O documento discute fundamentos de análise instrumental em química analítica. Apresenta os principais tipos de análise qualitativa e quantitativa e classifica os métodos analíticos em clássicos e instrumentais. Descreve técnicas como eletroquímica, espectroscopia, difração de raios-X e microscopia eletrônica aplicadas à caracterização de compósitos de óxido de ferro.

1. Curso: QUÍMICA LICENCIATURA
Profa. Dra. HELILMA DE ANDRÉA PINHEIRO
Disciplina: ANÁLISE INSTRUMENTAL
1 - Eletrodo de referência Ag/AgCl
2 - Eletrodo de Trabalho ECV
3 - Eletrodo Auxiliar fio de Platina
FUNDAMENTOS DE ANÁLISE INSTRUMENTAL

2. Química Analítica
A química analítica é a ciência que estuda os princípios e
métodos teóricos da análise química.
A análise química consiste em um
conjunto de técnicas que permite
identificar quais os componentes que
se encontram presentes em uma
determinada amostra e sua quantidade,
visando a resolução de problemas
científicos, técnicos, econômicos e sociais.
Análise qualitativa
Análise quantitava
As substâncias identificadas e quantificadas são chamadas de ANALITOS e os
locais de onde foram retiradas estas amostras são chamados de MATRIZ.

3. OBERVAÇÃO: Análise Qualitativa
Tem como objetivo a identificação do analito na amostra:
 íons
 moléculas
 espécies atômicas
 grupos funcionais
A incerteza é dependente do método ou da técnica adotada.
Exemplos: identificação de benzeno na água, pesticidas em alimentos,
drogas no sangue, íons metálicos em uma amostra, etc.

4. OBERVAÇÃO: Análise Quantitativa
Tem como objetivo determinar a quantidade de um
analito em uma porção do material (amostra):
 íons
 moléculas
 espécies atômicas
 grupos funcionais
Origina uma resposta numérica.
A incerteza dessa resposta está implicitamente relacionada às
incertezas de todas as etapas adotadas durante o procedimento
experimental.

5. CLASSIFICAÇÃO DOS MÉTODOS ANALÍTICOS

6. 6
Síntese do 𝐅𝐞𝟐𝐎𝟑 pelo método dos precursores poliméricos
20,16 g de ácido cítrico
16,96 mL de etilenoglicol
7 g Fe𝐂𝐥𝟐. 𝟒 𝐇𝟐𝐎
50 mL de água
80ºC 120ºC
Estufa 80 °C
24 h
Calcinação 300 °C 2 h
Para formação do “puff”
Calcinação 500 °C
2 h
𝐅𝐞𝟐𝐎𝟑
Gravimetria é a determinação da concentração de um ou mais analito, de composição química definida,
em uma amostra, através da pesagem.
Gravimetria

7. Métodos Analíticos Clássicos
Os métodos clássicos apresentam três características
importantes relacionadas à obtenção das informações
qualitativas e quantitativas:
 uso de balança (gravimetria) e bureta (volumetria)
emprego de reações químicas como operações
prévias fundamentais do procedimento analítico

8. O que é a informação analítica desejada?
Determinação de baixas concentrações de elementos e
espécies em materiais de interesse: alimento, ambiental,
industrial...

9. 4 µL
9
ECV
Procedimento de modificação do eletrodo
PGSTAT 302
Metrohm - Autollab
Fe2O3/MWCNT-COOH (1 mg mL-1)
Metanol + Nafion® (0,5%)
Método Analítico Instrumental
Eletroquimico

10. 10
Avaliação da área eletroquimicamente ativa
Figura 1 - Voltamogramas cíclicos do ECV e ECV/Fe2O3/MWCNT-COOH obtidos na presença de
1x10-3 mol L-1 de K3[Fe(CN)6].
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
-12
-8
-4
0
4
8
12
0,0891cm
2
0,0659 cm
2
ECV
ECV/Fe2
O3/ MWCNT-COOH
I
/

A
E/V vs. Ag/AgCl

11. Métodos Analíticos Instrumentais
Técnicas Ópticas: Espectrofotometria molecular (absorção e
emissão), Espectrometria atômica (absorção e emissão)
 Técnicas Eletroanalíticas: Condutometria, Potenciometria,
Polarografia, Coulometria, Voltametria
Técnicas Magnéticas: Espectrometria de massas, Ressonância
magnética nuclear
 Técnicas Térmicas: Análise térmica diferencial,
Termogravimetria
 Técnicas Radioquímicas: Análise por ativação neutrônica

12. Microscopia Eletrônica de Varredura-MEV
Figura 2 - Imagens obtidas por MEV do
(A) Fe2O3, (B) MWCNT-COOH e do (C)
compósito Fe2O3/MWCNT COOH.

13. 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
1080
1050
551
452
Numero de onda (cm
-1
)
452
551
Fe2
O3
500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
Transmitância
(
u.a)
Fe2
O3
/MWCNT-COOH
MWCNT-COOH
3415
3415
1620
1620
Figura 3 - Espectros de FTIR das amostras de
Fe2O3, MWCNT-COOH e Fe2O3/MWCNT-COOH.
Fe2O3
Atribui
ção
MWC
NT
Atribui
ção
452
vt(Fe -
O)
1080 C - O
551
vt(Fe -
O)
1620 C = O
1050
hemati
ta
3415 H - O
Espectroscopia na região
do infravermelho

14. 10 20 30 40 50 60 70 80
Fe2
O3
/MWCNT-COOH
Fe2
O3
Intensidade
(u.a.)
2grau
MWCNT-COOH
Figura 4 - Difratogramas das amostras dos
MWCNT-COOH, Fe2O3 e Fe2O3/ MWCNT-
COOH.
Fe2O3
2θ
Planos
Fe2O3
MWCNT
2θ
Planos
MWCNT
24,1° 012 25,6° 002
33,1° 104 42,1° 100
35,6° 110 - -
40,8° 113
-
-
-
-
49,5° 024
54,0° 116 - -
57,5º 122
-
-
-
-
62,4° 214 - -
64,1° 300
-
-
-
-
71,9° 1010
Difração de Raios X

15. 1 - Eletrodo de referência Ag/AgCl
3 - Eletrodo de Trabalho ECV
2 - Eletrodo Auxiliar fio de Platina
Célula eletroquímica
-0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
-40
-20
0
20
40
60
80
I
/

E/V vs. Ag/AgCl
ECV
MWCNT-COOH
Fe2O3
Fe2O3 / MWCNT-COOH
A
Eletroquímico

16. Aplicabilidade
Indústria, na medicina e em todas as outras ciências.
As concentrações de oxigênio e de dióxido de carbono usadas para
diagnosticar e tratar doenças.
As quantidades de hidrocarbonetos, óxidos de nitrogênio e monóxido de
carbono presentes nos gases de descarga veiculares - para se avaliar a
eficiência dos dispositivos de controle da poluição do ar.
As medidas quantitativas de cálcio iônico no soro sangüíneo ajudam no
diagnóstico de doenças da tireóide em seres humanos.
A determinação quantitativa de nitrogênio em alimentos indica o seu
valor protéico e, desta forma, o seu valor nutricional.

17. Aplicabilidade
A análise do aço na sua produção - o ajuste nas
concentrações de elementos, como o carbono, níquel e cromo, para
que se possa atingir a resistência física, a dureza, a resistência à
corrosão e a flexibilidade desejadas.
O teor de mercaptanas no gás de cozinha deve ser monitorado com
freqüência, para garantir que este tenha um odor ruim a fim de alertar
a ocorrência de vazamentos.
Os fazendeiros planejam a programação da fertilização e a irrigação
para satisfazer as necessidades das plantas, durante a estação de
crescimento, que são avaliadas a partir de análises quantitativas nas
plantas e nos solos nos quais elas crescem.

18. Seleção dos Métodos Instrumentais
 Objetivo da análise
 Exatidão requerida
 Teor do componente presente na amostra
 Recursos disponíveis
 Número de amostras a analisar
 Composição química da amostra
 Quantidade de amostra
O USO DE UM EQUIPAMENTO SOFISTICADO PARA A
DETECÇÃO DE UM SINAL ANALÍTICO NÃO É GARANTIADE
UM RESULTADO EXATO!

19. Escolha do método
Características dométodo
Eficiente, simples e rápido
Não deve implicar em danos aos materiais
usados na análise
Não deve ser passível de erros sistemáticos
Ter boa seletividade
Se possível, ter mínima manipulação
Resultados devem ser obtidos com a máxima
segurança operacional

20. TRATAMENTO DE DADOS ESTATÍSTICOS:
A calibração é uma etapa fundamental na
medida. Ela pode ser analisada através do
desempenho de um instrumento.
Vamos estudar a precisão, bias,
sensibilidade, limite de detecção,
faixa de concentração e
seletividade

21. PADRONIZAÇÃO E CALIBRAÇÃO
CONCEITOS:
 Precisão
 Precisão
 Bias
 Sensibilidade
 Limite de Detecção
 Faixa Dinâmica
 Seletividade

22. MÉTODOS DECALIBRAÇÃO
 Para muitos tipos de análises químicas, a resposta para o procedimento
analítico deve ser avaliado para quantidades conhecidas de constituintes
(chamados padrões), de forma que a resposta para uma quantidade
desconhecida possa ser interpretada.
 Curva de calibração externa ou curva analítica
 Curva de adição de padrão
 Padrão interno

23. CURVA DE CALIBRAÇÃO OU CURVA
ANALÍTICA
 Uma curva de calibraçãomostra a resposta de um método analítico
para
quantidades conhecidas de constituinte.
 Soluções contendo concentrações conhecidas de constituinte são
chamadas de
solução padrão.
 Soluções contendo todos os reagentes e solventes usados na análise,
sem adição do constituinte que se deseja analisar, são chamadas de
solução em branco. O branco mede a resposta instrumental do
procedimento analítico para impurezas ou espécies interferentes nos
reagentes.

24. Branco
 Os brancos indicam a interferência de outras espécies na amostra e os traços de
analito encontrados nos reagentes usados na preservação, preparação e análise.
Medidas frequentes de brancos também permitem detectar se analitos
provenientes de amostras previamente analisadas estão contaminando as novas
análises, por estarem aderidos aos recipientes ou aos instrumentos.
1. Branco do método
2. Branco para reagentes
3. Branco de campo
Branco de método: é uma amostra que contém todos os constituintes exceto o
analito, e deve ser usada durante todas as etapas do procedimento analítico.
Branco para reagente: é semelhante ao branco de método, mas ele não foi
submetido a todos os procedimentos de preparo de amostra.
Branco de campo: é semelhante a um branco de método, mas ele foi exposto ao
local de amostragem.

25. 25
Ao realizarmos qualquer medida instrumental, devemos ter em mente os
seguintes questionamentos.
MÉTODOS DECALIBRAÇÃO E VALIDAÇÃO
 A técnica instrumental possui sensibilidade suficiente
para a análise do analito de interesse?
 As análises são reprodutíveis e também são confiáveis?
 Para refletirmos sobre esses questionamentos, devemos
levar em consideração os CUSTOS, LIMITES DE DETECÇÃO E
QUANTIFICAÇÃO, SENSIBILIDADE, SELETIVIDADE,
, PRECISÃO e EXATIDÃO.
 A técnica instrumental é a mais indicada para
a realização da análise a ser realizada?

26.  Limite de Detecção LD ou Cm
Concentração ou massa mínima de um analito que
pode ser detectado em um nível confiável.
 Limite de Quantificação (LQ)
Menor concentração, ou massa, que é medida com um
nível aceitável de confiança.
26
MÉTODOS DECALIBRAÇÃO E VALIDAÇÃO

27.  Em ambos:
 S = Desvio-padrão da concentração  m = Inclinação
 X = Média da concentração  t = t de Student
de Detecção e
realizam-se as medidas
Obtenção dos Limites
Quantificação
Prepara-se 7 a 10 brancos e
(leituras).
devem ser
Cabe ressaltar que as medidas
realizadas frente a uma curva analítica.
27
MÉTODOS DECALIBRAÇÃO E VALIDAÇÃO

28. 28
 Exemplo:
Calcule LD e LQ para as medidas realizadas em um amperímetro,
segundo os dados abaixo, sabendo que o coeficiente angular da
curva (inclinação) é 0,229 nA/µM.
Bco Sinal nA/µM
1 1,3
2 1,7
3 1,6
4 1,2
5 1,0
6 1,2
7 1,4
8 1,6
9 1,8
10 1,7

29. Faixa de concentração do analito em que a resposta é
proporcional ao sinal analítico.
Assim, ao aumentar ou diminuir a concentração “n” vezes,
obtém-se um sinal “n” vezes maior ou menor.
A recíproca é verdadeira: assim, ao aumentar ou diminuir o
sinal “n” vezes, obtém-se uma concentração “n” vezes
maior ou menor.
29
Faixa Linear

30. 30
Métodos de Calibração e
Validação
 Faixa Linear de Trabalho (FLT)
É também chamado de FAIXA ÓTIMA DE TRABALHO (FOT).
 Faixa que se estende de LQ até o LIMITE DE RESPOSTA
LINEAR (LRL).
 Faixa Dinâmica
Intervalo de concentração concentração mensurável.
Concentração (mol L-1) Ipa (µA) B Ipa (µA) T Ipa (µA) X
0,25 29,74 (±0,02) 46,03 (±0,27) 22,25 (±0,23)
0,5 43,84 (±0,10) 63,36 (±0,04) 34,09 (±0,21)
0,75 34,81 (±0,20) 52,65 (±0,24) 15,11 (±0,11)
Tabela 2 - Influência da concentração da solução H2SO4 (pH 1) sobre as correntes de pico
anódica, obtidas em concentrações de 200 µmol L-1 benzeno, Tolueno e xilenos. Amp = 0,02V;
fz= 40Hz e Es = 0,002 V.

31.  Método do Padrão Externo
Padrão  Concentração conhecida.
 V1
 V2  V3
 V5
 V4
 Y = aX +b
31
 S1  S2  S3  S4  S5
 Adição de quantidades crescentes do Padrão.
 Ajuste do volume com o BRANCO ANALÍTICO ou MATRIZ.
 Em alguns casos, pode-se completar com água: CURVA
AQUOSA.

32. 32
Métodos de Calibração e
Validação
 Método do Padrão Externo
O método do Padrão Externo possui algumas limitações que
devem ser observadas e trabalhadas.
A primeira limitação é a possibilidade de interferência da Matriz. Na
existência de interferência causada por matriz, deve-se empregar o
MÉTODO DEADIÇÃO-PADRÃO.
A segunda limitação é a possibilidade de perda do analito no
decorrer da análise. Na existência de perda do analito no decorrer da
análise, deve-se empregar o MÉTODO DE PADRONIZAÇÃO
INTERNA.

33. 33
Métodos de Calibração e
Validação
 Método de Adição Padrão – Método Gráfico
O padrão é adicionado em quantidades crescentes (assim
como no método do padrão-externo). Entretanto, a adição do
padrão acontece sobre um volume conhecido de solução da
amostra (mesmo volume e todos os balões).
Este método é empregado quando a matriz da amostra é
muito complexa e difícil de ser reproduzida.

34.  Método de Adição Padrão – Método Gráfico
Padrão  Concentração conhecida.
 S1  S2  S3  S4  S5
 V1
 V2  V3
 V5
 V4
 Cada
quantidade
34
balão possui uma
de amostra. Esta
quantidade deve ser a mesma em
cada balão.

35.  Método de Adição Padrão – Método Gráfico
 A concentração é calculada pela extrapolação da curva,
mantendo Y = 0, e considerando o valor em módulo.
35

36. Métodos de Calibração e
Validação
 Método de Adição Padrão – Método Gráfico
Ex 1: Calcule a concentração da espécie de interesse,
considerando-se a curva abaixo:
36

37. Parâmetros de Mérito
 Seletividade
Capacidade de distinguir o analito de outras espécies
presentes na amostra.
 Sensibilidade
É a capacidade de responder de forma confiável e
mensurável às variações de concentração do analito.
 O método deve apresentar LQ MENOR que as
concentrações a serem medidas.
Em uma curva de calibração, a sensibilidade é a
Inclinação da Curva (m).
 Quanto MAIOR a inclinação, MAIOR será a
sensibilidade.
37

38. Parâmetros de
Mérito
 Sensibilidade Analítica
É o quociente da inclinação da curva pelo desvio-padrão
da medida (que pode ser de uma única concentração, ou de
várias concentrações).
 Inclinação da curva.
 Desvio-padrão da medida.
38

39. Parâmetros de
Mérito
 Consiste na adição de uma quantidade conhecida de analito à amostra
para testar se a resposta da amostra corresponde ao esperado a partir da
curva de calibração.
 As amostras fortificadas são analisadas da mesma forma que as
desconhecidas.
 Deve-se adicionar pequenos volumes de um padrão concentrado para
evitar mudança significativa no volume de amostra.
39
RECUPERAÇÃO OU FORTIFICAÇÃO:

40. 40
REPETIBILIDADE OU REPETIVIDADE
Máxima diferença aceitável entre duas repetições, vale dizer dois resultados
independentes, do mesmo ensaio, no mesmo laboratório e sob as mesmas
condições.
a) Mesma amostra;
b) Mesmo analista;
c) Mesmo equipamento;
d) Mesmo momento;
e) Mesmo ajuste;
f) Mesma calibração

41. Medida Ipc/µA (Benzeno) Ipc/µA (Tolueno) Ipc/µA (Xileno)
1 68,73 48,07 20,51
2 64,58 48,80 20,79
3 63,67 44,42 20,25
4 63,81 47,17 20,48
5 63,15 46,22 20,54
6 62,64 46,03 20,74
7 62,40 44,98 21,33
8 62,21 44,79 21,50
9 61,70 43,56 20,64
10 61,63 43,94 20,54
Média 63,45 45,89 20,83
DPR (%) 2,56 3,78 1,96
Avaliação da repetibilidade de medidas obtidas com ECV/Fe2O3/MWCNT-COOH
imerso em solução 0,5 mol L-1, de H2SO4 (pH 1,0) contendo 35 µmol L-1 de
benzeno e 53 µmol L-1 de tolueno e xilenos. Medidas conduzidas sob condições
experimentais e operacionais otimizadas.

42. 42
Parâmetros de
Mérito
 REPRODUTIVIDADE OU REPRODUTIBILIDADE:
Máxima diferença aceitável entre dois resultados individuais paraum
mesmo processo e com demais condições comoespecificado.
a) Amostras diferentes do mesmo ponto amostral,ou
b) Diferentes analistas, ou
c) Diferentes equipamentos, ou
d) Diferentes técnicas, ou
e) Diferentes calibrações, ou ajustes.

43. Sensor Ipc (µA) B Ipc (µA) T Ipc (µA) X
1 60, 20 47,01 20,10
2 60, 86 46,15 21, 12
3 62,10 45, 52 21, 43
4 61, 20 48, 30 20, 69
5 62, 03 47, 19 21, 34
6 61, 29 45, 09 20, 14
Média 61,44 46,54 20,80
DPR (%) 0,81 3,99 2,82
Avaliação da reprodutibilidade do preparo do ECV/Fe2O3/MWCNT-
COOH. Medidas obtidas em 0,5 mol L-1 de H2SO4 (pH 1,0) contendo 35
µmol L-1 de benzeno e 53 µmol L-1 de tolueno e xilenos. Medidas
conduzidas sob condições experimentais e operacionais otimizada.

44. 44
Parâmetros de
Mérito
 EXATIDÃO:
1. Testes de calibração: a cada dez análises realizadas um padrão de
concentração conhecida e diferentes dos usados para contruir a curva
de calibração deve ser analisado.
2. Recuperação da substância fortificada.
3. Amostra de controle de qualidade: são medidas do controle de qualidade
que ajuda a eliminar vícios introduzidos pelo analista, que sabe a
concentração das amostras de verificação de calibração. Amostras de
como se fossem
composição conhecida são fornecidas ao analista
desconhecida.
4. Brancos.
 PRECISÃO:
1. Amostras repetidas (repetibilidade).
2. Porções repetidas da mesma amostra (reprodutibilidade).

45. 45
Validação do sensor proposto e considerações finais sobre o
ECV/FE2O3/MWCNT-COOH
Tabela 8 - Figuras de mérito determinadas na validação do sensor proposto.
Figura mérito Teste Realizado Resultado
Benzeno Tolueno Xileno
Exatidão Adição e Recuperação Satisfatório Satisfatório Satisfatório
Precisão
Repetibilidade das
medidas
Repetibilidade do
preparo do
sensor
2,56
0,81
3,78
3,99
1,96
2,82
Seletividade Estudo de interferentes Satisfatório Satisfatório Satisfatório
LD Para oxidação 0,78 µmolL-1 5,33 µmolL-1 20,38 µmolL-1
LQ Para oxidação 2,62 µmolL-1 17,77 µmolL-1 67,94 µmolL-1
Linearidade 2-35 µmolL-1 20-53 µmolL-1 20-53 µmolL-1