Desenvolvimento de métodos de preparo de amostras utilizando US e MW e análise da matéria orgânica no solo

ISBN 978-85-85905-23-1

Área

Iniciação Científica

Autores

Kunz, K.M. (IFRS) ; Nicolodi, N.M. (IFRS) ; Santos, R.F. (UFSM) ; Campos, B.C. (IFRS) ; Cruz, S.M. (IFRS)

Resumo

Em laboratórios de solos são realizadas análises quantitativas com a finalidade de caracterizar a fertilidade do solo para posterior recomendação de adubação e calagem. As amostras são submetidas a uma etapa de preparo de amostras para a subsequente determinação dos analitos. O método de preparo de amostras deve ser eficiente, e sempre que possível, rápido e de baixo custo. No entanto, os métodos convencionais utilizados nos laboratórios para a determinação de Ca, Cu, Mg, Mn, K e Zn em solos, empregam um elevado volume de reagentes além do tempo para a realização das análises. Adicionalmente, outro importante parâmetro avaliado é a matéria orgânica (M.O) determinada por espectrofotometria UV-Vis.

Palavras chaves

Preparo de amostras; Solos; Fertilidade

Introdução

Os métodos convencionalmente utilizado para o preparo de amostras utilizam métodos de extração do solo que apresentam alta correlação com a absorção de nutrientes pelas plantas. A extração pode variar desde a fração total ou apenas a fração solúvel em água, demonstrando assim o que fica disponível para as plantas. Para a determinação de Ca, Cu, Mg, Mn, K e Zn em solos, geralmente é empregado um elevado volume de reagentes, elevado tempo de execução dos procedimentos, o que torna o procedimento moroso. Outro parâmetro avaliado em laboratórios de rotina é a determinação da matéria orgânica (M.O). Este parâmetro é determinado a partir da oxidação do Cr+6 da solução sulfocrômica com calor externo e, posteriormente é feita a determinação por espectrometria ultravioleta visível (UV-Vis). Alternativamente, a determinação de M.O é feita utilizando um sensor VisNIR. Diante desse contexto, nos últimos anos diversos estudos têm sido desenvolvidos com respeito a fontes alternativas como micro- ondas (método de MAE, do inglês microwave assisted extraction) e ultrassom (método de UAE, do inglês ultrasound assisted extraction). Nesse sentido, este trabalho teve como objetivo o preparo de amostras para determinação de Ca, Cu, Mg, Mn, K e Zn, utilizando ambos os métodos. Cabe destacar que também foi avaliada a determinação da M.O pelos métodos descritos anteriormente.

Material e métodos

Para o desenvolvimento deste trabalho foi utilizado um forno de micro-ondas doméstico e um banho de ultrassom. Em ambos foi utilizado frascos de polipropileno de 50 ml para o preparo da amostra. Em seguida, foi feita a determinação de Ca, Mg, Mn, Zn e Cu utilizando um espectrofotômetro de absorção atômica (Varian AA, 55B), enquanto que, a determinação de K foi feita em m fotômetro de chama (Analyser, 910M). Para os experimentos iniciais utilizando o forno de micro-ondas, foi realizado o mapeamento da potência absorvida em diferentes posições do forno de micro-ondas. Para o desenvolvimento do método, alguns parâmetros como a massa de amostra, tipo de solução extratora, potência de irradiação e tempo de aquecimento foram otimizados utilizando um planejamento multivariado do tipo (2[4]) para reduzir o número de experimentos (Tabela 1). Inicialmente, foi avaliada a solução extratora para posteriormente, ser aplicado o planejamento fatorial. Para o desenvolvimento do método de UAE, foi utilizado um banho de ultrassom (Elma GmbH & Co, Singen, Alemanha), com potência efetiva de 200 W, frequência de 35 e 130 kHz, 8,6 L como volume de banho, modelo TI-H-10, para a posterior determinação de Ca, Cu, Mg, Mn, Zn e K em solos. A determinação da M.O das amostras foi feita pelo método padrão e também, com os sensores de vermelho e infravermelho. Os sensores foram calibrados com placas nas cores branco e preto e, após, foi feita a medida da reflectância na região do vermelho e do infravermelho. Em seguida, os dados obtidos são correlacionados com o teor de M.O obtido em laboratório, através da análise quimiométrica.

Resultado e discussão

Inicialmente, foi medida a temperatura da solução em cada um dos frascos de polipropileno (em diferentes posições), para avaliação da potência absorvida no forno de micro-ondas. Com esse experimento, foram demarcadas as posições ótimas de absorção e um desvio padrão relativo (RSD) inferior à 5% foi obtido para todos os frascos. Quando foi avaliada a solução extratora, a solução de CH[3]COOH apresentou concordância adequada (> 90%) para todos os analitos, quando comparado com o EDTA (Tabela 2A). Para avaliar a exatidão do método proposto, os resultados foram comparados aos obtidos pela análise interlaboratorial. Dessa maneira, foi observado que não houve diferença significativa entre os resultados obtidos e os valores de referência (p<0,05). A solução extratora utilizada na MAE também foi avaliada no método de UAE. Assim, a solução de CH[3]COOH 0,1 mol L[-1] foi considerada adequada após extração por 15 min, tendo em vista que os resultados foram comparados com os obtidos por MAE. Os resultados da matéria orgânica (Tabela 2B) estão sendo avaliados através da análise quimiométrica (PCA, PLS), porém ainda não foi concluída.

Planejamento fatorial utilizado para o desenvolvimento dos métodos.


A) Resultados obtidos para cada analito após MAE e, B) Dados obtidos para matéria orgânica utilizando sensores e resultados obtidos pelo método padrão

Conclusões

O método desenvolvido utilizando a radiação micro-ondas mostrou ser adequado para a extração multielementar dos analitos em solos, sendo utilizado materiais e equipamentos de baixo custo. O método está em acordo com as recomendações da química verde, o qual minimiza a geração de resíduos. Os estudos realizados utilizando ultrassom para a extração dos analitos, demonstraram elevada concordância entre os resultados obtidos com MW.

Agradecimentos

Ao CNPq pelo auxílio financeiro, a Universidade Federal de Santa Maria (UFSM) pela parceria e ao IFRS pela oportunidade.

Referências

EITELWEIN, M. T.; BESSON, D. G. A.; MUNIZ, R. A.; TREVISAN, R. G.; VETTORAZZI, C. A.; MOLIN, J.P. Avaliação da relação entre os teores de carbono orgânico e a reflectância espectral (Vis-NIR) do solo. Congresso Brasileiro de Agricultura de Precisão- Sao Pedro- SP, 2014.

Flores, E. M. M. Microwave-Assisted Sample Preparation for Trace Element Determination, Elsevier, Oxford, 2014.

Luchese, E. B. Fundamentos da Química do Solo: Teoria e Prática, Freitas Bastos, Rio de Janeiro, 2001.