultados obtidos no estudo de repetitividade e precisão intermediária
para o método de matriz mimetizada estão apresentados no anexo 10.3. O desvio
padrão relativo (DPR%) de todos os ensaios obtidos pelos analistas foram menores
ou iguais a 2,0% demonstrando precisão satisfatória no estudo de repetitividade e
precisão intermediária.
A repetitividade para baixa, média e alta de concentração de metanol foi de
0,003 % (m/m), 0,051 %(m/m) e 0,262 % (m/m), respectivamente. Estes valores são
empregados para avaliação da precisão das réplicas obtidas em rotina analítica de
uma mesma amostra de glicerina bruta, analisada por um mesmo analista em um
curto espaço de tempo. Os valores de precisão intermediária obtidos foram de
0,006 % (m/m), 0,058 % (m/m) e 0,297 % (m/m) para os níveis de baixo, médio e
71
alto, respectivamente. Estes valores são aplicados para avaliar réplicas verdadeiras
do teor de metanol obtidas entre diferentes analistas ou diferentes períodos de
tempo para uma mesma amostra de glicerina bruta.
Para a avaliação da robustez do método de matriz mimetizada, primeiramente
avaliou-se a estabilidade das curvas analíticas em um espaço de tempo de 3 meses.
As tabelas 17 e 18 apresentam os resultados das curvas analíticas de baixa e alta
concentração, respectivamente.
Tabela 17- Estudo de robustez para avaliação de diferentes curvas analíticas de baixa concentração
em um espaço de tempo de 3 meses com as mesmas soluções padrão para o método de matriz
mimetizada
Metanol / mg/kg Área do pico - 1º mês Área do pico- 3º mês 0 4026 4300 297 18941 17897 494 33853 33785 1133 80198 88110 2391 188116 166253 4997 398282 405778
Fonte: Produção do próprio autor.
Tabela 18 - Estudo de robustez para avaliação de diferentes curvas analíticas de alta concentração
em um espaço de tempo de 3 meses com as mesmas soluções padrão para o método de matriz
mimetizada
Metanol / % (m/m) Área do pico - 1ºmês Área do pico - 3º mês 0,0000 4026 4300 0,4997 386048 384966 1,0765 814183 853269 2,0285 1659869 1769514 4,0080 3465465 3570358 5,9883 5643008 5820898 9,9356 7568443 7944207
Fonte: Produção do próprio autor.
No intervalo de três meses, o coeficiente de correlação da curva de baixa foi
de 0,9995 para o 1º mês e 0,9958 no 3º mês. Já para a curva de alta foram obtidos
r² de 0,9827 e 0,9916 para o 1º mês e 3º mês, respectivamente. Todas as curvas
analíticas apresentaram r² acima de 0,950 e desta forma, pode-se aplicar uma
periodicidade de 3 meses para uso de uma mesma curva analítica na quantificação
do metanol pelo método de matriz mimetizada. Para aumentar esta periodicidade
deve-se realizar estudos adicionais com outro intervalo de tempo e também
72
implementar a verificação intermediária do cromatógrafo com material de referência
certificado.
Na tabela 19 apresentam-se os resultados da concentração de metanol para
a amostra B3 em diferentes curvas analíticas e intervalo de 3 meses. Para ambas as
curvas analíticas, baixa e alta concentração, verifica-se que os valores de DPR
estão abaixo de 2% para um intervalo de 3 meses e, portanto, são estáveis e os
resultados obtidos em suas quantificações são satisfatórios.
Tabela 19 - Estudo de robustez para avaliação na quantificação do teor de metanol na amostra de
glicerina B3 em diferentes curvas analíticas para baixa e alta concentração no período de três meses.
Curva de baixa concentração, %(m/m) Curva de alta concentração, %(m/m)
Repetições Curva 1º mês Curva 3ºmês Repetições Curva 1º mês Curva 3ºmês
1ª 0,1446 0,1402 1ª 0,1386 0,1409 2ª 0,1456 0,1416 2ª 0,1396 0,1418 3ª 0,1431 0,1429 3ª 0,1401 0,1414
Média 0,14 0,14 Média 0,14 0,14 s 0,0013 0,0014 s 0,0008 0,0005
DPR(%) 0,87 0,95 DPR(%) 0,55 0,32 Fonte: Produção do próprio autor.
Na tabela 20, apresenta-se a avaliação da robustez do método frente a
variação de massa de amostra. Os dados mostram que a alíquota não afeta a
quantificação do teor de metanol, haja vista que o DPR de todos os experimentos D,
E e F apresentaram-se abaixo de 2% na faixa de concentração estudada.
Tabela 20 - Estudo de robustez para avaliação da variação de massa de amostra na quantificação do
teor de metanol na amostra de glicerina B3 em curva analítica de alta concentração pelo método de
matriz mimetizada.
Repetições Experimento D
(150±50mg) Experimento E
(300±50mg) Experimento F (450±50mg)
1ª 0,1386 0,1465 0,1428
2ª 0,1396 0,1422 0,1438 3ª 0,1401 0,1435 0,1440
Média 0,14 0,14 0,14 Desvio padrão 0,0008 0,0022 0,0006
DPR(%) 0,55 1,53 0,45 Fonte: Produção do próprio autor
73
Na tabela 21 apresentam-se os resultados de robustez para avaliação do fator
de diluição a ser empregado em amostras cujo valor ultrapasse a faixa de trabalho,
ou seja, acima de 10,0% massa. Analisando-se os resultados, verifica-se quepara as
diluições 1:8 e 1:4 (m/m) o DPR está abaixo de 2% e, portanto, a diluição não afeta
significativamente a quantificação do metanol. Porém, para a diluição de 1:2 m/m
verifica-se um erro relativo de 3,74%, logo os resultados obtidos nesta diluição
devem ser avaliados com cautela pois, nos extremos da curva analítica os erros são
mais pronunciados (SKOOG et al.,2012).
Tabela 21– Estudo de robustez para avaliação de diferentes fatores de diluição da amostra na
quantificação do teor de metanol em %(m/m) da amostra de glicerina D1 em curva analítica de alta
concentração pelo método de matriz mimetizada.
Repetições Experimento G (1/8) Experimento H (1/4) Experimento I (1/2)
1ª 11,7900 11,6950 11,2500 2ª 11,6170 11,5908 11,4358 3ª 11,6120 11,7800 11,2276
Média 11,6700 11,6900 11,3000 Desvio padrão 0,1014 0,0948 0,1143
DPR(%) 0,87 0,81 1,01 Erro relativo(%) 0,60 0,42 3,74
Fonte: Produção do próprio autor.
Diante dos estudos, verifica-se que a robustez do método de matriz
mimetizada mostrou-se satisfatória quando utilizada nas seguintes condições:
variação trimestral de curva analítica de baixa e alta concentração, variação da
massa da amostra na faixa de 150 mg a 450 mg e o fator de diluição na faixa de 1:4
a 1:8 (m/m). Quaisquer adaptações ou alterações nas condições validadas e das
condições de robustez acarretarão em uma nova validação do método de matriz
mimetizada.
A estimativa da incerteza de medição do método de matriz mimetizada está
apresentada no anexo 10.6 para a faixa de 0 a 5000 mg/kg de metanol, de 0,5
%(m/m) a 10,0 %(m/m) de metanol sem diluição da amostra e de ≥ 10,0 %(m/m) de
metanol com diluição da amostra. Nos anexos 10.4 e 10.5 estão as planilhas da
estimativa de incerteza do preparo das soluções padrão de baixa e alta
concentração de metanol. As principais contribuições de fonte de incerteza para o
preparo das soluções padrão são a resolução limitada da balança e a calibração
RBC da balança para a faixa de baixa concentração e já para a faixa de alta
74
concentração foram a deriva da balança e a sua calibração RBC. A pureza do
metanol não contribui significativamente para a estimativa da incerteza do preparo
das soluções padrão podendo avaliar o uso de um reagente com grau analítico
inferior ao grau HPLC.
No anexo 10.6, apresenta-se a incerteza de medição expandida (k=2 e
α=0,05) sendo de 46 mg/kg para faixa de baixa concentração. As maiores fontes de
contribuições foram a curva analítica, a precisão intermediária e a repetitividade com
76 %, 20 % e 2 %, respectivamente.
Já a incerteza de medição expandida (k=2 e α=0,05) para a faixa de
concentração de metanol sem o uso diluição prévia da amostra foi de 0,12 %(m/m) e
verifica-se que a principal fonte de contribuição foi a curva analítica com 98 %.
Para amostras com teor de metanol acima de 10,00 %(m/m), a incerteza de
medição expandida (k=2 e eα=0,05) calculada foi de 0,15 %(m/m) e as fontes
majoritárias de contribuição foram a curva analítica, a repetitividade e a precisão
com 62 %, 22 % e 15 %, respectivamente. O fator de diluição de amostras acima de
10 %(m/m) de metanol não contribui significativamente para a incerteza de medição
expandida (k=2 e α=0,05) declarada, sendo aproximadamente 0,1 %.
5.3. APLICAÇÃO DO MÉTODO NA ANÁLISE DOS TEORES DE
METANOL NAS AMOSTRAS DE GLICERINA BRUTA
Quantificou-se o teor de metanol em todas as amostras de glicerina bruta
utilizando-se ambas as curvas analíticas e os resultados são apresentados na tabela
22. As amostras A1, A2, A3, B3 e C1 apresentaram concentração de metanol abaixo
de 0.1500 %(m/m), limite de especificação atribuído pelo MAPA(2014) para as
glicerinas brutas oriundas da produção do biodiesel que podem ser utilizadas como
aditivo na ração animal.
A concentração de metanol nas amostras B1 e D1 foi de 20,51 %(m/m) e
11,84 %(m/m), respectivamente. Estes valores ultrapassam o limite superior da
curva alta. Em função disto, as amostras B1 e D1 foram diluídas em proporção 1:4
(m/m) com água destilada e suas concentrações são apresentadas na Tabela 22.
75
Utilizando a ferramenta estatística do teste-t uni caudal, verificou-se que a
diferença entre os resultados do teor de metanol na curva baixa e alta para todas as
amostras não é significativa em função do valor de tcal. (0,29) ser menor que o valor
de ttab. (1,83).
Tabela 22– Resultados dos teores de metanol nas amostras de glicerina bruta pela curva analítica de
baixa e alta concentração do método de mimetização de matriz
Amostras Resultado na curva de alta, % massa
Resultado na curva de baixa, mg/kg
A1 0,13 ±0,01 1259 ± 46 A2 0,02 ± 0,01 180 ± 46 A3 0,01± 0,01 87 ± 46 B1 20,04 ± 0,15 199970 ± 1500 B2 0,38 ± 0,01 3752 ± 46 B3 0,14 ± 0,01 1450 ± 46 C1 0,03 ± 0,01 285 ± 46 C2 0,38 ± 0,01 3799 ± 46 D1 11,72 ± 0,15 118450 ± 1500 D2 9,90 ± 0,12 98802 ± 1200
*Valor reportado = média das medições ± incerteza de medição expandida (α=0,05,k=2 e n=3) Fonte: Produção do próprio autor.
As amostras B1, D1 e D2 apresentaram os maiores níveis de concentração
%(m/m) das amostras de estudo e se as mesmas forem utilizadas com a finalidade
de suplementação animal pode levar a intoxicação dos animais e até mesmo levar a
óbito prematuramente.
Embora somente 1 amostra (10%) está com teor de metanol dentro dos
limites para exportação de acordo com as normas europeias e americanas. No
entanto, deve-se ressaltar que as amostras das usinas não são processadas para
atender essa finalidade.
76
6. CONCLUSÕES
O perfil químico das amostras de glicerina bruta estudadas mostrou
significativa variação através do teste t uni caudal (α=0,05) na composição, sendo o
teor de glicerol na faixa de 30 a 70 %(m/m), o teor de água e o teor de cloreto entre
0,2 a 20 %(m/m), o teor de cinzas abaixo de 20 %(m/m), o TOG menor que 5 %
(m/m).
O método EN14110:2003 apresentou-se linear, seletivo, mas não preciso. Os
resultados de ensaio de recuperação mostram valores insatisfatórios para a
determinação do teor de metanol, abaixo de 20 % para os níveis de fortificação
1,0 % (m/m) e 5,0 % (m/m).
No método com matriz mimetizada as condições de amostragem headspace
foram otimizadas por meio de planejamento fatorial 33 sendo determinada a máxima
resposta do pico de metanol na temperatura de equilíbrio de 80 ºC, tempo de
equilíbrio de 12 minutos e volume de fase vapor de 500 µL. O método com matriz
mimetizada nas condições otimizadas mostrou-se linear, seletivo, preciso e exato
para a quantificação do teor de metanol em glicerina bruta para faixa de 0 a 10
%(m/m) e podendo ainda ser aplicado a concentrações superiores a 10 % (m/m) por
meio da diluição das amostras com água destilada.
O teor de metanol nas dez amostras estudadas variou entre 87 mg/kg e
20,04 % (m/m), sendo que cinco amostras(A1, A2, A3, B3 e C1) apresentaram o teor
de metanol abaixo de 0,15 %(m/m). A matéria mineral expressa com cinzas
sulfatadas foi menor que 8 % (m/m) para oito amostras.
Além disso, todas as amostras apresentaram teor de glicerol inferior a
80 % (m/m) e, portanto, estão fora das especificações para uso na suplementação
da ração animal, de acordo com a legislação vigente no Brasil, dada pelo Ministério
da Agricultura, Pecuária e Abastecimento (MAPA).
77
7. SUGESTÕES DE TRABALHOS FUTUROS
Estabelecer um grupo de trabalho junto aos organismos ABNT, INMETRO ou
MAPA para buscar a certificação do método visando a publicação de uma
metodologia oficial normatizada.
Sugere-se desenvolver e validar um método com adição de padrão interno.
78
8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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ANTT n. 420/2004, de 12 de fevereiro de 2004. AGÊNCIA NACIONAL DE VIGILÂNCIA SANITÁRIA. Resolução ANVISA n.
386/1999, de 5 de agosto de 1999. ALBANO, F. M.; RODRIGUEZ, M. T. R. Validação e garantia da qualidade de
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AMERICAN OIL CHEMISTS’ SOCIETY. AOCS Ea 1-38:Sampling. 1997. _______AOCS Ea 2-38:Chloridre, sodiumandsodiumchloridre in glycerin. 1973. ______AOCS Ea 6-94: Determination of crude glycerin titrimetric method. 1997. ______AOCS Ea 7-95: Determination of de relative density 20/20 in air and of the
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digital density meter, 2003. _____ASTM D1613: Test method for acidity in volatile solvents and chemicals
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titration (sodium metaperiodate), 2010.
79
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83
9. TRATAMENTOS DE RESÍDUOS
Todos os resíduos gerados durante a execução do presente trabalho foram
segregados em frascos âmbar de vidro de 1 litro, rotulados e encaminhados para
descarte, de acordo com as normativas do Programa de Gerenciamento de
Resíduos da UFMT.
84
10. ANEXOS
10.1. CERTIFICADO DE CALIBRAÇÃO RBC DA BALANÇA
85
10.2. CERTIFICADO DE CALIBRAÇÃO RBC DA BURETA
86
10.3. ESTUDO DE REPETIVIDADE E PRECISÃO INTERMEDIÁRIA PARA O MÉTODO DE MATRIZ MIMETIZADA
Estudo de repetitividade e de precisão intermediária para o nível baixo de concentração de metanol para o método de matriz mimetizada
Nível Baixo, % massa
Réplicas Amostra A2(%massa)-1ª Semana Amostra A2 (%massa)-2ª Semana Padrão nível Baixo (%massa)-1ª Semana Padrão nível Baixo(%massa)-2ª Semana Analista 1 Analista 2 Analista 3 Analista 1 Analista 2 Analista 3 Analista 1 Analista 2 Analista 3 Analista 1 Analista 2 Analista 3
1 0,0285 0,0237 0,0254 0,0239 0,0233 0,0242 0,0545 0,0561 0,0576 0,0580 0,0557 0,0552
2 0,0284 0,0238 0,0255 0,0242 0,0235 0,0234 0,0570 0,0566 0,0571 0,0594 0,0569 0,0580
3 0,0285 0,0236 0,0259 0,0233 0,0237 0,0241 0,0559 0,0560 0,0560 0,0584 0,0559 0,0572
4 0,0274 0,0238 0,0257 0,0238 0,0232 0,0237 0,0558 0,0552 0,0572 0,0569 0,0543 0,0555
5 0,0278 0,0245 0,0248 0,0239 0,0233 0,0232 0,0556 0,0559 0,0551 0,0599 0,0567 0,0578
6 0,0280 0,024 0,0249 0,0232 0,0231 0,0233 0,0543 0,0559 0,0557 0,0588 0,0545 0,0561
7 0,0275 0,0239 0,0249 0,0240 0,0235 0,0237 0,0548 0,0540 0,0562 0,0599 0,0566 0,0571
Média 0,03 0,02 0,03 0,02 0,02 0,02 0,06 0,06 0,06 0,06 0,06 0,06
s 0,0005 0,0003 0,0004 0,0004 0,0002 0,0004 0,0009 0,0008 0,0009 0,0011 0,0011 0,0011
DPR(%) 1,7 1,2 1,7 1,6 0,9 1,6 1,7 1,5 1,6 1,9 1,9 2,0
s amostral A2: 0,0018 s amostral Padrão Nível Baixo: 0,0012
Fonte: Produção do próprio autor
Estudo de repetitividade e de precisão intermediária para o nível médio de concentração de metanol para o método de matriz mimetizada.
Nível Médio, % massa
Réplicas Amostra B3(%massa)-1ª Semana Amostra B3(%massa)-2ª Semana Padrão nível Médio(%massa)-1ª Semana Padrão nível Médio (%massa)-2ª Semana
Analista 1 Analista 2 Analista 3 Analista 1 Analista 2 Analista 3 Analista 1 Analista 2 Analista 3 Analista 1 Analista 2 Analista 3 1 0,1355 0,1420 0,143 0,1434 0,1457 0,1475 0,9906 0,9866 1,0605 1,0475 1,0277 1,0255
2 0,1366 0,1411 0,1453 0,1443 0,1469 0,1453 1,0208 1,0294 1,0284 1,0329 1,0224 1,0237
3 0,1370 0,1422 0,1466 0,1438 0,1459 0,1463 1,0205 1,0237 1,0252 1,0294 1,0216 1,0237
4 0,1379 0,1420 0,1384 0,1427 0,1433 0,1454 0,9911 0,9907 1,0390 1,0167 1,0241 0,9949
5 0,1330 0,1402 0,1452 0,1450 0,1471 0,1484 1,0223 1,0234 1,0363 1,0318 0,9993 1,0272
6 0,1346 0,1429 0,1458 0,1402 0,1454 0,1449 0,9982 1,0267 1,0336 1,0229 1,0237 0,9997
7 0,1394 0,1404 0,1466 0,1435 0,1482 0,1495 1,0234 1,0236 1,0333 1,0335 1,0189 1,0233
Média 0,14 0,14 0,14 0,14 0,15 0,15 1,01 1,01 1,04 1,03 1,02 1,02
s 0,0021 0,0010 0,0029 0,0015 0,0016 0,0018 0,0154 0,0181 0,0115 0,0096 0,0094 0,0135
DPR(%) 1,6 0,7 2,0 1,1 1,1 1,2 1,5 1,8 1,1 0,9 0,9 1,3
s amostral B3: 0,0038 s amostral Padrão Nível Médio: 0,0102
Fonte: Produção do Próprio autor
87
Estudo de repetitividade e de precisão intermediária para o nível médio de concentração de metanol para o método de matriz mimetizada. Nível Alto, % massa
Réplicas Amostra D1(%massa) - 1 ª Semana Amostra D1(%massa) - 2 ª Semana Padrão nível alto(%massa) - 1 ª Semana
Padrão nível alto(%massa) - 2 ª Semana
Analista 1 Analista 2 Analista 3 Analista 1 Analista 2 Analista 3 Analista 1 Analista 2 Analista 3 Analista 1 Analista 2 Analista 3
1 11,6835 11,6992 11,5233 11,5895 11,5997 11,5408 5,0223 5,0123 5,0233 5,0164 5,0247 5,0631
2 11,5569 11,6882 11,5944 11,7881 11,5027 11,5716 5,0298 5,0123 5,0244 5,0435 5,0297 5,0202
3 11,7342 11,7892 11,6931 11,7210 11,5251 11,5402 5,0283 5,0145 5,0245 5,0388 5,0327 5,0251
4 11,6664 11,8102 11,5946 11,8157 11,5191 11,6504 5,0201 5,0111 5,0246 5,0226 5,0221 5,0219
5 11,5234 11,8032 11,6243 11,6189 11,7345 11,6029 5,0286 5,0233 5,0297 5,0258 5,0292 5,0235
6 11,5935 11,5889 11,6943 11,6977 11,6028 11,6831 5,0248 5,0269 5,0289 5,0263 5,0315 5,0262
7 11,6234 11,5993 11,6999 11,5820 11,5946 11,5993 5,0282 5,0271 5,0301 5,0252 5,0330 5,0199
Média 11,63 11,71 11,63 11,69 11,58 11,60 5,03 5,02 5,03 5,03 5,03 5,03
s 0,0742 0,0935 0,0670 0,0942 0,0792 0,0537 0,0037 0,0072 0,0029 0,0094 0,0041 0,0154
DPR(%) 0,6 0,8 0,6 0,8 0,7 0,5 0,1 0,1 0,1 0,2 0,1 0,3
s amostral D1: 0,0502 s amostral Padrão Nível Alto: 0,0040
Fonte: Produção do próprio autor.
88
10.4. PLANILHAS DE INCERTEZA DE MEDIÇÃO DO PREPARO DE SOLUÇÕES PADRÃO PARA CURVA DE BAIXA
CONCENTRAÇÃO
Unidade
mg/kg
Incerteza
padrão
Graus de
liberdade
Valor
(+/-)Unidade Valor Unidade u i
[ ] νi
u res.Bal.metan.0,000050 g retangular 1,73 19906,816 mg/kg*g 0,574660 infinito 16,468
u cal.Bal.metan.0,000130 g normal (k) 2,00 19906,816 mg/kg*g 1,293943 infinito 83,491
u res.Bal.total0,000050 g retangular 1,73 -994,6671 mg/kg -0,028714 infinito 0,041
u cal.Bal.total0,000130 g normal (k) 2,00 -994,6671 mg/kg 0,000065 infinito 0,000
u deriva.Bal0,000150 g retangular 1,73 199068,16 mg/kg*g 0,000087 infinito 0,000
u Pur.etan.2,51E-07 g retangular 1,73 49,966158 --- 0,000000 infinito 0,000
2,01
normal
Ensaio Valor de referência
Solução padrão 5000mg/kg de metanol 4997,0000
Símbolo
Fontes de incertezaDistribuição de
probabilidadeDivisor
Coeficiente de
sensibilidade c iPorcentagem
de ContribuiçãoNome
metanol - Incert. resolução da Balança
metanol - Incert. calibração da Balança
mtotal - Incert. resolução da Balança
mtotal - Incert. calibração da Balança
Incerteza referente à deriva da Balança
Incerteza da pureza da solução de metanol
Incerteza padrão
combinada (u c )
Distribuição de
probabilidade
Graus de liberdade
(ν eff )
Fator de abrangência
(k)
Incerteza expandida (U )
(Probabilidade ≅ 95%)Unidade
1,416103 infinito 2,00 2,832206 mg/kg
89
Unidade
mg/kg
Incerteza
padrão
Graus de
liberdade
Valor
(+/-)Unidade Valor Unidade u i
[ ] νi
u res.Bal.metan.0,000050 g retangular 1,73 19913,793 mg/kg*g 0,574862 infinito 16,473
u cal.Bal.metan.0,000130 g normal (k) 2,00 19913,793 mg/kg*g 1,294397 infinito 83,518
u res.Bal.total0,000050 g retangular 1,73 -476,2680 mg/kg -0,013749 infinito 0,009
u cal.Bal.total0,000130 g normal (k) 2,00 -476,2680 mg/kg 0,000065 infinito 0,000
u deriva.Bal0,000150 g retangular 1,73 19913,793 mg/kg*g 0,000087 infinito 0,000
u Pur.etan.1,20E-07 g retangular 1,73 23,916489 --- 0,000000 infinito 0,000
2,01
normal
Ensaio Valor de referência
Solução padrão 2500mg/kg de metanol 2391,6400
Símbolo
Fontes de incertezaDistribuição de
probabilidadeDivisor
Coeficiente de
sensibilidade c iPorcentagem
de ContribuiçãoNome
metanol - Incert. resolução da Balança
metanol - Incert. calibração da Balança
mtotal - Incert. resolução da Balança
mtotal - Incert. calibração da Balança
Incerteza referente à deriva da Balança
Incerteza da pureza da solução de metanol
Incerteza padrão
combinada (u c )
Distribuição de
probabilidade
Graus de liberdade
(ν eff )
Fator de abrangência
(k)
Incerteza expandida (U )
(Probabilidade ≅ 95%)Unidade
1,416375 infinito 2,00 2,832750 mg/kg
90
Unidade
mg/kg
Incerteza
padrão
Graus de
liberdade
Valor
(+/-)Unidade Valor Unidade u i
[ ] νi
u res.Bal.metan.0,000050 g retangular 1,73 19985,35 mg/kg*g 0,576927 infinito 16,474
u cal.Bal.metan.0,000130 g normal (k) 2,00 19985,35 mg/kg*g 1,299048 infinito 83,526
u res.Bal.total0,000050 g retangular 1,73 -22,65 mg/kg -0,000654 infinito 0,000
u cal.Bal.total0,000130 g normal (k) 2,00 -22,65 mg/kg 0,000065 infinito 0,000
u deriva.Bal0,000150 g retangular 1,73 19985,35 mg/kg*g 0,000087 infinito 0,000
u Pur.etan.5,67E-08 g retangular 1,73 11,33 --- 0,000000 infinito 0,000
2,02
normal
Ensaio Valor de referência
Solução padrão 1000mg/kg de metanol 1133,2000
Símbolo
Fontes de incertezaDistribuição de
probabilidadeDivisor
Coeficiente de
sensibilidade c iPorcentagem
de ContribuiçãoNome
metanol - Incert. resolução da Balança
metanol - Incert. calibração da Balança
mtotal - Incert. resolução da Balança
mtotal - Incert. calibração da Balança
Incerteza referente à deriva da Balança
Incerteza da pureza da solução de metanol
Incerteza padrão
combinada (u c )
Distribuição de
probabilidade
Graus de liberdade
(ν eff )
Fator de abrangência
(k)
Incerteza expandida (U )
(Probabilidade ≅ 95%)Unidade
1,421397 infinito 2,00 2,842795 mg/kg
91
Unidade
mg/kg
Incerteza
padrão
Graus de
liberdade
Valor
(+/-)Unidade Valor Unidade u i
[ ] νi
u res.Bal.metan.0,000050 g retangular 1,73 19788,64 mg/kg*g 0,571249 infinito 16,474
u cal.Bal.metan.0,000130 g normal (k) 2,00 19788,64 mg/kg*g 1,286261 infinito 83,526
u res.Bal.total0,000050 g retangular 1,73 -9,71 mg/kg -0,000280 infinito 0,000
u cal.Bal.total0,000130 g normal (k) 2,00 -9,71 mg/kg 0,000065 infinito 0,000
u deriva.Bal0,000150 g retangular 1,73 19788,64 mg/kg*g 0,000087 infinito 0,000
u Pur.etan.2,48E-08 g retangular 1,73 4,91 --- 0,000000 infinito 0,000
1,98
normal
Ensaio
Incerteza referente à deriva da Balança
Incerteza da pureza da solução de metanol
Valor de referência
Solução padrão 500mg/kg de metanol 493,7000
Símbolo
Fontes de incertezaDistribuição de
probabilidadeDivisor
Coeficiente de
sensibilidade c iPorcentagem
de ContribuiçãoNome
metanol - Incert. resolução da Balança
metanol - Incert. calibração da Balança
mtotal - Incert. resolução da Balança
mtotal - Incert. calibração da Balança
Incerteza padrão
combinada (u c )
Distribuição de
probabilidade
Graus de liberdade
(ν eff )
Fator de abrangência
(k)
Incerteza expandida (U )
(Probabilidade ≅ 95%)Unidade
1,407407 infinito 2,00 2,814813 mg/kg
92
Unidade
mg/kg
Incerteza
padrão
Graus de
liberdade
Valor
(+/-)Unidade Valor Unidade u i
[ ] νi
u res.Bal.metan.0,000050 g retangular 1,73 9988,07 mg/kg*g 0,288331 infinito 16,474
u cal.Bal.metan.0,000130 g normal (k) 2,00 9988,07 mg/kg*g 0,649225 infinito 83,526
u res.Bal.total0,000050 g retangular 1,73 -2,96 mg/kg -0,000086 infinito 0,000
u cal.Bal.total0,000130 g normal (k) 2,00 -2,96 mg/kg 0,000065 infinito 0,000
u deriva.Bal0,000150 g retangular 1,73 9988,07 mg/kg*g 0,000087 infinito 0,000
u Pur.etan.2,97E-08 g retangular 1,73 2,97 --- 0,000000 infinito 0,000
0,50
normal
Incerteza padrão
combinada (u c )
Distribuição de
probabilidade
Incerteza referente à deriva da Balança
Ensaio Valor de referência
Solução padrão 300mg/kg de metanol 296,6000
Símbolo
Fontes de incertezaDistribuição de
probabilidadeDivisor
Coeficiente de
sensibilidade c iPorcentagem
de ContribuiçãoNome
metanol - Incert. resolução da Balança
metanol - Incert. calibração da Balança
mtotal - Incert. resolução da Balança
mtotal - Incert. calibração da Balança
0,710371 infinito 2,00 1,420743 mg/kg
Incerteza da pureza da solução de metanol
Fator de abrangência
(k)
Incerteza expandida (U )
(Probabilidade ≅ 95%)Unidade
Graus de liberdade
(ν eff )
93
10.5. PLANILHAS DE INCERTEZA DE MEDIÇÃO PARA DO PREPARO DE SOLUÇÕES PADRÃO PARA CURVA DE
ALTA CONCENTRAÇÃO
Unidade
%massa
Incerteza
padrão
Graus de
liberdade
Valor
(+/-)Unidade Valor Unidade u i
[ ] νi
u res.Bal.metan.0,000050 g retangular 1,73 0,01983 1/g 0,000001 infinito 0,003
u cal.Bal.metan.0,000130 g normal (k) 2,00 0,01983 1/g 0,000001 infinito 0,014
u res.Bal.total0,000050 g retangular 1,73 -0,1971 1/g -0,000006 infinito 0,275
u cal.Bal.total0,000130 g normal (k) 2,00 -0,1971 1/g 0,000065 infinito 35,903
u deriva.Bal0,000150 g retangular 1,73 0,01983 1/g 0,000087 infinito 63,734
u Pur.etan.0,000005 g retangular 1,73 0,09936 ---- 0,000003 infinito 0,071
0,00
normal
Ensaio Valor de referência
Solução padrão 10%m/m de metanol 9,9356
Símbolo
Fontes de incertezaDistribuição de
probabilidadeDivisor
Coeficiente de
sensibilidade c iPorcentagem
de ContribuiçãoNome
metanol - Incert. resolução da Balança
metanol - Incert. calibração da Balança
mtotal - Incert. resolução da Balança
mtotal - Incert. calibração da Balança
Incerteza referente à deriva da Balança
Incerteza da pureza da solução de metanol
%massa
Incerteza padrão
combinada (u c )
Distribuição de
probabilidade
Graus de liberdade
(ν eff )
Fator de abrangência
(k)
Incerteza expandida (U )
(Probabilidade ≅ 95%)Unidade
0,000108 infinito 2,00 0,000217
94
Unidade
%massa
Incerteza
padrão
Graus de
liberdade
Valor
(+/-)Unidade Valor Unidade u i
[ ] νi
u res.Bal.metan.0,000050 g retangular 1,73 0,01993 1/g 0,000001 infinito 0,003
u cal.Bal.metan.0,000130 g normal (k) 2,00 0,01993 1/g 0,000001 infinito 0,014
u res.Bal.total0,000050 g retangular 1,73 -0,1193 1/g -0,000003 infinito 0,101
u cal.Bal.total0,000130 g normal (k) 2,00 -0,1193 1/g 0,000065 infinito 35,982
u deriva.Bal0,000150 g retangular 1,73 0,01993 1/g 0,000087 infinito 63,874
u Pur.etan.0,000003 g retangular 1,73 0,05988 ---- 0,000002 infinito 0,026
0,00
normal
Fator de abrangência
(k)
Incerteza expandida (U )
(Probabilidade ≅ 95%)Unidade
0,000108 infinito 2,00 0,000217 %massa
Incerteza padrão
combinada (u c )
Distribuição de
probabilidade
Graus de liberdade
(ν eff )
metanol - Incert. resolução da Balança
metanol - Incert. calibração da Balança
mtotal - Incert. resolução da Balança
mtotal - Incert. calibração da Balança
Incerteza referente à deriva da Balança
Incerteza da pureza da solução de metanol
Símbolo
Fontes de incertezaDistribuição de
probabilidadeDivisor
Coeficiente de
sensibilidade c iPorcentagem
de ContribuiçãoNome
Ensaio Valor de referência
Solução padrão 6 %m/m de metanol 5,9883
95
Unidade
%massa
Incerteza
padrão
Graus de
liberdade
Valor
(+/-)Unidade Valor Unidade u i
[ ] νi
u res.Bal.metan.0,000050 g retangular 1,73 0,01970 1/g 0,000001 infinito 0,003
u cal.Bal.metan.0,000130 g normal (k) 2,00 0,01970 1/g 0,000001 infinito 0,014
u res.Bal.total0,000050 g retangular 1,73 -0,0790 1/g -0,000002 infinito 0,044
u cal.Bal.total0,000130 g normal (k) 2,00 -0,0790 1/g 0,000065 infinito 36,008
u deriva.Bal0,000150 g retangular 1,73 0,01970 1/g 0,000087 infinito 63,919
u Pur.etan.0,000002 g retangular 1,73 0,04008 ---- 0,000001 infinito 0,012
0,00
normal
Graus de liberdade
(ν eff )
Fator de abrangência
(k)
Incerteza expandida (U )
(Probabilidade ≅ 95%)Unidade
0,000108 infinito 2,00 0,000217 %massa
Incerteza padrão
combinada (u c )
Distribuição de
probabilidade
Incerteza referente à deriva da Balança
Incerteza da pureza da solução de metanol
Nome
Porcentagem
de Contribuição
metanol - Incert. resolução da Balança
metanol - Incert. calibração da Balança
mtotal - Incert. resolução da Balança
mtotal - Incert. calibração da Balança
Ensaio Valor de referência
Solução padrão 4%m/m de metanol 4,0080
Símbolo
Fontes de incertezaDistribuição de
probabilidadeDivisor
Coeficiente de
sensibilidade c i
96
Unidade
%massa
Incerteza
padrão
Graus de
liberdade
Valor
(+/-)Unidade Valor Unidade u i
[ ] νi
u res.Bal.metan.0,000050 g retangular 1,73 0,01996 1/g 0,000001 infinito 0,003
u cal.Bal.metan.0,000130 g normal (k) 2,00 0,01996 1/g 0,000001 infinito 0,014
u res.Bal.total0,000050 g retangular 1,73 -0,0405 1/g -0,000001 infinito 0,012
u cal.Bal.total0,000130 g normal (k) 2,00 -0,0405 1/g 0,000065 infinito 36,023
u deriva.Bal0,000150 g retangular 1,73 0,01996 1/g 0,000087 infinito 63,946
u Pur.etan.0,000001 g retangular 1,73 0,02029 ---- 0,000001 infinito 0,003
0,00
normal
Graus de liberdade
(ν eff )
Fator de abrangência
(k)
Incerteza expandida (U )
(Probabilidade ≅ 95%)Unidade
0,000108 infinito 2,00 0,000217 %massa
Incerteza padrão
combinada (u c )
Distribuição de
probabilidade
Incerteza da pureza da solução de metanol
Porcentagem
de Contribuição
metanol - Incert. resolução da Balança
metanol - Incert. calibração da Balança
mtotal - Incert. resolução da Balança
mtotal - Incert. calibração da Balança
Incerteza referente à deriva da Balança
Símbolo
Fontes de incertezaDistribuição de
probabilidadeDivisor
Coeficiente de
sensibilidade c i
Nome
Ensaio Valor de referência
Solução padrão 2%m/m de metanol 2,0285
97
Unidade
%massa
Incerteza
padrão
Graus de
liberdade
Valor
(+/-)Unidade Valor Unidade u i
[ ] νi
u res.Bal.metan.0,000050 g retangular 1,73 0,01974 1/g 0,000001 infinito 0,003
u cal.Bal.metan.0,000130 g normal (k) 2,00 0,01974 1/g 0,000001 infinito 0,014
u res.Bal.total0,000050 g retangular 1,73 -0,0212 1/g -0,000001 infinito 0,003
u cal.Bal.total0,000130 g normal (k) 2,00 -0,0212 1/g 0,000065 infinito 36,027
u deriva.Bal0,000150 g retangular 1,73 0,01974 1/g 0,000087 infinito 63,953
u Pur.etan.0,000001 g retangular 1,73 0,01076 ---- 0,000000 infinito 0,001
0,00
normal
Incerteza da pureza da solução de metanol
mtotal - Incert. calibração da Balança
Incerteza referente à deriva da Balança
Coeficiente de
sensibilidade c iPorcentagem
de Contribuição
metanol - Incert. resolução da Balança
metanol - Incert. calibração da Balança
mtotal - Incert. resolução da Balança
Símbolo
Fontes de incertezaDistribuição de
probabilidadeDivisor
Nome
Ensaio Valor de referência
Solução padrão 1%m/m de metanol 1,0765
Incerteza padrão
combinada (u c )
Distribuição de
probabilidade
Graus de liberdade
(ν eff )
Fator de abrangência
(k)
Incerteza expandida (U )
(Probabilidade ≅ 95%)Unidade
0,000108 infinito 2,00 0,000217 %massa
98
Unidade
%massa
Incerteza
padrão
Graus de
liberdade
Valor
(+/-)Unidade Valor Unidade u i
[ ] νi
u res.Bal.metan.0,000050 g retangular 1,73 0,01991 1/g 0,000001 infinito 0,003
u cal.Bal.metan.0,000130 g normal (k) 2,00 0,01991 1/g 0,000001 infinito 0,014
u res.Bal.total0,000050 g retangular 1,73 -0,0099 1/g 0,000000 infinito 0,001
u cal.Bal.total0,000130 g normal (k) 2,00 -0,0099 1/g 0,000065 infinito 36,028
u deriva.Bal0,000150 g retangular 1,73 0,01991 1/g 0,000087 infinito 63,954
u Pur.etan.2,51E-07 g retangular 1,73 0,00500 ---- 0,000000 infinito 0,000
0,00
normal
Ensaio Valor de referência
Solução padrão 0,5%m/m de metanol 0,4997
Símbolo
Fontes de incertezaDistribuição de
probabilidadeDivisor
Coeficiente de
sensibilidade c iPorcentagem
de ContribuiçãoNome
metanol - Incert. resolução da Balança
metanol - Incert. calibração da Balança
mtotal - Incert. resolução da Balança
mtotal - Incert. calibração da Balança
Incerteza referente à deriva da Balança
Incerteza da pureza da solução de metanol
Incerteza padrão
combinada (u c )
Distribuição de
probabilidade
Graus de liberdade
(ν eff )
Fator de abrangência
(k)
Incerteza expandida (U )
(Probabilidade ≅ 95%)Unidade
0,000108 infinito 2,00 0,000217 %massa
99
10.6. PLANILHA DE INCERTEZA DE MEDIÇÃO PARA O MÉTODO DE MATRIZ MIMETIZADA
Unidade
mg/kg
Incerteza
padrão
Graus de
liberdade
Valor
(+/-)Unidade Valor Unidade u
i[ ] νi
Pad 5000 2,832206 mg/kg normal 2,00 1,0000 ---- 1,41610 infinito 0,374
Pad 2500 2,832750 mg/kg normal 2,00 1,0000 ---- 1,41638 infinito 0,374
Pad 1000 2,842795 mg/kg normal 2,00 1,0000 ---- 1,42140 infinito 0,376
Pad 500 2,814813 mg/kg normal 2,00 1,0000 ---- 1,40741 infinito 0,369
Pad 300 1,420743 mg/kg normal 2,00 1,0000 ---- 0,71037 infinito 0,094
C 20,216296 mg/kg normal 1,00 1,0000 ---- 20,21630 4 76,146
r 3,400000 mg/kg normal 1,00 1,0000 ---- 3,40000 6 2,154
Pi 10,390000 mg/kg normal 1,00 1,0000 ---- 10,39000 2 20,113
536,73
normal
Incerteza da Solução padrão 500mg/kg de metanol
Ensaio Valor de referência
Teor de metanol em glicerina bruta 0 - 5000
Símbolo
Fontes de incertezaDistribuição de
probabilidadeDivisor
Coeficiente de
sensibilidade c i
Incerteza da Solução padrão 300mg/kg de metanol
Incerteza da curva analítica
Incerteza da repetitividade
Incerteza da precisão intermediária
Porcentagem
de ContribuiçãoNome
Incerteza da Solução padrão 5000mg/kg de metanol
Incerteza da Solução padrão 2500mg/kg de metanol
Incerteza da Solução padrão 1000mg/kg de metanol
Incerteza padrão
combinada (u c )
Distribuição de
probabilidade
Graus de liberdade
(ν eff )
Fator de abrangência
(k)
Incerteza expandida (U )
(Probabilidade ≅ 95%)Unidade
23,1674 Infinito 2,00 46 mg/kg
Fonte: Produção do próprio autor.
100
Unidade
%m/m
Incerteza
padrão
Graus de
liberdade
Valor
(+/-)Unidade Valor Unidade u i
[ ] νi
Pad 10% 0,000217 %m/m normal 2,00 1,0000 ---- 0,00011 infinito 0,000
Pad 6% 0,000217 %m/m normal 2,00 1,0000 ---- 0,00011 infinito 0,000
Pad 4% 0,000217 %m/m normal 2,00 1,0000 ---- 0,00011 infinito 0,000
Pad 2% 0,000217 %m/m normal 2,00 1,0000 ---- 0,00011 infinito 0,000
Pad 1% 0,000217 %m/m normal 2,00 1,0000 ---- 0,00011 infinito 0,000
Pad 0,5% 0,000217 %m/m normal 2,00 1,0000 ---- 0,00011 infinito 0,000
C 0,058978 % m/m normal 1,00 1,0000 ---- 0,05898 4 97,709
r 0,006841 % m/m normal 1,00 1,0000 ---- 0,00684 6 1,315
Pi 0,005889 % m/m normal 1,00 1,0000 ---- 0,00589 2 0,974
0,00
normal
Graus de liberdade
(ν eff )
Fator de abrangência
(k)
Incerteza expandida (U )
(Probabilidade ≅ 95%)Unidade
0,0597 Infinito 2,00 0,12 %m/m
Incerteza padrão
combinada (u c )
Distribuição de
probabilidade
Porcentagem
de ContribuiçãoNome
Incerteza da Solução padrão 10%m/m de metanol
Incerteza da Solução padrão 6%m/m de metanol
Incerteza da Solução padrão 4%m/m de metanol
Incerteza da Solução padrão 1%m/m de metanol
Valor de referência
Teor de metanol em glicerina bruta 0,5 - 10,0
Símbolo
Fontes de incertezaDistribuição de
probabilidadeDivisor
Coeficiente de
sensibilidade c i
Incerteza da Solução padrão 0,5%m/m de metanol
Ensaio
Incerteza da Solução padrão 2%m/m de metanol
Incerteza da curva analítica
Incerteza da repetitividade no nível médio
Incerteza da precisão intermediária no nível médio
Fonte: Produção do próprio autor
101
Unidade
%m/m
Incerteza
padrão
Graus de
liberdade
Valor
(+/-)Unidade Valor Unidade u i
[ ] νi
Pad 10% 0,000217 %m/m normal 2,00 1,0000 ------ 0,00011 infinito 0,00
Pad 6% 0,000217 %m/m normal 2,00 1,0000 ------ 0,00011 infinito 0,00
Pad 4% 0,000217 %m/m normal 2,00 1,0000 ------ 0,00011 infinito 0,00
Pad 2% 0,000217 %m/m normal 2,00 1,0000 ------ 0,00011 infinito 0,00
Pad 1% 0,000217 %m/m normal 2,00 1,0000 ------ 0,00011 infinito 0,00
Pad 0,5% 0,000217 %m/m normal 2,00 1,0000 ------ 0,00011 infinito 0,00
C 0,058978 % m/m normal 1,00 1,0000 ------ 0,05898 4 62,45
0,003250 % m/m normal 2,00 1,0000 ------ 0,00163 infinito 0,05
r 0,035340 % m/m normal 1,00 1,0000 ------ 0,03534 6 22,42
Pi 0,028983 % m/m normal 1,00 1,0000 ------ 0,02898 2 15,08
0,01
normal
Graus de liberdade
(ν eff )
Fator de abrangência
(k)
Incerteza expandida (U )
(Probabilidade ≅ 95%)Unidade
0,0746 Infinito 2,00 0,15 %m/m
Incerteza padrão
combinada (u c )
Distribuição de
probabilidade
Incerteza da Solução padrão 1%m/m de metanol
Incerteza da Solução padrão 0,5%m/m de metanol
Incerteza da curva analítica
Incerteza da repetitividade no nível alto
Incerteza da precisão intermediária no nível alto
Incerteza do fator de diluição da amostra
Porcentagem
de ContribuiçãoNome
Incerteza da Solução padrão 10%m/m de metanol
Incerteza da Solução padrão 6%m/m de metanol
Incerteza da Solução padrão 4%m/m de metanol
Incerteza da Solução padrão 2%m/m de metanol
Ensaio Valor de referência
Teor de metanol em glicerina bruta > 10,0
Símbolo
Fontes de incertezaDistribuição de
probabilidadeDivisor
Coeficiente de
sensibilidade c i
Fonte: Produção do próprio autor.