THIAGO MARCELO RIBEIRO GIANETI Novas Técnicas de Introdução de Amostras para Espectrometria Atômica: Nebulização Eletrônica e Geração Fotoquímica de Vapores Tese apresentada ao Instituto de Química, Universidade Estadual Paulista como parte dos requisitos para a obtenção do título de Doutor em Química Orientador: Prof. Dr. Gustavo Rocha de Castro Araraquara 2019 Elaboração: FICHA CATALOGRÁFICA Seção Técnica de Aquisição e Tratamento da Informação Biblioteca do Instituto de Química, Unesp, câmpus de Araraquara G433n Gianeti, Thiago Marcelo Ribeiro Novas técnicas de introdução de amostras para espectrometria atômica: nebulização eletrônica e geração fotoquímica de vapores / Thiago Marcelo Ribeiro Gianeti. – Araraquara : [s.n.], 2019 119 f. : il. Tese (doutorado) – Universidade Estadual Paulista, Instituto de Química Orientador: Gustavo Rocha de Castro 1. Espectrometria de emissão atômica com plasma indutivamente acoplado. 2. Aerossóis. 3. Espectroscopia de absorção atomica. 4. Fotoquímica. 5. Hidretos. I. Título. DADOS CURRICULARES IDENTIFICAÇÃO Nome: Thiago Marcelo Ribeiro Gianeti Nascimento: 12 de abril de 1979 Nacionalidade: Brasileira Naturalidade: Ribeirão Preto – SP Filiação: Diogenes Batista Gianeti Maria das Graças Ribeiro Gianeti Nome em citações bibliográficas: Gianeti, T. M. R.; Gineti, T.R. FORMAÇÃO ACADÊMICA Graduação em Química – (Bacharelado) Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras da Universidade de São Paulo FFCLRP- USP, Brasil Título do trabalho de conclusão do curso: Desenvolvimento de novas fórmulas de vinilzincatos de lítio: Zincatos vinílicos de baixa e alta ordem pela transmetalação direta telúrio/zinco no butilteluroeteno. Orientador: Prof. Dr. Miguel Joaquim Dabdoub Paz Período: 1998 – 2002 Graduação em Química – (Licenciatura) Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras da Universidade de São Paulo FFCLRP- USP, Brasil Período: 1998 – 2002 Mestrado em Química Analítica Universidade Estadual de Campinas – UNICAMP, Brasil Título: Avaliação de Técnicas de Decomposição Enzimática e Fotólise Oxidativa no preparo de Mel para Análise por Espectrometria de Emissão Óptica em Plasma de Argônio com Acoplamento Indutivo Período: 2007 – 2009 FORMAÇÃO COMPLEMENTAR Treinamento operacional e de aplicações FT-MS Bruker (carga horária 80h) IEAMAR – UNESP, São Vicente Período 2015-2016 Treinamento Operacional e de aplicações no DSC 8500 PerkinElmer (carga horária 40h) FCA – UNESP, Botucatu Período 2013-2013 Treinamento operacional e de aplicações no LC-MS/MS modelos 3200 e 4500 AB Sciex (carga horária 40h) FCA- UNESP, Botucatu 2013-2013 LC-MS. (Carga horária: 40h). PerkinElmer, PE, Brasil. Período: 2012-2012 Técnicas de Apresentação. (Carga horária: 2h). Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho, UNESP, Brasil. Período: 2012-2012 LC-TOF. (Carga horária: 40h). PerkinElmer, PE, Brasil. Período: 2012-2012 Análise de Óleo por FT-IR - OilExpress. (Carga horária: 40h). PerkinElmer, PE, Brasil. Período: 2012-2012 Licitações e Contratos a Luz do TCESP. (Carga horária: 7h). Tribunal de Contas do Estado de São Paulo, TCE, Brasil. Período: 2012-2012 Operacional e Aplicações no DSC 8500. (Carga horária: 8h). PerkinElmer, PE, Brasil. Período: 2012-2012 FT-IR Espectroscopia Vibracional Infravermelho. (Carga horária: 8h). PerkinElmer, PE, Brasil. Período: 2011-2011 Espectrofotometria Uv-Vis. (Carga horária: 16h). PerkinElmer, PE, Brasil. Período: 2009 - 2009 Espectrometria de Massas. (Carga horária: 16h). Varian Indústria e Comércio Ltda, VARIAN, Brasil. Período: 2009 - 2009 Análises Térmicas. (Carga horária: 16h). PerkinElmer, PE, Brasil. Período: 2009 - 2009 Análise Elementar CNH. (Carga horária: 16h). PerkinElmer, PE, Brasil. Período: 2009 - 2009 Cromatografia Líquida de Alta Eficiência. (Carga horária: 16h). Varian Indústria e Comércio Ltda, VARIAN, Brasil. Período: 2008 - 2008 Processo de Negociações. (Carga horária: 16h). Varian Indústria e Comércio Ltda, VARIAN, Brasil. Período: 2007 - 2007 Desenvolvimento de Líderes em Vendas. (Carga horária: 8h). Expolabor - - Exposição Permanente de Equipamentos para Laboratórios, EXPOLABOR, Brasil. Período: 2007 - 2007 Vendas Profissionais. (Carga horária: 24h). Varian Indústria e Comércio Ltda, VARIAN, Brasil. Período: 2006 - 2006 Administração do Tempo em Vendas. (Carga horária: 8h). Expolabor - - Exposição Permanente de Equipamentos para Laboratórios, EXPOLABOR, Brasil. Período: 2006 - 2006 Treinamento de Vendas - FT-IR (Infravermelho). (Carga horária: 16h). Varian Indústria e Comércio Ltda, VARIAN, Brasil. Período: 2006 - 2006 Administração da Venda Complexa. (Carga horária: 16h). Varian Indústria e Comércio Ltda, VARIAN, Brasil. Período: 2006 - 2006 NBR ISO/IEC 17025:2001. (Carga horária: 16h). Rede Metrológica do Estado de São Paulo, REMESP, Brasil. Período: 2005 - 2005 Extensão universitária em Cromatografia Líquida de Alta Eficiência. (Carga horária: 57h). Universidade Estadual de Campinas, UNICAMP, Brasil. Período: 2004 - 2004 Extensão universitária em Cromatografia a Gás. (Carga horária: 57h). Universidade Estadual de Campinas, UNICAMP, Brasil. Período: 2004 - 2004 Extensão universitária em Cromatografia Acoplada a Espectrometia de Massas. (Carga horária: 57h). Universidade Estadual de Campinas, UNICAMP, Brasil. Período: 2004 - 2004 Treinamento de Aplicação: Destilador Auto AD86 5G2. (Carga horária: 1h). Pensalab Equipamentos Industriais S.A., Pensalab, Brasil. Período: 2004 - 2004 Espectrometria de Massas - ICP-MS. (Carga horária: 6h). Sociedade Brasileira de Química, SBQ, Brasil. Período: 2002 - 2002 Fármacos. (Carga horária: 12h). Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras - USP - Ribeirão Preto, FFCLRP-USP, Brasil. Período: 1999 – 1999 ATUAÇÃO PROFISSIONAL Empresa: Ourofino Agrociência – Ribeirão Preto, Brasil Cargo: Especialista de Processos e Síntese Orgânica Período: 2019 – Atual Atividades: Serviços técnicos especializados na Ourofino Agrociência, Gerar o conhecimento técnico de processos de síntese de ingredientes ativos e intermediários do interesse da Ourofino Agrociência e aplicar na elaboração dos projetos e negócios do departamento de supply chain. Empresa: Faculdade de Ciências Agronômicas – FCA UNESP Botucatu, Brasil Cargo: Assistente de Suporte Acadêmico IV Período: 2012 – 2019 Atividades: Serviços técnicos especializados na Faculdade de Ciências Agronômicas de Botucatu, desenvolver ou atuar em pesquisas e outras atividades técnico-acadêmicas de alta complexidade e especialização. Prestar orientação técnica a outros profissionais. Analisar resultados de ensaios. Atuar no desenvolvimento de métodos, processos e produtos; orientar e supervisionar o desenvolvimento das atividades. Ministrar treinamentos. Atuar em projetos institucionais e interinstitucionais. Desempenhar outras atividades correlatas e afins. Empresa: PerkinElmer do Brasil LTDA Cargo: Especialista de Vendas Período: 2009 – 2012 Atividades: Serviços técnicos especializados , Instrumentação Científica: Atendimento, Consultoria e Vendas, .,Serviço realizado, Atendimento comercial da região, qualificação e gerenciamento de clientes, condução de negociações, prospectar novas contas, montagem e geração de configurações instrumentais e propostas, desenvolvimento de projetos.; Organização de eventos (feiras/congressos), processamento de ordens, atendimento de pós- venda e manutenção da satisfação do cliente. Empresa: Varian do Brasil LTDA Cargo: Especialista de Vendas Período: 2006 – 2009 Atividades: Serviços técnicos especializados , atendimento, consultoria técnica e vendas de Instrumentos científicos, Atendimento comercial da região, qualificação e gerenciamento de clientes, condução de negociações, prospectar novas contas, ministrar módulos específicos em cursos de pós-graduação e graduação (Espectroanálise, ICP-OES, técnicas instrumentais); Promover disseminação das tecnologias e filosofia da empresa, montagem e geração de configurações instrumentais e propostas, desenvolvimento de projetos, atendimento de pós- venda e manutenção da satisfação do cliente Empresa: Fundação para o desenvolvimento da UNICAMP Cargo: Químico Período: 2003 – 2005 Atividades: Execução de procedimentos analíticos em projetos em projetos, emissão de laudos técnicos, amostragens, qualificação de problemas analíticos, recepção e treinamento de colaboradores, especialização em preparo de amostras e análise instrumental (ICP-OES, AA, UV-Vis, HPLC e GC) e técnicas clássicas por via úmida e gravimetria. Empresa: Micronal S/A Cargo: Vendedor Técnico Período: 2002 – 2003 Atividades: Serviços técnicos especializados, trabalho externo de atendimento em contas públicas em Campinas e Piracicaba, vendas técnicas de equipamentos para laboratórios de pesquisa e materiais de consumo em contas públicas da região de Campinas e Piracicaba. PRODUÇÃO BIBLIOGRÁFICA Artigos publicados ou aceitos em periódicos científicos Reis, R., Bragagnolo, F., Gianeti, T., Rodrigues, S., Funari, C., Gonçalves, G. and Ming, L. (2019). Brugmansia suaveolens Leaf Productivity and Alkaloid Contents Under Different Doses of Organic Fertilizer. Journal of Agricultural Science, 11(3), p.341. Jorgetto, A., Milbrat, A., Schneider, J., Li, Z., Giammaria, G., Saeki, M., Gianeti, T., Lima, G., Pedrosa, V., Mul, G. and Castro, G. (2018). Magnetically-extractable hybrid of magnetite, mesoporous silica and titania for the photo-degradation of organic compounds in water. Applied Surface Science, 457, pp.121-133. SOUSA, K. K. A. ; CATALANI, G. C. ; GIANETI, T. M. R. ; Camargo, R. S. ; CALDATO, N. ; RAMOS, V. M. ; FORTI, L. C. (2018) A volatile semiochemical released by the fungus garden of leaf-cutting ants. FLORIDA ENTOMOLOGIST Dabdoub, M., Baroni, A., Lenardao, E., Gianeti, T. and Hurtado, G. (2010). ChemInform Abstract: Synthesis of (Z)-1-Phenylseleno-1,4-diorganyl-1-buten-3-ynes: Hydroselenation of Symmetrical and Unsymmetrical 1,4-Diorganyl-1,3- butadiynes. ChemInform, 32(34), p.no-no. GIANETI, T. R. Desenvolvimento de novas fórmulas de vinilzincatos de lítio. Zincatos vinílicos de baixa e alta ordem pela transmetalação direta telúrio/zinco no butilteluroeteno. (2002). Revista de Iniciação Científica (USP), v. 4, p. 87-92 Dabdoub, M., Baroni, A., Lenardão, E., Gianeti, T. and Hurtado, G. (2001). Synthesis of (Z)-1-phenylseleno-1,4-diorganyl-1-buten-3-ynes: hydroselenation of symmetrical and unsymmetrical 1,4-diorganyl-1,3-butadiynes. Tetrahedron, 57(20), pp.4271-4276. Artigos submetidos em periódicos científicos Calonego, F. W.; Durgante Severo, E. T.; Sansígolo, C. A., Gianeti, T. M. R.; de Brito, A. F. "CHANGES IN THE COLOR AND CHEMICAL PROPERTIES OF THERMALLY- MODIFIED E. grandis WOOD" European Journal of Wood and Wood Products – Submitted in 2019 Gianeti, T. M. R.; Silva, A.; Jorgetto, A.O.; Wondracek, M. H,; Saeki, M. J.; Pedrosa, V. A.; Colmenares, Y. N.; Mastelaro, V.; Sutili, F. K.; Rocha, B. P.; Castro, G. R.; “Lewis base modified polyvinyl chloride applied as heavy metal binder from aqueous samples: green principles from synthesis to application” Journal of Cleaner Production – Submitted in 2019 GIMENEZ, J. I.; MOREIRA-CONEGLIAN, I. R.; GIANETI, T. M. R.; VELINI, E. D.; DE- LA-CRUZ-CHACÓN, I.; FERREIRA, G. “Decreased oxygen availability during imbibition in seeds of Annona emarginata causes changes in metabolism and germination” Seed Science Research – Submitted in 2017. Trabalhos publicados em anais de eventos científicos SOUSA, K. K. A. ; CATALANI, G. C. ; STEFANELLI, L. E. P. ; GIANETI, T. M. R. ; Camargo, R. S. ; CALDATO, N. ; RAMOS, V. M. ; FORTI, L. C. . Is there a difference between the volatile emitted by the healthy and unhealthy symbiotic fungus of leaf-cutting ants? In: XXVII Congresso Brasileiro de Entomologia / X Congresso Latino-Americano Entomologia (Saúde, Ambiente e Agricultura), 2018, Gramado. XXVII Congresso Brasileiro de Entomologia / X Congresso Latino-Americano Entomologia (Saúde, Ambiente e Agricultura), 2018. v. 26. p. 1510-1510 XIII Worshop de Plantas Medicinais de Botucatu BRAGAGNOLO, F.S.; GIANETI, T.M.R.; REIS, R, B.; GONÇALVES, G.G.; RODRIGUES S.A.; MING, L.C.; FUNARI, C. S.; “QUANTIFICAÇÃO DOS TEORES DE ATROPINA E ESCOPOLOMINA EM CULTIVARES DE Brugmansia suaveolens UTILIZANDO PRINCÍPIOS DA QUIMICA VERDE” (2018) Menção Honrosa na XV Jornada Científica de Toxicologia com o trabalho intitulado: “IDENTIFICAÇÃO E QUANTIFICAÇÃO DE FIPRONIL E SEUS METABÓLITOS SULFONA E DESSULFINIL EM AMOSTRAS DE CÉREBRO DE RATOS POR CLAE- EM/EM” (2015) GIANETI, T. M. R.; CASTRO, T. S. ; MACAROVSCHA, G. T. ; CADORE, S. . Fotólise Oxidativa Versus Digestão Ácida no Preparo de Amostras de Mel: Comparação dos Diferentes Métodos.. In: XI Encontro Nacional sobre Contaminantes Inorgânicos, 2008, Campinas. Livro de Resumos. Campinas, 2008. p. 63-65 Apresentação de trabalho e/ou palestra GIANETI, T. R. . Soluções Analíticas para um ambiente mais seguro. 2011. (Apresentação de Trabalho/Simpósio). GIANETI, T. R. . Soluções para Análise de Biocombustíveis - Necessidades e tendências do mercado. 2011. (Apresentação de Trabalho/Simpósio). GIANETI, T. R. . Espectroanálise: Técnicas de Absorção Atômica e Emissão Optica. 2010. (Apresentação de Trabalho/Simpósio). GIANETI, T. R. . Espectroanálise: Técnicas de Absorção Atômica e Emissão Óptica. 2010. (Apresentação de Trabalho/Simpósio). GIANETI, T. R. . PerkinElmer for the Better. 2010. (Apresentação de Trabalho/Simpósio). GIANETI, T. R. . Determinações de Mercúrio: Mais Resultados com Menos Trabalho. 2010. (Apresentação de Trabalho/Simpósio). GIANETI, T. R. ; CASTRO, T. S. ; MACAROVSCHA, G. T. ; CADORE, S. . Determination of Inorganic Species in Honey Using ICP-OES After Oxidative Photolyse. 2008. (Apresentação de Trabalho/Simpósio). Este trabalho é dedicado as pessoas que eu mais amo: meus filhos Gustavo e João; minha querida esposa Tatiana; meus pais Diógenes e Maria das Graças por terem sempre acreditado em mim, me acompanhado e apoiado AGRADECIMENTOS: Agradeço aos meus pais, Diógenes e Maria das Graças, por terem me dado, além da vida, as condições necessárias para eu ter chegado até aqui. Aos meus filhos, Gustavo e João, por terem me ensinado as mais belas lições sobre o amor e dedicação. À minha amada esposa, Tatiana, que sempre esteve ao meu lado e me apoiou nas minhas escolhas, por mais estranhas que elas parecessem, por toda a sua amizade, amor e carinho. Agradeço ao meu orientador, prof. Gustavo, por ter me acolhido em seu grupo, por me dar toda a liberdade criativa e apoio em todos os momentos dessa jornada. Agradeço à minha grande amiga e eterna orientadora, profa. Solange Cadore, que me acolheu em seu grupo e me ensinou lições valorosas que vão além das acadêmicas, as quais carregarei a vida toda comigo. Agradeço ao prof. Nivaldo Baccan (in memoriam) por ter contribuído com minha formação em espectrometria atômica de uma maneira apaixonada, diferenciada e muito humana. Também agradeço ao prof. Pedro Padilha, por me ajudar e ter disponibilizado as condições para eu executar todos meus experimentos com o ICP- OES. Agradecimento especial ao Dr. Václav Čzerveny, Dra. Eliška, Dr. Ondřei e Dr. Jakub que me receberam em Praga/República Tcheca, com muito profissionalismo, hospitalidade e com ótimas discussões sobre a química de espécies voláteis. Agradeço a família Brandão: Domingos, Svletana e Daniel pela amizade intensa e carinho Agradeço ao Jeremy Newell, vice-presidente de vendas da Aerogen, por ter disponibilizado um nebulizador para a condução destes estudos. Agradeço meu tio Djalma Gianeti, que sempre me inspirou e incentivou a estudar química. Devo muito a você, tio. Agradeço a todos os meus amigos do laboratório: Paula, Alexandre, Marcos e José. E os amigos pessoais: João Michelazzo, Fávio Bonati, Andrei Furlan, Lucas Anhezini, Lucas Leite, Brunão, Antônio Hernandez, Daniel Dentilho, Buza, Lampra, Forga, Andrezão, Sapão, Totó, Renatão, Pakato, Zezim, Kapeta e Panz. “A ciência nunca resolve um problema sem criar pelo menos outros dez”. (George Bernard Shaw) RESUMO A demanda por novos sistemas de nebulização e/ou introdução de amostras mais flexíveis e, preferencialmente, de baixo fluxo com aproveitamento total da solução em espectrometria atômica surge em decorrência da necessidade de desenvolvimento de novas interfaces para a hifenação com técnicas cromatográficas, a qual está sendo empregada em estudos de especiação química em que se tem pouca disponibilidade de amostras e necessidade de incremento da sensibilidade. Além disso, existe a possibilidade de criação de novas configurações de instrumentos portáteis, redução de custos e menor geração de descartes e efluentes. Neste contexto, foram estudados dois novos sistemas de introdução de amostras: nebulização eletrônica por malha oscilante e a geração fotoquímica de vapores. Nebulizadores de malha oscilante são dispositivos eletrônicos de geração de aerossol desenvolvidos para administração de fármacos específicos para doentes de fibrose cística dos pulmões. Trata-se de um dispositivo portátil, silencioso, sem a necessidade de gás para a geração do aerossol, produzindo um aerossol formado por gotículas de distribuição uniforme (monomodal) com tamanho de partículas de 3 µm. Não há relatos na literatura que, empregando estes sistemas em espectrometria atômica, haveria um grande potencial de abertura de um novo campo de estudos. Verificou-se que nebulizadores eletrônicos permitem que sejam promovidas determinações multielementares empregando apenas 100µL de solução da amostra com grande incremento de sensibilidade, podendo variar entre 10 até 200 vezes, dependendo do elemento e do comprimento de onda. Os melhores resultados foram obtidos para o elemento cadmio. Já a geração fotoquímica de vapores (PVG) é uma técnica para geração de compostos organometálicos voláteis dos elementos conhecidos como formadores de hidretos (As, Se, Sb, Bi, Pb, Sn, Te), mercúrio e alguns elementos de transição (por exemplo Co, Fe, Ni), os quais compõe um subconjunto de novas técnicas analíticas. Tais técnicas já são amplamente utilizadas no acoplamento à espectrometria atômica e espectrometria de massas, com o objetivo de melhorar a sensibilidade, eficiência de transporte e introdução do analito. A geração fotoquímica de espécies voláteis por radiação ultravioleta (UV-PVG) é, atualmente, a técnica mais promissora devido à sua simplicidade instrumental e possibilidade de utilização de fotocatalisador para a pré-redução de analitos formadores de hidretos, mercúrio e elementos de transição. Um fator crucial para o desenvolvimento da técnica de UV-PVG é construção do reator fotoquímico, uma vez que reatores de diferentes construções descritas na literatura produziram resultados contraditórios. Foi também objetivo deste trabalho projetar e construir novos tipos de reatores UV de fluxo altamente eficientes e aplicá-los para a determinação sensível de arsênio, um elemento ambientalmente e toxicologicamente importante. As figuras de mérito obtidas para o elemento As (III) foram LOD 2,9 µg L-1, LOQ 9,7 µg L-1 em um intervalo linear entre 25-1.000 µg L-1 com volume de injeção de 100 µL. Palavras chave: Espectrometria atômica. Nebulizador de malha oscilante. PGV ABSTRACT The need for new systems for nebulization and / or introduction of more flexible and preferably low flow samples with full use of the solution in atomic spectrometry arises through the need to develop new interfaces for the hyphenation with chromatographic techniques, which is being used in studies of chemical speciation in which there is little availability of samples and need for increased sensitivity. In addition, there is the possibility of creating new configurations of portable instruments, reducing costs and less generation of discards and effluents. In this context, two new systems of sample introduction were studied: electronic nebulization by vibrating mesh membrane and the photochemical generation of vapors. Vibrating mesh membrane nebulizers are electronic aerosol generation devices developed for administration of specific drugs to cystic fibrosis patients of the lungs. It is a portable, quiet device without the need for gas to generate the aerosol, producing an aerosol formed by uniformly distributed (monomodal) droplets with a particle size of 3 μm. There are no reports in the literature that, employing these systems in atomic spectrometry, there would be great potential for opening up a new field of study. It was verified that electronic nebulizers allow multielement determinations to be promoted employing only 100μL of sample solution with great increase of sensitivity, being able to vary between 10 until 200 times, depending on the element and wavelength. The best results were obtained for cadmium element. Photochemical vapor generation (PVG) is a technique for the generation of volatile organometallic compounds known as hydride formers (As, Se, Sb, Bi, Pb, Sn, Te), mercury and some transition elements Co, Fe, Ni), which compose a subset of new analytical techniques. Such techniques are already widely used in the coupling to atomic spectrometry and mass spectrometry, with the aim of improving the sensitivity, transport efficiency and introduction of the analyte. The photochemical generation of volatile species by ultraviolet radiation (UV-PVG) is currently the most promising method due to its instrumental simplicity and the possibility of using a photocatalyst for the pre-reduction of hydride forming analytes, mercury and transition elements. A crucial factor for the development of the UV-PVG technique is the construction of the photochemical reactor, since reactors of different constructions described in the literature have produced contradictory results. It was also the objective of this work to design and construct new types of highly efficient UV flow reactors and apply them for the sensitive determination of arsenic, an environmentally and toxicologically important element. The merit figures obtained for the element As (III) were LOD 2.9 μg L-1, LOQ 9.7 μg L-1 in a linear range between 25-1000 μg L-1 with an injection volume of 100 μL. Keywords: Atomic spectrometry. Vibrating mesh membrane nebulizer. PGV LISTA DE ILUSTRAÇÕES Pág Figura 01 - Limites de detecção típicos em técnicas espectroanalíticas 25 Figura 02 - Ilustração da montagem de um sistema de introdução de amostras............................................................................... 28 Figura 03 - Detalhes construtivos do dispositivo de nebulização por malha oscilante..................................................................... 38 Figura 04 - Ilustração comparativa da eficiência de administração de fármaco empregando um nebulizador convencional e um nebulizador por malha oscilante........................................... 39 Figura 05 - Foto-reatores UV empregados nos experimentos................ 44 Figura 06 – Foto da montagem do sitema FIA-UV-PVG/QT-AAS.......... 46 Figura 07 - Esquema da montagem do sitema FIA-UV-PVG/QT-AAS. 47 Figura 08 - Projeto e imagem da construção do separador gás-líquido integrado com o atomizador de quartzo .............................. 48 Figura 09 - Influência da concentração do ácido fórmico no sinal analítico................................................................................. 54 Figura 10 - Influência da variação do fluxo do gás de arraste (Ar) no sinal analítico ....................................................................... 56 Figura 11 - Influência da variação do fluxo do gás de reação (H2) no sinal analítico........................................................................ 58 Figura 12 - Comparação dos modificadores Bi (III) e Sb (III).................. 61 Figura 13 - Curvas analíticas levantadas com bobinas de teflon e quartzo.................................................................................. 62 Figura 14 - Gráfico de Pareto dos efeitos principais padronizados e interação entre efeitos.......................................................... 65 Figura 15 - Gráfico de Cubo (valores de área são a média de cinco medidas) .............................................................................. 66 Figura 16 - Gráficos de resíduos de áreas.............................................. 67 Figura 17 - Influência do modificador químico na resposta do As (III).... 70 Figura 18 - Curvas analíticas para As (III) e DMAs................................. 72 Figura 19 - Influência do HCl no efeito da matriz.................................... 73 Figura 20 - Influência do HNO3 no efeito da matriz................................. 74 Figura 21 - Detalhe do nebulizador de malha oscilante e o aparato montado no adaptador para circuitos respiratórios............... 75 Figura 22 - Primeira montagem do nebulizador antes do acoplamento......................................................................... 76 Figura 23 - Diferentes construções do cotovelo de polipropileno empregadas.......................................................................... 78 Figura 24 - Nebulizador de malha oscilante em operação...................... 80 Figura 25 - Curvas analíticas levantadas para arsênio com diferentes nebulizadores........................................................................ 82 Figura 26 - Curvas analíticas levantadas para cadmio com diferentes nebulizadores........................................................................ 85 Figura 27 - Curvas analíticas levantadas para cobalto comparando diferentes nebulizadores....................................................... 88 Figura 28 - Curvas analíticas levantadas para cromo com diferentes nebulizadores........................................................................ 91 Figura 29 - Curvas analíticas levantadas para níquel com diferentes nebulizadores........................................................................ 94 Figura 30 - Curvas analíticas levantadas para chumbo com diferentes nebulizadores........................................................................ 97 Figura 31 - Curvas analíticas levantadas para selênio com diferentes nebulizadores........................................................................ 100 Figura 32 - Curvas analíticas levantadas para fósforo comparando diferentes nebulizadores....................................................... 103 Figura 33 - Comparação entre os nebulizadores dentro da mesma escala.................................................................................... 107 LISTA DE TABELAS Pág Tabela 01 - Variáveis testadas no planejamento fatorial em dois níveis.. 64 Tabela 02 - Parâmetros experimentais usados no planejamento fatorial.................................................................................... 65 Tabela 03 - Condições ótimas para a geração de compostos voláteis de arsênio (III) por FIA-UV-PVG/QFAAS............................... 68 Tabela 04 - Figuras de mérito……………………………………………… 70 Tabela 05 - Figuras de mérito para o As (III) e DMAs.............................. 72 Tabela 06 - Condições operacionais otimizadas empregadas no plasma................................................................................... 79 Tabela 07 - Coeficientes de Correlação, angulação e devio padrão entre as medidas................................................................... 106 Tabela 08 - Razão NMO/nebuliadores comerciais................................... 108 Tabela 09 - Razão entre o coeficiente angular da curva entre o NMO com a entrada de argônio na parte inferior com as construções pneumáticas testadas....................................... 109 Tabela 10 - Avaliação de robustez empregando o nebulizador GemCone.............................................................................. 111 Tabela 11 - Avaliação de robustez empregando o nebulizador Meinhard................................................................................ 112 Tabela 12 - Avaliação de robustez empregando o nebulizador CrossFlow.............................................................................. 112 Tabela 13 - Avaliação de robustez empregando o nebulizador NMO...... 113 LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS ABREVIAÇÃO E SIGLAS INGLÊS PORTUGUÊS AAS Atomic Absorption Spectrometry Espectrometria de Absorção Atômica CCD Charge coupled device Dispositivo de injeção de carga cps Counts per second Contagens por segundo DCP Direct Current Plasma Plasma de corrente direta ETAAS Electrothermal Atomic Absorption Spectrometry Espectrometria de absorção atômica com atomização eletrotérmica FIA-UV- PVG/QT-AAS Flow Injection Analysis- Ultraviolet Photogeneration Volatile coupounds by Atomic Abosrption Spectrometry in Quartz Tube Análise por injeção em fluxo – fotogeração de compostos voláteis por ultravioleta – espectrometria de absorção atômica com atomizador em tubo de quartzo ICP Inductively Coupled Plasma Fonte de plasma indutivamente acoplado (ou com acoplamento indutivo) ICP-OES Inductively Coupled Plasma - Optical Emission Spectrometry Espectrometria de emissão óptica com fonte de plasma indutivamente acoplado ICP-MS Inductively Coupled Plasma – Mass Spectrometry Espectrometria de massas com fonte de plasma indutivamente acoplado LASER Light amplification by stimulated emission of radiation Amplificação da luz por emissão estimulada de radiação NAZ Normal analytical zone Zona analítica normal NMO VMM – Vibrating Mesh Membrane Nebulizador por malha oscilante PGV Photo Generation Volatile compounds Geração fotoquímica de compostos voláteis PHZ preheating zone Zona de pré-aquecimento RF Radio frequency Radiofrequência SNR Signal to Noise Relationship Relação entre Sinal e Ruído UV-PVG Ultraviolet Photo Generation Volatile compounds Geração fotoquímica de compostos voláteis por radiação ultravioleta UV Ultra violet Ultravioleta LISTA DE SÍMBOLOS Símbolos Descrição W Watt – Unidade de potência Hz Hertz – Unidade de frequência MHz Megahertz – Unidade de frequência 106 µm Micrômetros – Unidade de tamanho K Kelvin – Unidade de temperatura dB Decibéis - SUMÁRIO Pág 1 Introdução............................................................................................... 24 1.1 Da amostra ao sinal analítico: Entendendo o plasma indutivamente acoplado (ICP)......................................................................................... 27 1.2 Aumento de transporte do analito, aumento de sensibilidade e diminuição dos limites de detecção em ICP-OES.................................... 35 1.3 Sistemas de nebulização ideais e nebulizador por malha oscilante (NMO)....................................................................................................... 37 1.4 Fotogeração de compostos voláteis ou geração fotoquímica de vapores (PGV).......................................................................................... 41 2 Objetivos................................................................................................. 43 2.1 Objetivos gerais....................................................................................... 43 2.2 Objetivos Específicos............................................................................... 43 3 Parte experimental................................................................................. 44 3.1 Construção e montagem dos reatores de geração fotoquímica de vapores por radiação ultravioleta (UV-PVG)............................................ 44 3.1.2 Montagem do sistema UV-PGV/QF-AAS................................................. 46 3.2 Planejamento fatorial 24........................................................................... 49 3.3 Nebulizador eletrônico por malha oscilante............................................. 50 3.3.1 Reagentes e Padrões.............................................................................. 51 3.4 Resíduos gerados.................................................................................... 52 4 Resultados e discussões...................................................................... 53 4.1 Experimentos de UV-PGV/QT-AAS......................................................... 53 4.1.1 Otimização de condições da concentração ácida da fase móvel............. 54 4.1.2 Efeito do fluxo de gás de arraste (Ar)....................................................... 56 4.1.3 Efeito do fluxo de gás de reação (H2)...................................................... 58 4.1.4 Bismuto como modificador químico......................................................... 60 4.1.5 Material da bobina de reação................................................................... 65 4.1.6 Planejamento Fatorial 24.......................................................................... 64 4.1.7 Observações relevantes acerca da modificação com Bi (III)................... 69 4.1.8 Especiação química de arsênio............................................................... 71 4.1.9 Influência de ácidos minerais (HNO3 e HCl)............................................ 73 4.2 Nebulizador de malha oscilante............................................................... 75 4.2.1 Acoplamento entre o Nebulizador de Malha Oscilante (NMO) e o ICP... 78 4.2.2 Resultados Empregando os diferentes tipos de montagens de nebulizadores........................................................................................... 81 4.2.3 Avaliação de Robustez............................................................................. 111 5 Conclusões............................................................................................. 114 6 Referências............................................................................................. 115 24 1. Introdução A introdução de amostras é o calcanhar de Aquiles dos métodos espectrométricos atômicos (Browner e Boorn, 1984a). O sistema de introdução da amostra deve converter a amostra sólida ou líquida em fase gasosa para a atomização adequada dos analitos de interesse (Bings, Orlandini von Niessen e Schaper, 2014; Bizzi et al., 2017; Browner e Boorn, 1984b). Os pré-requisitos para o sistema ideal de introdução de amostras são: compatibilidade com diferentes métodos de espectrometria atômica, alta eficiência de transporte de analito, baixo consumo de amostra, ausência de interferências não espectrais, seletividade de analito de interesse, robustez e reprodutibilidade (Bings, Orlandini von Niessen e Schaper, 2014; Sturgeon, 2017; Wu et al., 2010). No entanto, alguns dos critérios acima mencionados são incompatíveis, resultando em comprometimentos de design. A geração de espécies voláteis é uma forma vantajosa de entrega altamente eficiente do analito no dispositivo de detecção e o interesse por este método vem crescendo recentemente, uma vez que pode ser acoplado a qualquer método espectrométrico atômico (Gao et al., 2015; Sturgeon, 2017; Wu et al., 2010). Esta técnica oferece a separação dos compostos de interesse pela transformação em espécies voláteis, reduzindo, assim, as interferências presentes na solução e oriundas da matriz (Gao et al., 2015; Nováková et al., 2018). Além disso, diminui a energia necessária para atomização ou ionização do analito (Lopes et al., 2017; Zheng, Ma, et al., 2010). A análise química de elementos em níveis-traço é um campo que requer um vasto conhecimento preliminar de conceitos e definições que vão desde uma simplista con- firmação, como a determinação de analitos na faixa abaixo de 1,0 mg Kg-1, até preocupa- ções mais abrangentes, as quais englobam consideração sobre os analitos como níveis suficientemente baixos, amostra requerendo manipulação especial, efeitos da matriz subs- tanciais, relação sinal / ruído do analito (SNR) aceitável com a técnica de medição disponí- vel ou ainda que o montante de amostra disponível para a análise seja suficiente (FRESCHI et al., 2000; Sturgeon, 2017). Aproximadamente 53 anos após ter sido apresentada pela primeira vez como ferramenta analítica em 1964 (Greenfield, Jones e Berry, 1964; Ohls e Bogdain, 2016), o ICP (acrônimo para Inductive Coupling Plasma) tem ganhado atenção como uma das 25 técnicas mais versáteis de atomização, excitação e fonte de ionização para a espectrome- tria atômica (Fassel, 1978). As técnicas de Espectrometria de Massas com Plasma Acoplado Indutivamente (ICP-MS) e a Espectrometria de Emissão Óptica com Plasma Acoplado Indutivamente (ICP- OES) são as técnicas espectroanalíticas mais populares para a determinação da maioria dos elementos da tabela periódica em um amplo intervalo de concentração (Figura 01) (Browner e Zhu, 1987). Figura 01: Limites de detecção típicos em técnicas espectroanalíticas AA Chama ICP-OES – Radial -OES – Axial ICP AA Geração de Hidretos ETAAS ICP-MS 100 10 1 0.1 0.01 0.001 Intervalos de limites de detecção (ppb ou µg L-1) Fonte: Adaptado de (“Atomic Spectroscopy - A Guide to Selecting the Appropriate Technique and System”, 2008) Com o aumento das demandas para maior produtividade, grande frequência analítica, alta qualidade dos dados e ampliação do poder de detecção, a maioria dos labo- ratórios prefere trabalhar com técnicas de plasma acoplado indutivamente (ICP), tanto como fonte de excitação/emissão (ICP-OES) quanto como fonte de ionização (ICP-MS), para a análise de elementos-traço (Browner e Zhu, 1987). Pode-se atribuir o sucesso e popularidade de ambas as técnicas pelo fato de que menos efeitos de matriz são observados quando comparados com outras fontes, tais como chamas, arcos ou atomizadores eletrotérmicos. Outras vantagens são a precisão e estabilidade em longos períodos de uso (Fassel, 1978). 26 Apesar destas figuras de mérito serem tão atrativas, muitos problemas experi- mentais continuam ocorrendo nas técnicas que usam fontes de plasma indutivamente aco- pladas (ICP’s) e a maioria está associada aos efeitos de transporte de amostras (Todoli, J; Mermet, 2008). As técnicas espectroanalíticas de ICP-OES e ICP-MS possuem em comum, além da fonte de plasma indutivamente acoplada, sistemas de introdução de amostras baseadas em nebulizadores pneumáticos instalados em câmaras de nebulização com diferentes for- matos e construídos em diferentes materiais com o proposto de servirem a aplicações dis- tintas (Broekaert, 1993; Orlandini v. Niessen et al., 2011). A análise elementar por ICP-OES, normalmente, é mais simples e mais barata de se promover do que por ICP-MS, considerando o custo de aquisição, custo de manuten- ção e expertise necessária para trabalhar com o instrumento. Entretanto, os limites de de- tecção possíveis para ICP-OES são tipicamente maiores entre 1 até 4 ordens de grandeza, com precisão dos sinais entre 0,5 – 2,0 % RSD, limitada pelo sistema de introdução de amostras (Dean, 2005). 27 1.1 . Da amostra ao sinal analítico: Entendendo o plasma indutivamente acoplado (ICP) Plasma é definido como um gás quente, parcialmente ionizado, condutor de elé- trons, suscetível ao campo magnético e com carga total neutra (ou seja, o total de espécies ionizadas com carga positiva e carga negativa é igual). Se um gás monoatômico X for usado, o plasma pode ser descrito pelo seguinte equilíbrio (equação 01) (Hill, 2007): Equação 01: descrição do plasma com a utilização de um gás monoatômico X � = � ��� � �� + � �� � �� Onde ��� é um íon de carga n+ cargas e e é o elétron. Existem diferentes tecnologias para a geração e manutenção de plasmas, como por exemplo: DCP, Glow Discharge, Spark, ICP, etc (Broekaert, 2002; Dean, 2005). Contudo, neste trabalho, daremos ênfase para a técnica mais comum e de maior base instalada no mercado: o ICP. No ICP, o plasma é gerado por uma descarga elétrica dentro de dois tubos de quartzo concêntricos preenchidos com um gás (normalmente argônio, podendo também ser nitrogênio, hélio, dentre outros). A descarga ioniza o gás e os elétrons gerados são acele- rados por um campo magnético alternado, o qual foi gerado por uma corrente elétrica alter- nada através de 2 (duas) ou 4 (quatro) bobinas solenóides chamadas de bobina de indução helicoidal as quais ficam posicionadas ao redor dos tubos de quartzo. A corrente alternada é fornecida por um gerador de radiofrequência (RF) – em instrumentos comerciais pode ter 27 ou 40 MHz com ajuste variável de potência entre 800 e 1500W (Broekaert, 2002; Edbon, L.; Evans, E. H.; Fisher, A.; Hill, 1998; Hill, 2007). Menos de 1% dos átomos de argônio são ionizados para formar íons argônio e elétrons. Desta maneira, os átomos de argônio, os elétrons e os íons argônio são disponi- bilizados para transferir energia por meio de colisões inelásticas (Broekaert, 2002). Tipicamente as amostras em um ICP são introduzidas no plasma na forma de soluções, embora a amostragem de sólidos seja possível empregando-se sistemas de abla- ção a LASER ou introdução de suspensões (Garcia, Lindner e Niemax, 2009). 28 Tratando-se de soluções, as amostras são introduzidas no plasma por meio de nebulizadores pneumáticos pressurizados com argônio e formam um aerossol primário que é então borrifado em uma câmara de nebulização. Nos sistemas de introdução de amostras mais comuns, a vazão de nebulização costuma ser de 1 mL/min. Somente 1% do aerossol primário passa pela câmara de nebulização e entra no plasma (aerossol secundário) (Bings, Orlandini von Niessen e Schaper, 2014; Todoli, J; Mermet, 2008). O papel da câmara de nebulização é o de remover as gotículas maiores do fluxo do aerossol, através da colisão das gotículas maiores nas paredes da câmara de nebuliza- ção, e também limitar a carga total de solvente no plasma. As gotículas maiores que colidem na câmara de nebulização escorrem pelas partes interiores e, então, são descartadas pelo dreno. A eficiência do transporte é proporcional à porcentagem da amostra nebulizada que deixa a câmara para de fato entrar no plasma (Todoli, J; Mermet, 2008). A Figura 02, abaixo, exemplifica o sistema de inserção da amostra, ionização e encaminhamento dos íons ao plasma. Figura 02: Ilustração da montagem de um sistema de introdução de amostras, composto por um nebulizador concêntrico pneumático, por onde entra a solução da amostra, en- trada do gás de nebulização (argônio), câmara de nebulização, formação do aerossol pri- mário (A), saída do aerossol secundário (B) e o descarte (W). Fonte: Montagem de autoria própria, utilizando imagens do site da Glass Expan- sion Inc. (http://www.geicp.com) Nebulizador A B W Câmara de nebulização Entrada de Argônio Solução (amostra) 29 Algumas gotículas podem evaporar totalmente ou parcialmente enquanto são arrastadas ao percurso interno da câmara de nebulização. Vapor de água também pode ser gerado pela evaporação das gotas que estão impregnadas ou escorrendo pelas paredes da câmara, sendo, também, empurrado para o plasma. A massa total de vapor de água por unidade de tempo é dependente da temperatura e volume de gás usados no transporte da solução da amostra (Todoli, J; Mermet, 2008). A introdução de um fluxo de gás e vapor que está aproximadamente na tempe- ratura ambiente para um sistema em equilíbrio (plasma) que está entre 6000 e 10.000 K, resulta em um resfriamento que pode desestabilizar ou até mesmo extinguir o plasma (Todoli, J; Mermet, 2008). A região do plasma que sofre resfriamento pela vazão de gás de nebulização chama-se zona de pré-aquecimento (PHZ – do inglês: preheating zone), ou seja, é o início do canal central onde a maioria da amostra é injetada no plasma. A injeção da amostra no centro do canal ao invés de outras regiões mais quentes do toróide é a chave para a esta- bilidade do plasma (Kocherlakota, 1992; Olesik, 1996; Todoli, J; Mermet, 2008). Depois que as gotículas da amostra entram no plasma quente e são dessolvata- das, as partículas sólidas remanescentes dos analitos são vaporizadas e, então, espécies moleculares são atomizadas para formar átomos dos analitos em fase gasosa (Dean, 2005). O volume do plasma em que a maioria dos fenômenos de evaporação, vapori- zação e atomização ocorrem e a emissão começa (particularmente emissão de átomos excitados) é chamada de zona de radiação inicial (IRZ – do inglês: initial radiation zone) (Dean, 2005; Todoli, J; Mermet, 2008). Para entender os processos pelo qual a energia pode ser transferida entre o plasma e os analitos em fase gasosa, considere um sistema eletrônico composto de quatro níveis energéticos com o átomo excitado em um nível energético superior i, um nível ener- gético inferior j, um íon carregado com uma carga com um nível energético inferior l e um nível energético superior k. A maior parte dos átomos que compõe a amostra provavelmente existem no estado fundamental após a dessolvatação, vaporização e atomização. A con- centração ou número de espécies por unidade de volume no plasma é chamada de densi- dade (com unidades em cm-3) e é denotada pelo n com a espécie em questão em subscrito (Broekaert, 1993; Edbon, L.; Evans, E. H.; Fisher, A.; Hill, 1998; Todoli, J; Mermet, 2008). 30 Pode-se pensar na energia sendo transferida do plasma para o analito M, ou do analito para o plasma de acordo com os processos listados no esquema 1. Esquema 1: Processos pelos quais a energia pode ser transferida entre o plasma e o ana- lito M no ICP, à pressão atmosférica: 1- Colisões com elétrons: 1.1 – Excitação colisional com elétrons (CE): � + �� → � + �� �� + �� → �� + �� 1.2 – Desexitação colisional com elétrons (CD): � + �� → � + �� �� + �� → �� + �� 1.3 – Ionização colisional com elétrons (CI): � + �� → �� + 2�� 1.4 – Recombinação colisional com elétrons (ou recombinação de três corpos 3BR): �� + 2�� → � + �� 2 - Colisões com o gás do plasma: 2.1 – Transferência de carga (CT): � + ��� → �� + �� + ∆� 2.2 – Ionização de Penning (PI) por um átomo excitado de argônio metaestável (Arm): � + ��� → �� + �� + ∆� 31 3 – Transições radiativas: 3.1 – Absorção (RE ou excitação radiativa): � + ℎ������ → � �� + ℎ������ � → ��� 3.2 – Desexcitação radiativa (RD ou emissão): � → � + ℎ������ �� → �� + ℎ������ 3.3 – Ionização radiativa (RI) � + ℎ������ → �� + �� 3.4 – Recombinação radiativa (RR) �� + �� → � + ℎ� !�"í�$! 3.5 – Bremsstrahlung (do alemão, “radiação de quebra”) ocorre quando o elétron é desa- celerado pela passagem próxima a núcleos carregados positivamente e a luz é emitida como a diferença de energia do elétron antes e depois da interação. �%á'�(!� → ��)�"!� + ℎ� !�"í�$! Acredita-se que íons e átomos excitados e íons no estado fundamental, sejam gerados por colisões com elétrons. O sinal analítico do ICP-OES é oriundo da coleta das radiações eletromagnéticas emitidas pelo decaimento ao estado fundamental de átomos e/ou íons excitados ou pela desexcitação por emissão espontânea das espécies que estejam em um estado excitado (Fassel, 1978). Sinais de emissão de átomos e íons são muito mais estreitos quando compara- dos aos sinais obtidos de emissões moleculares devido à falta de alargamento vibracional e rotacional que são tipicamente referidos a essas linhas e emissão (Broekaert, 2002). 32 A densidade do número de átomos ao nível eletrônico mais alto (ni) e a probabi- lidade de transição de Einstein (Aij) determina a intensidade de uma emissão resultante de uma desexcitação do nível i para o nível j (equação 02). Equação 02: Intensidade de emissão *�� = ℎ+ ,�� ����� 4. /0123�4 4 5 = ����� 4. /6171�4 4 5 O chamado background (fundo) contínuo também é emitido pela descarga do ICP. O espectro de background de ICP tem contribuições de três fontes: • Background contínuo (fundo contínuo): emissão de fundo pela recombinação radiativa e bremsstrahlung; • Linha de emissão estruturada oriunda do gás do plasma (Argônio) e espécies concomitantes (H2O, N2 e seus produtos de dissociação assim como elemen- tos presentes como contaminação na solução dos brancos) e • Stray light (luz dispersa) da emissão intensa de elementos em alta concentra- ção ou até mesmo imperfeições no sistema óptico. A radiação eletromagnética é coletada por um espectrofotômetro posicionado ao lado (na disposição radial) ou ao final (na disposição axial) da tocha. A maioria dos espec- trômetros modernos mede, quase que simultaneamente, as intensidades de emissão do espectro de ICP pela separação da radiação eletromagnética em duas dimensões (cha- mada de dispersão cruzada) e medindo a intensidade da radiação separada usando um detector. A maioria dos espectrômetros emprega a tecnologia de Charge Couple Device (CCD) na detecção do sinal de emissão de cada elemento (Broekaert, 2002; Todoli, J; Mermet, 2008). Para a disposição radial, a altura acima da bobina de carga ou altura de visuali- zação é a distância acima do topo da bobina de carga (por volta de 15 mm), chamada de Normal Analytical Zone (NAZ), ou seja, região analítica normal. Acima da NAZ, onde o plasma conhecidamente apresenta uma cauda chamada de pluma, a temperatura decresce conforme aumenta a distância da bobina de carga e região de acoplamento de energia do plasma (Broekaert, 2002, 1993; Todoli, J; Mermet, 2008). 33 Duas das mais importantes figuras de mérito em ICP-OES são: limite de detec- ção e sensibilidade: • O limite de detecção é mais frequentemente definido como três vezes o desvio padrão da intensidade de emissão da solução do branco dividido pela sensi- bilidade da linha de emissão. • Sensibilidade é a intensidade de emissão coletada por unidade de concentra- ção, ou a curvatura (slope) da curva analítica da intensidade de emissão ver- sus a concentração do padrão. A sensibilidade é dependente dos passos individuais da conversão do analito em sinal analítico. A equação básica da sensibilidade em ICP-OES (Equação 03) pode ser es- crita como: Equação 03: equação da sensibilidade em ICP-OES 8��49:939;<;� = = × %@� × +6 �A × %91�4 × %�B+97<;14, 9 × ��� × 7 × %32D × ;4 Onde U é a taxa de aspiração da amostra em (ml/min); %Tr é a porcentagem do analito que passa pela câmara de nebulização e entra no ICP; cf é o fator que converte mols em átomos, gramas em nanogramas e mL/min para mL/s; AW é a massa atômica do elemento em gramas/mol; %ions é a porcentagem do analito que existe como um íon car- regado com uma única carga (M+) no volume de observação do ICP; %excitados,i é a fração dos íons do analito no estado excitado; Aij é a probabilidade de transição de Einstein (fó- tons/s por íon excitado); t é o tempo que o analito reside no volume de observação (s); %luz é a porcentagem da luz coletada pela passagem pelo espectrômetro até o detector e, por fim, ds é o número de contagens produzida pelo detector por fóton que colide na superfície fotossensível do detector (contagens/fóton) (Todoli, J; Mermet, 2008). Já na técnica de ICP-MS o sinal analítico é derivado da amostragem de íons do plasma usando uma interface diferencialmente evacuada e espectrômetro de massas equi- pado com detector de contagem de íons (eletro multiplicadora). A equação básica para a sensibilidade em ICP-MS é descrita na equação 04, abaixo: Equação 04: equação da sensibilidade em ICP-MS 34 8��49:939;<;� = = × %@� × %91�4 × %94ó71F1 × 91�4 ;�7�+7<;14 × ;� Onde U, Tr e %íons já foram descritas; %isótopo é a porcentagem de íons do elemento de interesse que existe como um isótopo em particular; %ions detectados é a porcentagem de íons que são amostrados do plasma, transportados pela interface e espec- trômetro de massas em detectados em função da relação massa/carga (m/z) e, por fim, dn é o número de contagens produzidas pelos íons que colidem no detector (Todoli, J; Mermet, 2008). 35 1.2. Aumento de transporte do analito, aumento de sensibilidade e diminuição dos limites de detecção em ICP-OES A possibilidade de aumento da sensibilidade em ICP-OES posicionaria a técnica como uma opção mais vantajosa operacional e economicamente quando comparada à téc- nica de ICP-MS. A porcentagem de determinações elementares que poderia ser resolvida em um sistema mais simples e barato como o ICP-OES seria muito superior às que são executadas atualmente. Uma maneira para o incremento de sensibilidade e, por consequência, diminui- ção dos limites de detecção é aumentar a quantidade de amostra que é introduzida no plasma por unidade de tempo (taxa de transporte U x %Tr, na equação 03). Se o transporte de amostra foi aumentado em um fator de 15 vezes, sem nenhuma alteração ou mudança nas outras variáveis da equação 03, a sensibilidade deve aumentar no mesmo fator e o limite de detecção deverá ser melhorado também em 15 vezes (Olesik, 1996). Para os nebulizadores pneumáticos e câmaras de nebulização em particular, a vazão de gás e a taxa de aspiração da amostra são as variáveis chaves que controlam juntas o tamanho das partículas e a eficiência de transporte dos analitos para o ICP. Gotí- culas menores no aerossol primário são produzidas quando a vazão do gás de nebulização é aumentada, ao passo que mudanças na taxa de aspiração da amostra tem quase ne- nhuma influência no tamanho das gotículas. A câmara de nebulização remove a maioria das gotículas maiores antes do aerossol ser introduzido no ICP, entretanto, a eficiência de transporte mesmo de gotículas menores é menor do que 10% a uma taxa de aspiração de amostras a 1mL min-1. Como consequência, menos de 2% do aerossol da amostra entra no plasma (Broekaert, 2002; Fassel, 1978; Todoli, J; Mermet, 2008). Este fenômeno ocorre porque a colisão entre as gotículas e a coalescência for- mam gotículas maiores e reduzem, desta maneira, a eficiência do transporte da amostra quando a taxa de aspiração da amostra é aumentada. A quantidade de amostra que entra no plasma quase não muda quando a taxa de aspiração da amostra varia de 0,4mL min-1 para 2,0mL min-1. Apesar do tamanho médio das gotículas aumentar pouco com o aumento da taxa de aspiração da amostra, a perda de aerossol de todos os tamanhos na câmara de nebulização provoca a diminuição da eficiência do transporte. Alterações na vazão do gás de nebulização afetam predominantemente o aerossol primário e tem menos efeitos sobre as perdas na câmara de nebulização (Todoli, J; Mermet, 2008). 36 Para vencer o desafio de se analisar pequenos volumes de amostras, são necessárias altas eficiências de transporte de aerossóis (Olesik, 1996, 1997; Olesik e Fister, 1991). Uma opção que já foi investigada para tentar aumentar a taxa de transporte de analito que entra no plasma é o aumento da taxa de aerossol primário (que é a quantidade de amostra que entra no nebulizador por unidade de tempo), equivalente a taxa de introdu- ção de amostra U da equação 03. Contudo, para sistemas de introdução de amostras con- vencionais, o transporte não é constante, pois se a taxa de aspiração da amostra é aumen- tada a eficiência de transporte diminui. Portanto, em nebulizador pneumático convencional não adianta aumentar a taxa de transporte e tampouco a vazão do gás de nebulização, pois a taxa de transporte da amostra permanece aproximadamente constante mesmo após al- terações de parâmetros principais de transporte (Olesik, 1996, 1997; Olesik e Fister, 1991). 37 1.3. Sistemas de nebulização ideais e nebulizador por malha oscilante (NMO) Os sistemas pneumáticos de introdução de amostras utilizadas em espectrome- tria atômica compõe a maior base instalada de nebulizadores devido ao seu baixo custo de investimento, eficiência e fácil operacionalização. Os principais problemas destes sistemas de introdução de amostras estão associados ao baixo aproveitamento da solução admitida (cerca de 1 a 2% apenas) e eventuais entupimentos (Broekaert, 2002; Todoli, J; Mermet, 2008). Entretanto, devemos lembrar que o sistema de introdução de amostras ideal para ICP deve: • gerar pequenas gotículas com uma distribuição de tamanho de partículas es- treita e constante; • transportar o aerossol da amostra com alta eficiência; • permitir o controle direto da taxa de transporte da amostra; • provocar pequeno ruído nos sinais de emissão (resultando em alta precisão em curto prazo e também em longos períodos) e • não ser suscetível a efeitos de matriz (Todoli and Mermet, 2008). Conhecendo as características ideais de sistemas de introdução de amostras e sabendo que os principais objetivos destes sistemas são a introdução de uma fração repre- sentativa da amostra para a cela de atomização com alta eficiência e com o mínimo de efeitos de interferências adversos, Bings e colaboradores (Orlandini et al 2011) concluem que o sistema de introdução de amostras ideal para ICP seria na forma gasosa. A demanda por sistemas de nebulização com aproveitamento total da solução, mais flexíveis e preferencialmente de baixa vazão também surge através da hifenação com técnicas cromatográficas para estudos da especiação química. Dependendo das condições de separação e da vazão empregada no método cromatográfico, um fluxo adicional de gás de “make-up” (que é um fluxo adicional de gás usado para evitar o alargamento de pico) deve ser adicionado para que se atinjam as especificações de trabalho do nebulizador pneumático e manutenção do fluxo constante, ocasionando diluições indesejadas (Orlan- dini et al 2011). A nova geração de dispositivos para a geração de aerossóis é conhecida como nebulizadores de malha oscilante ou microbombas e possuem em sua construção um ele- mento vibracional piezelétrico feito de nitreto de alumínio (AlN) em formato de anel 38 conectado a uma malha metálica (platina) micrometricamente perfurada a laser (por volta de 1.000 orifícios com diâmetro de 2 µm cada). Tais dispositivos foram patenteados como Tecnologia VibronicTM (Figura 2) (Kesser, K. ; Geller, 2009) e ainda não existem relatos na literatura de estudos empregando estes sistemas para a introdução de amostras em ICP’s. Nebulizadores de malha oscilante (Figura 03) são dispositivos eletrônicos que possuem diversas vantagens quando comparados aos sistemas pneumáticos. Eles são portáteis, produzem gotículas com distribuição uniforme de tamanho de 3µm, silenciosos, velocidade de saída do aerossol baixa e constante, não requerem suprimento de gás para promover a nebulização e podem operar com baterias ou fornecimento de energia por cor- rente alternada (Fink and Simmons, 2004). Figura 03: Detalhes construtivos do dispositivo de nebulização por malha oscilante Fonte: Catálogo de lançamento do produto pela empresa Aerogen® Nebulizadores por malha oscilante foram criados e patenteados para contornar o problema de administração de fármacos em pacientes com fibrose cística nos pulmões (Dhand, 2002), uma doença hereditária, também conhecida como mucoviscidose, que se caracteriza pelo acúmulo de secreção densa e pegajosa nos pulmões, trato digestivo e outras áreas do corpo. A causa desta doença é genética e leva o organismo a produzir uma secreção espessa que obstrui os pulmões e o pâncreas (Kesser, K. ; Geller, 2009). 39 O acúmulo do muco viscoso é mais comum nas partes inferiores dos pulmões e o ideal na administração de medicamentos para pacientes com esta enfermidade é que seja localizada nas regiões de maior acúmulo de secreções, ou seja, nas partes inferiores. Entretanto, os alvéolos pulmonares tendem a reter gotículas de diâmetros maiores do que 10 µm, portanto, dispositivos pneumáticos são pouco efetivos (Dhand, 2002; MacLoughlin et al., 2009; Waldrep e Dhand, 2008) (Figura 4). Quando os medicamentos são administrados por nebulizadores por malha oscilante, além de maior reprodutibilidade na dose da medicação, a massa inalada que atinge a região que precisa de tratamento é maior, portanto, podemos concluir que é um dispositivo mais eficiente (Dhand, 2002; Waldrep e Dhand, 2008) Outras vantagens são: não há aumento nenhum da temperatura o que preserva o princípio ativo dos fármacos e evita a perda do solvente por evaporação, opera silenciosamente (<35 dB) o que é fundamental em hospitais e ambientes onde os pacientes necessitam de repouso, minimiza a deposição de gotas maiores na boca e garganta, é compatível com amplo espectro de medicamentos e consome totalmente a medicação, evitando desperdício e não deixando resíduos da droga no sistema (Fink e Simmons, 2004). Figura 04: Ilustração comparativa da eficiência de administração de fármaco empregando um nebulizador convencional e um nebulizador por malha oscilante. Fonte : https://www.aura-medical.com/ : acessado em Janeiro de 2019 O principal objetivo deste trabalho é o de estudar uma alternativa que possa superar as limitações de sensibilidade, precisão e quantidade de amostra necessária nos Tratamento com nebulizadores pneumáticos convencionais Tratamento com nebulizadores por malha oscilante 40 sistemas pneumáticos convencionais de introdução de amostras empregando novas tecno- logias de introdução de amostras. Para atingir este objetivo, foi empregada a nova tecnologia de geração de aeros- sol (nebulizador eletrônico de malha oscilante) como sistema de introdução de amostras para a Espectrometria de Emissão Óptica por Plasma Acoplado Indutivamente ICP-OES, com o intuito de avaliar o seu potencial para eventual incremento de sensibilidade, estabili- dade e robustez. Para tanto foi necessário montar uma interface capaz de acoplar o nebulizador em câmaras de nebulização comerciais e aplicar o dispositivo para a introdução de microvo- lumes (entre 50 a 500 microlitros) com foco na quantificação dos elementos As, Cd, Cr, Co, Mg, Mn, Ni, P, Pb, Se e Zn. Em outras palavras, tendo em vista a necessidade de superar limitações de sen- sibilidade, precisão e quantidade de amostra necessária nos sistemas pneumáticos con- vencionais, a nova tecnologia de geração de aerossol (nebulizador eletrônico de malha os- cilante), surge como possível alternativa aos sistemas utilizados atualmente. Desta forma, o presente trabalho apresenta alguns estudos avaliando a potencial melhora nas limitações mencionadas utilizando nebulizador eletrônico de malha oscilantes como sistema de inje- ção de amostra em ICP-OES. 41 1.4. Fotogeração de compostos voláteis ou geração fotoquímica de vapores (PGV) A geração de espécies voláteis é uma forma vantajosa de entrega altamente eficiente do analito no dispositivo de detecção e o interesse por este método vem crescendo recentemente, pois pode ser acoplado a qualquer método espectrométrico atômico (Büyükpınar et al., 2017; Gao et al., 2015; Sturgeon, 2017; Wu et al., 2010) A geração fotoquímica de vapores (PVG) é um subconjunto de novas técnicas para geração de espécies voláteis amplamente utilizadas para serem acopladas a técnicas espectrometria atômica e de massas com o objetivo de melhorar a eficiência de transporte e introdução do analito (Zheng, Sturgeon, et al., 2010). Essa técnica oferece a separação de compostos voláteis de interferência que reduz a matriz líquida (Gao et al., 2015; Nováková et al., 2018). Além disso, diminui a energia necessária para atomização ou ionização do analito (Lopes et al., 2017; Wu et al., 2010; Zheng, Ma, et al., 2010). As espécies voláteis podem ser formadas por reações químicas, eletroquímicas e fotoquímicas (Nováková et al., 2018). A geração de hidreto químico utilizando boro-hidretos é utilizada rotineiramente como método de escolha para a determinação de elementos formadores de hidreto (As, Se, Sb, Bi, Pb, Sn, Te) e mercúrio (Sturgeon, 2017; Wu et al., 2010; Zheng, Ma, et al., 2010). No entanto, sofre de instabilidade do agente redutor, altos espaços em branco devido à contaminação dos reagentes e necessidade de preparo de amostras no caso de analitos em estados de maior valência (Lopes et al., 2017; Wu et al., 2010). A geração eletroquímica sofre passivação de eletrodos e efeitos de memória resultantes (Nováková et al., 2018). A geração de espécies voláteis fotoquímicas por UV (UV-PVG) é atualmente o método mais promissor, devido à sua simplicidade instrumental e possibilidade de utilização de fotocatalizadores para a pré-redução de analitos em estados de maior valência (Hou et al., 2012; Sturgeon, 2017; Zheng, Ma, et al., 2010). Outras vantagens incluem escopo mais amplo de cobertura de elementos e hifenização simples com técnicas de separação (HPLC, GC) para análises de especiação. Por último, mas não menos importante, os métodos fotoquímicos reduzem a produção de resíduos tóxicos, tornando o UV-PVG um método ecológico (Qin et al., 2013; Sturgeon, 2017; Yin, Liu e Jiang, 2011; Zheng et al., 2005). Na última década, a geração fotoquímica de vapor tem sido aplicada com sucesso na determinação de mercúrio, bem como metais de transição (Cd, Fe, Co, Ni, e Os) e elementos formadores de hidreto (As, Sb, Sn, Bi, Se, Te, Hg e Pb) assim como não metais (I e Br) em diversas matrizes (Coutinho de Jesus, Grinberg e Sturgeon, 2016; Li et al., 2018; 42 Linhart et al., 2016; Nóbrega et al., 2011; Quadros, de e Borges, 2014; Romanovskiy et al., 2018; Rybínová et al., 2016; Wang et al., 2016). Parece que um fator crucial para o desenvolvimento posterior da UV-PVG pode ser a construção do reator fotoquímico, pois reatores de diferentes construções descritas na literatura produziram resultados contraditórios (Hou et al., 2012; Zheng, Ma, et al., 2010). O objetivo desta parte da tese foi construção, otimização e aplicação de um sistema de PVG acoplado a um espectrômetro de absorção atômica com foco na determinação de arsênio trivalente (As III), arsênio pentavalente (As IV), dimetilarsênio (DMAs) e monometilarsênio (MMAs) com o objetivo de explorar o potencial analítico de diferentes espécies químicas de arsênio. 43 2. Objetivos 2.1 Objetivos gerais Levando em consideração a necessidade de melhorias nos sistemas de introdução de amostras na Espectrometria de Emissão Óptica com Plasma Acoplado Indu- tivamente e também a busca por novas metodologias que possam ser empregadas na ge- ração de vapor / hidretos de elementos de forma mais eficiente e com menor quantidade de reagentes, este trabalho teve como principais objetos de estudo testes com novo nebu- lizador e também a utilização de processos fotoquímicos associados a geração de hidretos. 2.2 Objetivos Específicos O objetivo deste projeto é a construção, otimização e aplicação de um sistema de PVG acoplado a um espectrômetro de absorção atômica com foco na determinação de arsênio trivalente (As III), arsênio pentavalente (As V), dimetilarsênio (DMAs) e monometilarsênio (MMAs) com o objetivo de explorar o potencial analítico de diferentes espécies químicas de arsênio. Outro objetivo é o de viabilizar o acoplamento entre um sistema de nebulização por malha oscilante ao um espectrometro de emissão optica com fonte de plasma inditivamente acoplado (ICP-OES), buscando incremento de sensibilidade na determinação dos elementos As, Cd, Cr, Co, Ni, P, Pb e Se. • Projetar diferentes tipos de bobinas para a fotogeração de compostos voláteis para comparação de desenpenho; • Trabalhar com diferentes composições de fase móvel para UV-PGV; • Testar diferentes tipos de separador gás-líquido; • Testar diferentes potências de fonte de radiação ultravioleta; • Testar métodos de pré-redução de As V com foco em viabilização da especiação química; • Desenvolver estratégias para acoplamento entre o ICP-OES e o nebulizador de malha oscilante; • Comparar o desempenho do NMO com as construções comerciais; • Avaliação do parâmetro de robustez dos métodos empregando diferentes tipos de nebulizadores; 44 3. Parte Pexperimental: 3.1. Construção e montagem dos reatores de geração fotoquímica de vapores por radiação ultravioleta (UV-PVG) Para a condução dos experimentos, foram empregadas duas montagens dife- rentes de reatores, sendo um deles com uma lâmpada de 20 W com dimensões (compri- mento x diâmetro) de 590 x 32 mm (Ushio, Japão) e outra de 6 W com dimensões de 212 x 16 mm (Phillips, Polônia) ambas de vapor de mercúrio, construídas em tubos de quartzo e com emissão máxima em 254 nm. Dois tipos de materiais diferentes foram utilizados na confecção das bobinas reacionais: quartzo e teflon. As bobinas de quartzo foram manufa- turadas de acordo com especificações fornecidas por nosso grupo e compatíveis com as fontes de radiação ultravioleta empregadas no trabalho (Figura 05). Figura 05: Foto-reatores UV empregados nos experimentos Diferentes montagens do reator fotoquímico UV com lâmpada de mercúrio de baixa pressão. A) Um gerador de UV composto por uma bobina de teflon e uma lâmpada de descarga (20 W, 253,7 nm); B) Gerador de UV feito de lâmpada descarga e bobina de quartzo (20 W, 253,7 nm); C) Um gerador de UV composto por uma bobina de quartzo e uma lâmpada de descarga (6 W, 253,7 nm). 45 Os reatores foram montados em suportes apropriados para que seja fácil a troca de bobinas de reação e/ou alterações na montagem do reator. Para uma melhor compreensão de como as principais variáveis poderiam influ- enciar o sinal analítico, foram testados dois diferentes comprimentos de bobinas de reação, dois diferentes materiais da bobina (teflon e quartzo), dois comprimentos de bobina (0,5 m e 1,0 m) duas potências de lâmpada (20 W e 6 W), e duas diferentes vazões de fase móvel (1 mL min-1 e 3 mL min-1). Cada fotoreator foi projetado com um sistema de proteção que evita a emissão da radiação ultravioleta para o ambiente, protegendo, desta maneira, os olhos e pele do operador. Os fotoreatores puderam então ser acoplados ao Espectrômetro de Absorção Atômica equipado com cela de quartzo e aquecimento eletrotérmico. Foram testadas dife- rentes montagens de entrada de gases (Hidrogênio e Argônio), diferentes composições de fase móvel, diferentes tipos de separador gás-líquido. Os resultados e diferentes monta- gens serão discutidas a seguir. 46 3.1.2. Montagem do sistema UV-PGV/QF-AAS Todos os experimentos de FIA-UV-PVG/QT-AAS foram desenvolvidos no departamento de química analítica da Charles University de Praga - República Tcheca sob a supervisão do Dr. Václav Červený Ph.D. (Přírodovědecká fakulta - Katedra analytické chemie) em um intercâmbio científico através do edital Be_a_Doc gerenciado pelo grupo coimbra de universidades brasileiras. Um diagrama esquemático da montagem instrumental do sistema é mostrado nna Figura 06. Outras montagens foram testadas, porém, sem que fosse observado o sinal analítico, conforme algumas observações: • se a introdução do gás hidrogênio não for feita, não há resposta de geração de compostos voláteis de arsênio; • caso a entrada de argônio seja feita juntamente com o hidrogênio em um mis- truardor em "Y", o sinal é suprimido; • na tentativa de se introduzir o hidrogênio antes da válvula de injeção, o sinal é perdido; • dentre outras variações. Figura 06: Foto da montagem do sitema FIA-UV-PVG/QT-AAS 47 Figura 07: Esquema da montagem do sitema FIA-UV-PVG/QT-AAS 1 - Recipiente de solução de ácido fórmico usado comoleito de fase móvel; 2 - bomba peristáltica; 3 - válvula de injeção com loop de dosagem (100 μL); 4 - regulador de vazão de gás digital; 5 - cilindro de argônio; 6 - cilindro de hidrogênio; 7 - reator fotoquímico UV; 8 - separador de fases (separador gás-líquido); 9 - atomizador de quartzo aquecido externamente AAS Na montagem a qual se obteve maior sucesso na obtenção de sinais (Figura 06), as amostras e brancos são empurradas até o fotoreator UV através de tubos de Tygon utilizando uma bomba peristáltica de oito canais programável (Masterflex, Ismatec - Suíça). O efluente oriundo do fotoreator UV foi transportado através de tubos de PTFE até o sepa- rador gás-líquido que foi construído no laboratório e projetado para um menor volume in- terno de aproximadamente 7 cm3 (Figura 07) ligado a uma saída da solução forçada por uma segunda bomba peristáltica (Masterflex, Ismatec - Suíça). O leito gasoso foi então empurrado para um forno de quartzo aquecido eletroter- micamente a 950 ºC. Um espectrômeto de Absorção Atômica (ContrAA 700, Analitik Jena - 48 Alemanha) com fonte contínua de arco de xenônio, selecionando o comprimento de onda de 193.696 nm para as medidas do sinal analítico do arsênio. As leituras foram feitas no modo de sinal transiente, no qual é avaliada a inten- sidade do sinal em função do tempo. Figura 08: Projeto e imagem da construção do separador gás-líquido integrado com o atomizador de quartzo. 49 3.2 Planejamento fatorial 24 Para a investigação da influência das outras variáveis (potência da lampada, material da bobina de reação, comprimento da bobina e vazão da fase móvel) foi delineado um planejamento fatorial 24 (16 experimentos) com 3 repetições cada (48 medidas), calcu- lado e validado pelo software Minitab versão 17. Os resultados utilizados nos cálculos do planejamento foram resultados de área média das repetições. Os experimentos foram efetuados de maneira aleatória para que não houvessem qualquer tipo de análise estatística tendenciosa que pudessem interferir nos resultados. 50 3.3 Nebulizador eletrônico por malha oscilante Para os estudos com o nebulizador eletrônico de malha oscilante foi utilizado um espectrômetro de emissão óptica por plasma indutivamente acoplado ICP-OES Perkin-El- mer, Optima 8300 DV, com disposição da tocha axial e janela na radial, equipado com uma fonte de rádio frequência (RF) de estado sólido de 40 MHz “free runing”, ajustável entre 750 – 1.500 W com eficiência de transferência maior que 81%, um detector segmentado de estado sólido do tipo SCD (segmented array charge coupled device) instalado no departa- mento de Química do Instituto de Biociências (IBB) da Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho (UNESP), campus de Botucatu. Foi utilizado argônio com 99,996 % de pureza (White Martins, SP, Brasil). Utilizou-se um nebulizador marca Aerogen modelo Aeroneb Pro System do- ado pela empresa Aerogen Limited (Irlanda). Diferentes adaptações foram montadas como parte do estudo. Foram testadas diferentes maneiras de acoplamento do nebulizador no ins- trumento de ICP-OES acoplamento direto (sem câmara de nebulização e acoplamento pas- sando pela câmara de nebulização. 51 3.3.1 Reagentes e Padrões Soluções-estoque de As, Cd, Cr, Co, Ni, P, Pb e Se na concentração de 1.000 mg L-1 em HNO3 2 % (v/v) foram empregadas no preparo de soluções padrão multielemen- tares contendo os elementos de interesse nas matrizes de estudo do trabalho. Para tal, foi usado HNO3 concentrado (Merck, P.A.) e água deionizada pelo sistema Milli-Q (Milipore, Bedford, MA, USA), apresentando resistividade de 18,2 MΩ cm-1 (Kocherlakota, 1992). 52 3.4 Resíduos gerados As atividades laboratoriais normalmente geram consideráveis quantidades de re- síduos sólidos e líquidos provenientes dos ensaios analíticos, os quais foram tratados e descartados de forma adequada conforme as normas dos órgãos regulamentadores. No presente estudo, os resíduos líquidos oriundos das curvas de calibração, ex- trações com solventes orgânicos, descartes instrumentais dentre outros, contendo ou não substâncias tóxicas, foram armazenadas em recipientes apropriados (vidros) para serem posteriormente tratados e descartados, conforme descrito nas normas para Gerenciamento de Resíduos Químicos no IQ/UNESP versão 2002. Os tubos de polipropileno, assim como os outros materiais descartáveis que fo- ram utilizados nos experimentos, após terem seus conteúdos líquidos devidamente descar- tados, foram armazenados e encaminhados para a incineração quando for o caso. 53 4. Resultados e discussões 4.1 Experimentos de UV-PGV/QT-AAS É conhecido que o estado de oxidação dos elementos formadores de hidretos influencia diretamente no processo de formação de hidretos voláteis especialmente para o As, Sb, Se e Te. Em particular os estados de oxidação mais favoráveis para cada um destes elementos são: As(III), Sb(III), Se(IV) e Te(IV) . Pouco ainda se sabe sobre os mecanismos de formação de compostos voláteis por fotogeração pela radiação ultravioleta, porém, é conhecido que a reação fotoquímica de ácidos orgânicos leves com o elemento arsênio é muito sensível a presença de ácidos minerais oxidantes no meio reacional (HNO3, H2SO4 e HClO4) (Lopes et al., 2017). No início do trabalho com fotogeração de compostos voláteis de arsênio, foi en- contrada uma situação onde o sinal analítico para uma solução de As(III) com a concentra- ção de 100 µg L-1 era inexistente. Para uma solução de concentração de 500 µg L-1, o sinal era muito baixo (próximo do ruído) e somente foi possível trabalhar com soluções acima de 750 µg L-1. Para qualquer experimento utilizando-se As(V) como analito, não observou-se sinal em qualquer concentração testada no intervalo entre 50 - 2.000 µg L-1. Dezenas de experimentos foram feitos na tentativa de se encontrar as razões da perda de sinal, sem sucesso. Testou-se variações nas vazões dos gases, troca de atomi- zador, troca de lâmpada, troca de bobina de reação, substituição de todas as mangueiras, conexões, testes com ácido clorídrico em diferentes concentrações, troca dos padrões, pre- paro de novas soluções, dentre outros aspectos. Após muitas tentativas, chegou-se à conclusão de que é necessário promover um "tratamento" (algo como o procedimento de modificação permanente usado em ETAAS) de qualquer novo sistema com um volume (trabalhou-se com 10 mL) de uma solução de Bismuto 10 mg L-1 antes do início dos trabalhos. Após a modificação permanente, atingiu- se um incremento de sensibilidade em um fator de 5. Buscando entender a reação de fotogeração de compostos voláteis de arsênio assim como as variáveis que influenciam diretamente nas leituras, foi promovido uma ba- teria de experimentos com o objetivo de encontrar condições que permitam o emprego desta técnica como ferramenta analítica para análises de rotina. 54 4.1.1 Otimização de condições da concentração ácida da fase móvel Os primeiros ensaios conduzidos para avaliar as condições de reação foram ba- seados no trabalho de Linhart et al (Linhart et al., 2016) onde as espécies voláteis de arsê- nio foram geradas em um reator de fluxo contínuo inicialmente montado com uma bobina de reação feita com tubo de Teflon (PTFE) de 2,5 metros de comprimento, 1,0 mm de diâ- metro interno e 1,4mm de diâmetro externo, devidamente enrolada ao redor da fonte de radiação ultravioleta de baixa pressão de vapor de mercúrio (254 nm, 20W adquirida da Ushio, Japão). Para a fase móvel foram testados os seguintes ácidos orgânicos: ácido fór- mico, ácido acético, ácido propiônico, mistura de ácido fórmico e acético, mistura de ácido fórmico e propiônico, mistura de ácido acético e ácido propiônico (Linhart et al., 2016). Foi observada resposta de sinal analítico apenas para soluções de ácido fórmico (Figura 08). Figura 09: Influência da concentração do ácido fórmico no sinal analítico G