Desenvolvimento de sistema de pré-concentração em linha empregando nanopartículas de CoFe2O4 revestidas com 4-(2-tiazolilazo)-resorcinol para determinação de Pb em águas naturais por F AAS

ISBN 978-85-85905-25-5

Área

Química Analítica

Autores

de Souza Junior, J.J.C.L. (UNIVERSIDADE DO ESTADO DA BAHIA) ; Santos, B.R.S. (UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA) ; Brandão, G.C. (UNIVERSIDADE DO ESTADO DA BAHIA) ; Ferreira, S.L.C. (UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA) ; dos Santos, W.N.L. (UNIVERSIDADE DO ESTADO DA BAHIA)

Resumo

No presente trabalho, um sistema em linha foi desenvolvido para extração e pré- concentração de Pb empregando minicoluna preenchida com nanopartículas de CoFe2O4 revestidas com 4-(2-tiazolilazo)-resorcinol (TAR) visando a sua determinação em águas naturais por espectrometria de absorção atômica em chama (F AAS). Um planejamento fatorial completo 23 foi empregado para avaliar os fatores concentração de eluente, vazão de amostragem e pH da solução padrão ou amostra. Um planejamento Box-Benhken foi aplicado para obter as condições ótimas: concentração de eluente de 0,10 mol L-1, vazão de amostragem de 2,5 mL min-1 e pH 5,0. O sistema em linha apresentou um fator de enriquecimento de 25, limites de detecção e quantificação de 1,8 e 6,0 µg L-1, respectivamente.

Palavras chaves

Pré-concentração em linha; Nanopartículas de CoFe2O4; Determinação de chumbo

Introdução

A determinação de metais tóxicos, como chumbo, em águas naturais é uma relevante questão, sendo de grande interesse para a comunidade científica. Dentre as técnicas analíticas, a espectrometria de absorção atômica em chama (F AAS) tem sido bastante empregada para diversas análises, devido ao seu custo instrumental relativamente baixo e alta seletividade. No entanto, procedimentos de extração e pré-concentração são frequentemente necessários para efetuar a determinação de chumbo em águas naturais, quando esta técnica é empregada para a análise, em virtude das baixas concentrações desse elemento (SOUZA et al, 2007). Recentemente, nanopartículas têm sido sintetizadas e empregadas para diversas aplicações, entre elas o seu emprego como sorvente para a extração e pré- concentração de analitos, visando a determinação por técnicas analíticas. Nesse contexto, as nanopartículas têm proporcionado algumas vantagens, como grande área superficial para adsorção de analitos; alta seletividade, devido à possibilidade de revestimento com diferentes tipos de grupos funcionais; alta frequência de reuso; fácil processo de síntese; e baixo custo (FARAJI, 2016). A possibilidade de realizar procedimentos de extração e pré-concentração em linha, permite estabelecer métodos analíticos com alta frequência analítica, baixo consumo de amostra e reagentes, com menores limites de detecção, quando comparados com procedimentos realizados em batelada (FANG, 1993). Em vista de tudo que foi exposto, este trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de um sistema em linha para extração e pré-concentração de Pb visando a sua determinação em amostras de águas naturais por F AAS, empregando nanopartículas de CoFe2O¬4 revestidas com o reagente complexante 4-(2-tiazolilazo)-resorcinol (TAR) como sorvente.

Material e métodos

Um espectrômetro de absorção atômica em chama da GBC Scientific Equipment foi usado para as determinações de chumbo. As medidas de absorvância foram realizadas usando a linha de absorção atômica principal de Pb em 217,0 nm. Para a síntese das nanopartículas de Co¬Fe2O4, soluções contendo 0,025 mol L-1 de Co2+ e 0,050 mol L-1 de Fe3+, na proporção de 1:2, foram adicionadas em um béquer, mantendo a mistura sob agitação constante, durante 10 min. Em seguida, 10 mL de solução de NaOH 10 mol L-1 foram gotejadas lentamente, através de uma bureta, até atingir pH 12. A mistura foi aquecida (80 °C, por 1 h), filtrada e as nanopartículas secas em estufa (90 °C, por 2 h). Depois, foi realizado o processo de revestimento com o reagente complexante TAR. Para otimizar as condições experimentais, metodologia multivariada foi empregada. Um planejamento fatorial completo 23 foi aplicado para avaliar os fatores concentração de eluente (HCl), vazão de amostragem e pH da solução da amostra. Em seguida, um planejamento Box-Benhken foi aplicado para obter as condições ótimas do procedimento. Os experimentos foram realizados usando um volume de 10,0 mL de solução padrão contendo 200 µg L-1 de Pb. Na Figura 1, é exibido o diagrama esquemático do sistema em linha proposto. Esse sistema é constituído por uma mini-coluna preenchida com nanopartículas de CoFe2O4 revestidas com TAR, uma válvula manual de seis vias, uma bomba peristáltica e tubos Tygon. O procedimento de pré-concentração em linha envolveu duas etapas: primeiro (A), foi realizada a sorção dos íons Pb2+ na superfície das nanopartículas revestidas, seguida pela sua dessorção (B), passando a solução do eluente (HCl 0,10 mol L-1) através da mini-coluna. Então, foi realizada a determinação por F AAS, durante o tempo de leitura de 15 s.

Resultado e discussão

De acordo com os resultados obtidos no planejamento fatorial 23, um gráfico de Pareto foi gerado (Figura 2). A partir da análise desse gráfico, foi observado que o efeito principal da concentração do eluente (CE) foi significativo, assim como todos os efeitos de interação entre os fatores, exceto para a interação entre concentração de eluente e vazão de amostragem (CExVA). Além disso, a curvatura foi significativa e negativa, de acordo com o teste de curvatura, ao nível de confiança de 95%, indicando que há um ponto de máximo próximo ao ponto central. Diante desses resultados, o domínio experimental foi mantido e um planejamento Box-Benhken foi aplicado com o intuito de obter as condições ótimas do sistema. Um modelo quadrático, o qual relaciona a resposta (sinal de absorvância) com os fatores estudados, foi gerado. Esse modelo não apresentou falta de ajuste e teve um coeficiente de correlação de 0,9381, de acordo com a análise de variância (ANOVA). Assim, as condições ótimas foram obtidas a partir desse modelo quadrático: 0,10 mol L-1 para a concentração do eluente (HCl), 2,5 mL min-1 para a vazão de amostragem e 5,0 para o pH da solução padrão ou amostra. Sob as condições ótimas estabelecidas e considerando um volume de amostra de 10 mL, o sistema de pré-concentração em linha apresentou um fator de enriquecimento de 25,1, frequência de amostragem de 10 h-1, eficiência de consumo de 4,18 min-1 e índice de consumo de 0,40 mL. Além disso, é possível determinar chumbo com limites de detecção e quantificação de 1,8 e 6,0 µg L-1, respectivamente, empregando o sistema em linha proposto.

Diagrama esquemático do sistema de pré-concentração em linha proposto para determinação de chumbo por F AAS


Gráfico de Pareto

Conclusões

Um sistema de extração e pré-concentração em linha foi desenvolvido para determinação de Pb em águas naturais por F AAS, empregando nanopartículas de CoFe2O4 revestidas com TAR como sorvente. O sistema apresentou parâmetros analíticos adequados, tais como fator de enriquecimento, frequência de amostragem, limites de detecção e quantificação.

Agradecimentos

Os autores agradecem à Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado da Bahia (FAPESB), à CAPES e ao CNPq por todo o auxílio financeiro concedido, durante a realização deste trabalho.

Referências

SOUZA, A. S.; BRANDÃO, G. C.; SANTOS, W. N. L.; LEMOS, V. A.; GANZAROLLI, E. M.; BRUNS, R. E.; FERREIRA, S. L. C. Automatic On-Line Pre-Concentration System Using a Knotted Reactor for the FAAS Determination of Lead in Drinking Water. Journal of Hazardous Materials, 141, 540–545, 2007.
FARAJI, M. Recent Analytical Applications of Magnetic Nanoparticles. Nanochem. Res. 1(2): 264-290, 2016.
FANG, Z. Flow Injection Separation and Preconcentration, John Wiley, Chichester, 1993.