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Metodologia Analítica I sem/2013 – Profa Ma Auxiliadora - 1
Universidade Federal de Juiz de Fora
Instituto de Ciências Exatas
Departamento de Química
Disciplina
Metodologia Analítica QUI102
1 semestre 2013
AULA 01 (parte B)
Profa. Maria Auxiliadora Costa Matos
Download aulas: http://www.ufjf.br/nupis/
Metodologia Analítica I sem/2013 – Profa Ma Auxiliadora - 2
Dimensão
da amostra
Técnica
Analítica
Concentração
do Analito
Metodologia Analítica I sem/2013 – Profa Ma Auxiliadora - 3
QUANTO AMOSTRAR?
Três situações podem ser consideradas:
1-Universo
amostral
2-Subestações
(Linha de fabricação)
3-Dentro do
laboratório
Fora do laboratório
(Coleta)
Tomada de alíquota
para o trabalho
Redução do tamanho da amostra
O processo de amostragem deve assegurar que as
unidades amostrais sejam representativas de todo
o material ou população (universo amostral).
Amostra no contexto estatístico corresponde a
várias pequenas partes tiradas de partes
diferentes de todo o material.
Amostra bruta é a coleção de unidades amostrais
ou incrementos de amostragem.
Amostra de laboratório normalmente é obtida
através da redução em tamanho da amostra bruta
para uma quantidade de material homogêneo.
Metodologia Analítica I sem/2013 – Profa Ma Auxiliadora - 4
INCETEZAS NO PROCESSO DE AMOSTRAGEM
AMOSTRA BRUTA
Para obter uma amostra bruta representativa, um número de partículas (N) dever
amostrado. De uma forma geral a dimensão da amostra bruta depende:
a) Incerteza que pode ser tolerada entre a composição da amostra bruta e o
universo amostral
b) Grau de heterogeneidade do universo amostral
c) Tamanho das partículas que compõem o universo amostral.
1- AMOSTRAGEM DE LOTES
Para a amostragem de lotes (tambores, tanques, sacos, caixas, etc), uma equação muito
utilizada, é a raiz quadrada de N adicionada a mais uma unidade.
1
Número de
amostras
Sendo N: Total de produtos
S2 global = S2amostragem + S2
método
Metodologia Analítica I sem/2013 – Profa Ma Auxiliadora - 5
2- AMOSTRAGEM DE PARTÍCULAS
Mistura de dois componentes (Ex.1): Um medicamento comercializado na forma de
comprimidos é composto por 90 % do principio ativo (partículas A) e o restante por
excipiente (partículas B). Todas as partículas apresentam o mesmo tamanho. Qual o
número de partículas que devem compor a amostra bruta para alcançar desvio padrão
relativo percentual igual a 2%. Resposta 278 partículas.
2
1
rp
pN
)1( pNpA
Np
A
r
Sendo A: Desvio padrão do n de partículas do tipo A coletadas.
P: Probabilidade de coletar partículas A
1 - P: Probabilidade de coletar partículas B
N: n total de partículas coletadas
r: Desvio padrão relativo do n de partículas do tipo A
coletadas.
Metodologia Analítica I sem/2013 – Profa Ma Auxiliadora - 6
Mistura de dois componentes (Ex.2): Um vagão contendo minério de chumbo, composto
5% de galena (70% de Pb e d = 7,6 g/cm3) e outras partícula com pouco ou nenhum
chumbo (d = 3,5 g/cm3). Todas as partículas que compõem o minério são esféricas com
um raio de 5 mm.
Qual o número de partículas necessárias na amostra bruta para manter o erro relativo na
amostragem inferior a 0,5% ?
d = (0,057,6) + (0,95·3,5) = 3,7 g/cm3
N 6,8 x 105 partículas
Massa amostra bruta = 6,8 x 105 (partículas) ·4/3π(0,5)3 (cm3/partícula)· 3,7(g/cm3)
Massa amostra bruta = 1,3 x 106 g
22
2)1(
p
pp
d
ddppN
r
BABA
Sendo, PA: porcentagem do analito A nas partículas.
PB: porcentagem do analito B nas partículas.
dA: densidade das partículas A.
dB: densidade das partículas B.
d: densidade média do total de partículas.
r: Desvio padrão relativo da amostragem.
N: n total de partículas coletadas.
19,71007,3
7,06,705,0
p
Metodologia Analítica I sem/2013 – Profa Ma Auxiliadora - 7
COMO REDUZIR A MASSA DA AMOSTRA DE LABORATÓRIO?
Como reduzir a amostra de laboratório para 100 g?
A amostra deverá ser moída até obter partículas de 0,2 mm de diâmetro
O número de partículas na amostra
bruta é independente do tamanho
das partículas. O peso da amostra
aumenta diretamente com o volume
da (d3) da partícula
A redução do tamanho da partícula
do material amostrado afeta
grandemente o peso necessário da
amostra bruta.
A amostra de laboratório deve
conter o mesmo número de
partículas que a amostra bruta.
partículasgg
asaspartículpesomédiod /1047,1 partículas 10 x 6,8
100 4
5
3
3
/7,3 3
)(4cmg
cmrasaspartículpesomédiod
cmgcmgr 021,07,3/4
31047,1
3/1
34
Metodologia Analítica I sem/2013 – Profa Ma Auxiliadora - 8
POR QUE AS DETERMINAÇÕES SÃO NORMALMENTE
REALIZADAS EM TRIPLICATA?
N n
stN
.)1(
Fator de melhoramento
da precisão
2 12,71
3 3,04 4
4 1,83 2
5 1,39 1,3
6 1,13 1,2
Passari et al., Quim. Nova, Vol. 34, No. 5, 888-892, 2011.
A partir de 5 replicatas a precisão
melhora muito pouco.
Influencia do número de replicas na precisão
de um resultado – gráfico ( ) vs. N.
Obs.: Quanto menor S, menor será o termo expresso por t , portanto maior a precisão.
n
stx
.
Metodologia Analítica I sem/2013 – Profa Ma Auxiliadora - 9
PRESERVAÇÃO DA AMOSTRA
Preservar a amostra é evitar que a mesma se altere em suas carcterísticas, quer físicas,
químicas ou biológicas.
Atenção especial deve ser dada para método de coleta e a preservação. A integridade de
uma amostra em trânsito por longo período depende do sistema de preservação,
principalmente quando se trata de refrigeração. Várias propostas, normas e protocolos
de coletas são descritos na literatura propondo normas de preservação.
Três tipos principais de estabilidade são observados:
2) QUÍMICA:
Processos de oxidação
Decomposições catalisadas
Por temperatura
Por umidade
Por luz
Radiações ionizantes e não ionizantes
Por contato
Algumas
horas?
Analise
Trinta dias? Uma semana?
Anos?
1) FÍSICA: Facilidade de contaminação (Higroscopia)
Efeito de superfície (atração eletrostática)
Perdas por evaporação de espécies da mistura
3) BIOLÓGICA:
Aeróbica
Anaeróbica
Em meio propício
Metodologia Analítica I sem/2013 – Profa Ma Auxiliadora - 10
ALGUNS ESTUDOS DE PRESERVAÇÃO DA AMOSTRA
1-ESTABILIDADE ACELERADA*
a) Estudo a 40 (± 2) ºC e 75 (± 5)% de umidade relativa durante seis meses, com análises
em zero, 30, 60, 90 e 180 dias.
b) Estudo a 50 (± 2)ºC e 90 (± 5)% de umidade relativa, durante três meses, com análises
em zero, 30, 60 e 90 dias.
2-ESTABILIDADE DE LONGA DURAÇÃO*
a) Estudo a 30 (± 2) ºC e a 70 (± 5)% de umidade relativa, durante o período em que se
pretende comprovar a estabilidade do produto (no primeiro ano as amostras devem ser
analisadas nos tempos zero, 6, 9 e 12 meses e depois deste período, uma vez ao ano).
3-Estabilidade de média duração (temperatura de armazenamento com análises em dias
alternados).
4-Estabilidade de curta duração (Variar temperatura em ciclos de congelamento e
descongelamento).
5-Estabilidade de bancada (temperatura e luminosidade ambiente).
*Amostras farmacêuticas (resolução re 560 de 02 de abril de 2002 – anvisa – ministério da saúde, define-se para produto acabado)
Metodologia Analítica I sem/2013 – Profa Ma Auxiliadora - 11
INTRODUÇÃO A AMOSTRAGEM AMBIENTAL
O planejamento da coleta das amostras depende dos objetivos da amostragem:
Exploratória ou fiscalização - Fornecer informações preliminares sobre o sítio de
amostragem ou o material que está sendo analisado para ajudar a estabelecer as
espécies químicas de interesse e a sua faixa de concentração e variabilidade.
Monitoramento ou avaliação - Fornecer informações sobre variação da concentração de
um(ns) analito(s) especifico(s) em um determinado período de tempo ou em uma região
geográfica específica.
Amostragem preliminar
(Screening)
Amostragem suplementar
Amostragem exploratória
Dados históricos
Monitoramento mais efetivo
10 a 15% do total a ser estudado
Delineamento
10 a 15% do total a ser estudado.
Confirmação de resultados críticos e incertezas obtidas
durante o programa de monioramento.
Metodologia Analítica I sem/2013 – Profa Ma Auxiliadora - 12
PROTOCOLO DE AMOSTRAGEM
Descreve em detalhes o procedimento a ser seguida para coleta, envasamento,
identificação, transporte, estocagem e documentação das amostras. Quanto mais
especifico for protocolo de amostragem, menores as fontes de erros.
Identificação do local de amostragem;
Equipamentos e informações necessárias;
Tipo, número e tamanho dos recipientes para as amostras;
Tipo de amostragem;
Tipo e número de brancos;
Amostra spike;
Composição e tamanho da mostra;
Instruções para preservação e transporte das amostras;
Tratamento em campo (filtração, ajuste de pH, etc);
Medidas de campo (temperatura, pH, O2 dissolvido, umidade, etc).
Metodologia Analítica I sem/2013 – Profa Ma Auxiliadora - 13
FORMAS BÁSICAS DE ABORDAGENS DA AMOSTRAGEM
Três tipos primários de abordagem são descritos:
aleatória, sistemática e subjetiva.
Abordagem No de
amostras Tendência Parâmetros para seleção
Subjetiva menor maior Histórico, avaliação visual, julgamento técnico
Sistemática médio baixa Grade de padrão
Aleatória grande menor
Normalmente a amostragem aleatória é o processo mais dispendioso, porém
apresenta como vantagem a simplicidade para obtenção das amostras.
Metodologia Analítica I sem/2013 – Profa Ma Auxiliadora - 14
ABORDAGEM PRIMÁRIAS PARA AMOSTRAGEM
Amostragem Subjetiva
Amostragem Sistemática
Amostragem Aleatória
Metodologia Analítica I sem/2013 – Profa Ma Auxiliadora - 15
COMPOSIÇÃO DA AMOSTRA
AMOSTRA SIMPLES & AMOSTRA COMPOSTA (COMBINADA) Cada amostra coletada pode ser analisada individualmente. Em diferentes situações,
amostras compostas podem ser obtidas através da combinação de porções de várias
amostras.
Quando amostra composta é recomendada? Quando amostras de vários locais ou populações são analisadas para determinar se o
componente de interesse está presente.
Quando representatividade da amostra colhida no mesmo local ou populações tem de ser
melhorada através da redução dos efeitos da variância inter amostras.
Quando uma quantidade limitada de amostra disponível para analise deve ser aumentada para
alcançar desempenho analítico.
Quando o custo da analise precisa ser reduzido.
Quando amostra composta é limitada:
Quando amostra composta é utilizada, as interações entre os analitos ou organismos
devem ser cuidadosamente considerados.
Quando os objetivos da coleta é uma avaliação ou classificação preliminar, a amostra
composta poderá causar um efeito de diluição do analito para um nível de concentração abaixo do
limite de detecção.
Se os custo da amostragem são superiores aos custos da análise, a análise de cada amostra
individualmente pode ser mais rentável.
Metodologia Analítica I sem/2013 – Profa Ma Auxiliadora - 16
Quality Assurance and Quality Control (QA/QC)
Os procedimentos para controle de qualidade no laboratório conta apenas erros que possam ocorrer
após a coleta das amostras.
Os procedimentos de amostragem devem possui protocolo (QA/QC) específico para garantir que a
sequência de coleta, preservação, armazenamento e transferência das amostras está sob controle.
A coleta da amostra não deve perturbar significativamente o meio a ser amostrado, caso contrário o
universo amostral poderá ser alterado, podendo gerar resultados analíticos tendenciosos.
1 Material para coleta
Equipamentos e materiais de coleta devem ser selecionados com base no componente (analito) mais
lábil a ser analisado. Principais parâmetros a serem considerados:
Reatividade do analito (fotossensibilidade, calor, atmosfera, umidade, organismos biológicos,
metais, etc)
Volatilidade
Potencial de sorção nos matérias de coleta ou armazenamento.
2 Branco
Sempre que houver a possibilidade de introdução de material estranho na
coleta, tratamento ou no procedimento analítico, o branco deve ser analisado
para detectar esses componentes.
S2 global = S2amostragem + S2
método
Branco é uma matriz com
quantidades imensuráveis
ou negligenciáveis do
componente de interesse.
Metodologia Analítica I sem/2013 – Profa Ma Auxiliadora - 17
TIPOS DE BRANCO PARA AMOSTRAGEM AMBIENTAL
2.1 Branco de coleta (Filed blanks) são amostras com matriz similar as
amostras analisadas, porém livre do(s) analito(s), que são expostas ao ambiente
de coleta.
2.2 Branco de transporte (trip or transport blanks) – são amostras com
matriz similar as amostras analisadas, porém livre do(s) analito(s), que são
transportadas do laboratório até o campo de coleta e retornam para o
laboratório, sem serem abertas.
2.3 Branco de equipamento (trip or transport blanks) – são amostras livres
do(s) analito(s), que são utilizadas para rinsar os equipamentos de coleta.
Avaliam a contaminação
acidental durante todo o
processo (amostragem,
transporte, preparação da
amostra e analise)
Avalia a contaminação
devido aos recipientes e
meio de preservação
durante transporte,
manipulação no campo e
armazenagem das amostras.
Documentar adequadamente
a descontaminação dos
equipamentos antes e após a
amostragem. Todos os brancos são coletados, porem apenas o branco de coleta
é analisado. Se alguma contaminação for detectada no branco de
coleta, todos os brancos individuais deverão ser analisados.
Metodologia Analítica I sem/2013 – Profa Ma Auxiliadora - 18
ÁGUA
A água pode ser uma matriz muito heterogênea tanto espacial, quanto temporal, podendo
tornando-se assim um meio difícil para a obtenção de amostras representativas.
1 Fontes de águas superficiais.
Variações significativas na composição química de lagos e lagoas são possíveis
dependendo da época do ano. A composição das águas que fluem como córregos é
dependente do fluxo e também pode variar com a profundidade.
Estratificação
Águas rasas, cerca de 5 metros, a ação do vento costuma causar mistura, sendo assim,
normalmente águas rasas não mostram estratificação,
Rios profundos podem apresentar estratificação das águas, também é comum em pontos
onde um efluente entra em um rio.
Oceanos diversas espécies podem ser estratificada em diferentes profundidades. Além
disso, a composição das águas costeiras geralmente é muito diferente das águas
oceânicas.
Estuários apresentam cunhas, onde a estratificação varia conforme o ciclo da maré.
Metodologia Analítica I sem/2013 – Profa Ma Auxiliadora - 19
ÁGUA?
Meio de transporte dentro dos ecossistemas aquáticos
Rota ou meio de exposição para organismos aquáticos e para seres humanos
Receptor imediato de muitas descargas de produtos químicos para os ecossistemas
aquáticos
Medidas de escala de tempo curta e fenômeno de pequena escala espacial
Meio adequado para amostragem no caso de compostos com solubilidade apreciável.
Purificação da amostra dos analitos de interesse é mais fácil do que para tecidos e
sedimentos.
Compromisso importante entre tamanho da amostra (volume) e os limites de detecção.
AR?
Meio de transporte para os ecossistemas aquáticos e rota de exposição para seres
humanos, mamíferos marinhos e pássaros.
Questões iguais ou similares para água também são válidas para ar
Metodologia Analítica I sem/2013 – Profa Ma Auxiliadora - 20
ORGANISMOS?
Concentram certos compostos químicos (bioacumulação) tornando mais fáceis certas
medidas.
Algumas espécies: analito interferentes
Variabilidade biológica em termos de respostas para vários parâmetros ambientais:
temperatura, salinidade, oxigênio dissolvido e material em suspensão.
Variabilidade biológica em termos: desova, ciclos sazonais, alimentação, maturidade
Muitas espécies migram fazendo com que a integração da escala de tempo e espaço seja
difícil.
Espécies-alvo podem ser escolhidas em função do seu valor comercial (alimento básico
da população local).
SEDIMENTOS?
Reservatório temporário de vários poluentes de interesse ambiental:
Fontes poluidoras para organismos bentônicos e cadeia alimentar associada
Re-exposição contínua para coluna d’água
Registros históricos – testemunhos
Concentram compostos de interesse ambiental
Avaliam
a
contami
nação
devido
aos
recipien
tes e
meio de
preserv
ação
durante
transpor
te,
manipula
ção no
campo e
armazen
agem
das
amostra
s.