ÁREA: Iniciação Científica
TÍTULO: Fluorescência de raios-X por dipersão de energia - EDXRF aplicada à caracterização química multielementar de matrizes geológicas
AUTORES: Almeida, M. (CRCN/NE-UFPE) ; França, E. (CRCN/NE-UFPE) ; E. G. Farias, E. (CRCN/NE-UFPE) ; Silva Filho, C. (CRCN/NE-UFPE) ; Arruda, G. (CRCN/NE-UFPE) ; Honorato, E. (CRCN/NE-UFPE) ; A. Hazin, C. (CRCN/NE-UFPE)
RESUMO: Uma das grandes vantagens da fluorescência de raios-X é prescindir o preparo químico das amostras, além de possibilitar a determinação química multielementar de amostras com composição desconhecida. Neste trabalho foi estudada a caracterização química multielementar de amostras geológicas, empregando a técnica de fluorescência de raios X - EDXRF. Os resultados analíticos do material de referência certificado SRM 2710 Montana Soil foram comparados aos valores de referência. Para a grande parte dos elementos químicos, os valores obtidos estiveram dentro da faixa certificada, além das estimativas de incerteza semelhantes àquelas do material de referência. De maneira geral, os resultados estiveram dentro da faixa de variação esperada de acordo com os cálculos estatísticos empregados.
PALAVRAS CHAVES: Análise Química; EDXRF; Amostras Geológicas
INTRODUÇÃO: A fluorescência de raios-X (XRF) utiliza radiação para excitar os átomos de uma amostra desconhecida. Os elementos individuais presentes na amostra emitem seus raios-X característicos (fluorescentes). O detector quantifica estes raios-X e, qualitativamente, determina quais elementos estão presentes no material (SHACKLEY, 2011; CARNEIRO & NASCIMENTO FILHO, 1996). No sistema de fluorescência por dispersão de energia, os raios-X são detectados por meio de um detector semicondutor Si-Li, permitindo análises multielementares extremamente rápidas, mesmo para frações de massa na ordem de 1-100 mg/kg. Uma das grandes vantagens dessa técnica analítica é prescindir o preparo químico das amostras, o que pode ser uma fonte de erro considerável em análises químicas (MARKERT, 1995). Neste trabalho foi estudada a caracterização química mulielementar de amostras geológicas, empregando a técnica de fluorescência de raios X por dispersão de energia - EDXRF. Após a construção das curvas de calibração, os resultados analíticos para porção testada do material de referência certificado SRM 2710 Montana Soil foram comparados com os valores de referência, permitindo a avaliação da qualidade do procedimento analítico adotado de matrizes geológicas.
MATERIAL E MÉTODOS: Para a construção das curvas de calibração, foram utilizados materiais de referência com frações de massa variáveis, de modo a permitir faixa de determinação adequada para matrizes geológicas. Os materiais de referência utilizados foram SRM 1646a – Estuarine Sediment, SRM 1944 – New York/New Jersey Waterway Sediment e SRM 2710 – Montana Soil, produzidos pelo National Institute of Standards & Tecnology (NIST), assim como IAEA-SL-1 Trace and Minor Elements in Lake Sediment e IAEA-Soil 7, produzidos pela International Atomic Energy Agency (IAEA). As porções analíticas dos materiais de referência foram transferidas para recipientes forrados com polipropileno, garantindo superfície lisa para a realização das análises. Branco analítico foi preparado juntamente com as amostras. Porção-teste independente do material SRM-2710 foi preparada para a avaliação da qualidade do procedimento analítico. Após a calibração de energia do equipamento, todas as amostras foram submetidas à vácuo para a realização das análises. O tempo de análise foi 300 segundos. Para os elementos Cu, Co, Fe, Ga, La, Mn, Ni, Pb, Rb, Sr, Ti, V e Zn, a voltagem foi ajustada para 50 kV e empregou-se filtro de Mo, enquanto que, para Al, Ca, K e Si, a voltagem foi 15 kV com filtro de Al. Os resultados foram expressos em massa seca (teor de água igual a 1%). A estimativa de incerteza foi baseada na variabilidade entre replicatas e acurácia da curva de calibração. Para a avaliação dos resultados, foram calculados o Índice z, que leva em consideração a diferença entre os valores obtidos e certificados do material de referência, dividida pelo desvio padrão esperado, e o Número En, cujo cálculo também considera as respectivas incertezas analíticas obtidas e certificadas expandidas em nível de 95% de confiança.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: A Tabela 1 apresenta a média das frações de massa e suas respectivas incertezas expandidas e os valores certificados para o material de referência SRM 2710. Para a grande parte dos elementos químicos, os valores obtidos estão dentro da faixa esperada, além de estimativas de incerteza compatíveis com aquelas do material de referência. Elementos químicos como As, Br, Cu, Mg e P apresentaram problemas para a obtenção da curva de calibração, indicando a complexidade de matrizes geológicas para a determinação química multielementar. Contudo, os primeiros resultados indicaram que As e Cu podem ser determinados nessas matrizes, quando presentes em quantidades apreciáveis (acima de 600 mg/kg e 2000 mg/kg, respectivamente). Vale ressaltar que elementos químicos como vanádio, por exemplo, foram quantificados com baixo nível metrológico, uma vez que a incerteza analítica expandida atingiu 56%.
Para facilitar a demonstração da qualidade do procedimento analítico, a Figura 1 apresenta os valores obtidos de Índice z e Número En. No caso, os limites adotados variaram de -2 a 2 para Índice z e de -1 a 1 para o Número En, respectivamente, para um nível de confiança de 95%. De maneira geral, os resultados estiveram dentro da faixa esperada, com exceção de Ca para o Número En e Ni para o Índice z (não está mostrado na Figura 1 devido ao grande valor obtido, ou seja, acima de 3).
Tabela 1
Figura 1
CONCLUSÕES: Foi possível confirmar a aplicabilidade da técnica EDXRF para a caracterização química multielementar de amostras geológicas. Vale ressaltar a praticidade e rapidez das análises, assim como o grau de qualidade alcançada do procedimento analítico por esse trabalho.
AGRADECIMENTOS: Os autores agradecem ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico e à Comissão Nacional de Energia Nuclear pelo suporte financeiro.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: CARNEIRO, A. E. V.; NASCIMENTO FILHO, V. F. 1996, Análise quantitativa de amostras geológicas utilizando a técnica de fluorescência de raios X por dispersão de energia. Scientia Agricola, 53. Disponível em: http://www.scielo.br/scielo.php?pid=S0103-90161996000100014&script=sci_arttext
MARKERT, B. 1995, sample preparation (cleaning, drying, homogenization) for trace element analysis in plant matrices. The Science of the Total Enviroment, 176: 45-61.
SHACKLEY, M. S. 2011. An introduction to X-Ray fluorescence (XRF) analysis in archaeology. In: SHACKLEY, M. S. (ED), X-Ray Fluorescence Spectrometry (XRF) in Geoarchaeology, Springer+Business Media, LLC, p. 07-46
