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PATRÍCIA ROBERTA DAMETTO
“Desenvolvimento de um sistema de injeção em fluxo para a
determinação seqüencial de fosfito e fosfato em amostras
agroindustriais por espectrofotometria”
Dissertação apresentada ao Instituto de Química,
Universidade Estadual Paulista, como parte dos
requisitos para obtenção do título de Mestre em
Química.
Orientador: Prof. Dr. José Anchieta Gomes Neto
Araraquara
2007
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A Deus, o Autor da vida
Digno de receber Toda glória e Toda honra
Aos meus amados pais Roberto e Regina,
pelo amor, ensinamento, confiança e apoio!
Aos meus irmãos Alessandra e Gabriel, pelo companheirismo,
amizade e carinho!
Ao meu namorado Edison, pelo amor, paciência ,amizade,
companheirismo e incentivo!
A Deus, que me permite viver juntamente com a minha família,
que é tão maravilhosa...... Amo muito vocês!!!
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AGRADECIMENTOS
À Deus por tudo que Ele concedeu em minha vida e a Virgem Maria que sempre
me acompanhou iluminando a minha vida.
Aos meus pais, irmãos, cunhado e ao meu namorado que estiveram ao meu lado
me dando força e incentivo em todos os momentos difíceis.
À toda minha família e em especial aos meus tios Sebastião e Maria Helena que
sempre acreditaram em mim.
Ao Professor Dr. José Anchieta Gomes Neto pela orientação, paciência, amizade
e ensinamentos.
Ao Professor Dr. Massao Ionashiro pelos ensinamentos, amizade e porque
acreditou em meu potencial me incentivando a cursar o Doutorado.
À Professora Drª. Mercedes de Moraes, pelo carinho, ensinamentos, amizade e
pela colaboração durante a realização deste trabalho.
Aos amigos Márcio Fernando Bergamini e André Luís dos Santos pelo auxílio no
tratamento de alguns resultados.
Aos meus amigos de equipe do Grupo de Espectroanalítica e Automação:
Silvana, Marielsa, Beatriz, Vanessa, Naíse, Roberta, Volnei, Carol, Gian e Adriana, pela
união, cooperação e amizade.
Às secretárias da Seção de Pós-Graduação Sandra, Célia e Patrícia pelo
atendimento atencioso e amigo.
Às bibliotecárias pela amizade e eficiente atendimento.
Aos funcionários do IQ pelo atendimento sempre atencioso e amigo.
Aos amigos do IQ, Daniel, Amadeu, Elaine, Fábio (Pikachu), Juliana, Josi Magio,
André, Antônio, Lidiane, Adriano, Emanuel, Cláudio, Michele, Renata, Alexandre,
Douglas, Néia, Josi, Adriana (me perdoem se esqueço de alguém), pela amizade, pelas
nossas discussões em grupos de estudos durante as disciplinas, pelo aprendizado e
pelos momentos de descontração e alegria.
“O Senhor é meu pastor, nada me faltará.”
Salmo 22
“A vida está cheia de desafios que, se
aproveitados de forma criativa, transformam-se
em oportunidades.”
Maxwell Maltz
RESUMO
Um sistema de injeção de fluxo com preparação da amostra em linha foi desenvolvido
para a determinação seqüencial de fosfito e fosfato em fertilizantes líquidos por
espectrofotometria. Após a injeção da amostra, fosfito é oxidado a fosfato por solução
ácida de permanganato de potássio (1,0 10
-2
mol L
-1
KMnO
4
+ 1,0 mol L
-1
H
2
SO
4
) e o
fosfato é determinado pelo método Azul de Molibdênio. O complexo azul formado,
monitorado a 700 nm, é registrado na forma de um pico cuja altura é proporcional a
concentração de fosfito e fosfato presentes na amostra. Quando a amostra percorre o
mesmo percurso, mas sem a adição do oxidante ao sistema, o sinal de absorbância
registrado corresponde somente à concentração de fosfato. Pela diferença entre os
sinais, é possível calcular a concentração de fosfito na amostra de fertilizante. A
influência da concentração dos reagentes e do volume de amostra injetado foi
investigada. A velocidade analítica do sistema proposto é correspondente a
aproximadamente 15 determinações por hora [0,05 – 0,40% m/v H
3
PO
3
; r
2
= 0,99912],
consumindo 100 μL de amostra, 4,3 mg KMnO
4
, 135 mg (NH
4
)
6
Mo
7
O
24
.4H
2
O, 27 mg de
ácido ascórbico e 260 mg de ácido sulfúrico por determinação. O limite de detecção
(L.O.D) e o limite de quantificação (L.O.Q) foram 9,64 10
-4
% (m/v) e 32,1 10
-4
% (m/v),
respectivamente. Os resultados obtidos são precisos [r.s.d. d 3.6% para 0,10% (m/v)
H
3
PO
3
, n = 13] e concordantes com os valores obtidos por amperometria em fluxo ao
nível de 95% de confiança. A precisão e exatidão do método foram também avaliadas
pelo teste de adição e recuperação do analito e o intervalo de recuperação foi de 94 a
100%.
Palavras-chave: Fosfito, Fosfato, Fertilizante, Análise por injeção em fluxo.
ABSTRACT
A flow injection system with online sample preparation was developed for the sequential
determination of phosphite and phosphate in liquid fertilizers by spectrophotometry.
After loop-based injection, phosphite is oxidized to phosphate by an acid potassium
permanganate solution (1.0 10
-2
mol L
-1
KMnO
4
+ 1.0 mol L
-1
H
2
SO
4
). The phosphate
generated is determined by the molybdenum blue method. The blue complex formed is
monitored to 700 nm and the analytical signal is registered in the form of a pick whose
height is proportional to the concentration of phosphite and phosphate presents in the
sample. When the sample travels the same road, but without the oxidizer addition to the
system, the transient absorbance sign corresponds to the concentration of phosphate.
By the difference between the two signals it is possible to calculate the concentration of
phosphite in the sample of fertilizer. The effects of the concentration of the reagents,
injected sample volume and dispersion were investigated. The analytical throughput
speed of the proposed system is approximately 15 determinations per hour [0.05 –
0.40% m/v H
3
PO
3
; r
2
= 0,99912], consuming 100 μL of sample, 4.3 mg KMnO
4
, 135 mg
(NH
4
)
6
Mo
7
O
24
.4H
2
O, 27 mg of ascorbic acid and 260 mg of sulfuric acid per
determination. The limit of detection (L.O.D) and the limit of quantification (L.O.Q.) were
9.64 10
-4
% (m/v) and 32.1 10
-4
% (m/v), respectively. Results are precise [r.s.d. d 3.6%
for 0.10% m/v H
3
PO
3
, n = 13] and in agreement with those obtained by flow-injection
chronoamperometry at 95% confidence level. The accuracy of the proposed method
was evaluated by an addition-recovery experiment and all recovered values were in the
94-100% range.
Keywords: Phosphite, Phosphate, Fertilizer, Flow injection analysis.
LISTA DE QUADRO
Quadro 1. Unidades propulsoras empregadas nos sistemas de análises em fluxo. (a)
bomba peristáltica (Prados-Rosales et al., 2002); (b) seringas (Miro et al., 2002); (c)
bomba pistão (Prados-Rosales et al., 2002) onde DCV = directional check valves, in e
out = entrada e saída da solução, respectivamente; (d) bomba solenóide, legendas
idem (c). .........................................................................................................................32
LISTA DE FIGURAS
Figura 1. Válvulas solenóide e injetor-comutador proporcional. ....................................33
Figura 2. Diagrama de fluxos para determinação de f
osfito. IC: injetor - comutador; L:
alça de amostragem (100 μL); A: amostra ou solução analítica (1,0 mL min
-1
); R
1
: 5,0
10
-3
mol L
-1
KMnO
4
+ 2,0 mol L
-1
H
2
SO
4
(1,0 mL min
-1
) ou R
1
: 5,0 10
-4
mol L
-1
KMnO
4
+
2,0 mol L
-1
H
2
SO
4
(1,0 mL min
-1
) ; R
2
: 5% (m/v) (NH
4
)
6
Mo
7
O
24
.4H
2
O + 0,5 mol L
-1
H
2
SO
4
(0,9 mL min
-1
); R
3
: 1% (m/v) de ácido ascórbico (0,9 mL min
-1
); C: 1,0 mol L
-1
H
2
SO
4
(0,9 mL min
-1
); B
1
, B
2
e B
3
: bobinas de reação e de mistura (10, 30 e 100 cm,
respectivamente); x, y e z: pontos de confluência; W: frasco para coleta de resíduos. A
seta indica o sentido de movimento de IC......................................................................44
Figura 3. Diagrama de fluxos para determinação de fosfito. IC: injetor - comutador; L:
alça de amostragem (100 μL); A: amostra ou solução analítica (3,0 mL min
-1
); R
1
: 1,0
10
-2
mol L
-1
KMnO
4
+ 1,0 mol L
-1
H
2
SO
4
(0,9 mL min
-1
); R
2
: 5% (m/v)
(NH
4
)
6
Mo
7
O
24
.4H
2
O + 0,5 mol L
-1
H
2
SO
4
(0,9 mL min
-1
); R
3
: 1% (m/v) de ácido
ascórbico (0,9 mL min
-1
); C: H
2
O (0,9 mL min
-1
); B
1
, B
2
e B
3
: bobinas de reação e de
mistura (50, 30 e 100 cm, respectivamente); x, y e z: pontos de confluência; W: frasco
para coleta de resíduos. A seta indica o sentido de movimento de IC...........................46
Figura 4. Diagrama de fluxos para determinação de fosfito e fosfato. IC: injetor –
comutador; L
1
e L
2
: alças de amostragem (100 μL); A: amostra ou solução analítica (3,0
mL min
-1
); R
1
: 1,0 10
-2
mol L
-1
KMno
4
+ 1,0 mol L
-1
H
2
SO
4
(0,9ml min
-1
); R
2
: 5% (m/v)
((NH
4
)
6
Mo
7
O
24
.4H
2
O + 1,0 mol L
-1
H
2
SO
4
(0,9 mL min
-1
); R
3
: 1% (m/v) de ácido
ascórbico (0,9 mL min
-1
); R
4
: solução 1,0 mol L
-1
de ácido sulfúrico (0,9 mL min
-1
); C:
H
2
O (0,9 mL min
-1
); B
1
, B
2
e B
3
: bobinas de reação e de mistura (50, 30 e 100 cm,
respectivamente); x, y e z: pontos de confluência; W: frasco para coleta de resíduos. A
seta indica o sentido do movimento IC...........................................................................48
Figura 5. Curvas analíticas para fosfito empregando diferentes concentrações de
permanganato de potássio (R
1
) : 5,0 10
-3
mol L
-1
(a) e 5,0 10
-4
mol L
-1
(b) ambas
preparadas em meio 2,0 mol L
-1
de ácido sulfúrico........................................................55
Figura 6. Influência da variação do comprimento da bobina B
1
na absorbância
utilizando o sistema FIA da Fig. 2: R
1
= 5,0 10
-3
mol L
-1
KMnO
4
+ 2,0 mol L
-1
H
2
SO
4
; R
2
= 5,0% m/v (NH
4
)
6
Mo
7
O
24
.4H
2
O + 0,5 mol L
-1
H
2
SO
4
; R
3
= 1,0% m/v ácido
ascórbico........................................................................................................................56
Figura 7. Curvas analíticas para fósforo (fosfato) obtida com o sistema FIA da Fig. 2
empregando como R
1
solução 1,0 10
-2
mol L
-1
KMnO
4
+ 1,0 mol L
-1
H
2
SO
4
(a) e R
1
solução 1,0 mol L
-1
H
2
SO
4
(b).........................................................................................58
Figura 8. Registro de sinais transientes de fosfito (0,05; 0,10; 0,20; 0,40% m/v H
3
PO
3
)
obtido com o sistema FIA da Fig. 3: R
1
solução 1,0 10
-2
mol L
-1
KMnO
4
+ 1,0 mol L
-1
H
2
SO
4
, R
2
solução 5,0% m/v (NH
4
)
6
Mo
7
O
24
.4H
2
O + 1,0 mol L
-1
H
2
SO
4
; R
3
= 1,0% m/v
ácido ascórbico...............................................................................................................58
Figura 9. Sinais transientes obtidos com o sistema da Fig. 3 referentes a 0,10% (m/v)
H
3
PO
3
(a), 1,0 10
-4
% m/v P-PO
4
(b), 2,0 10
-4
% m/v P-PO
4
(c), 4,0 10
-4
% m/v P-PO
4
(d),
8,0 10
-4
% m/v P-PO
4
(e), 16,0 10
-4
% m/v P-PO
4
(f) e 15,0 10
-4
% m/v P-PO
4
(g). ..........59
Figura 10. Sinais transientes em duplicata referentes a injeção de 0,40% (m/v) H
3
PO
3
via L
1
(pico à esquerda) e L
2
(pico à direita) obtidos com o sistema da Fig. 4 com a = 2,5
cm. .................................................................................................................................61
Figura 11. Sinais transientes em duplicata referentes a injeção de 0,40% (m/v) H
3
PO
3
via L
1
(pico à esquerda) e L
2
(pico à direita) obtidos com o sistema da Fig. 4 com a = 5
cm. .................................................................................................................................61
Figura 12. Sinais transientes em duplicata referentes a injeção de 0,40% (m/v) H
3
PO
3
via L
1
(pico à esquerda) e L
2
(pico à direita) obtidos com o sistema da Fig. 4 com a = 10
cm. .................................................................................................................................62
Figura 13. Sinais transientes em duplicata referentes a injeção de 0,40% (m/v) H
3
PO
3
via L
1
(pico à esquerda) e L
2
(pico à direita) obtidos com o sistema da Fig. 4 com a = 25
cm. .................................................................................................................................62
Figura 14. Sinais transientes em duplicata referentes a injeção de 0,40% (m/v) H
3
PO
3
via L
1
(pico à esquerda) e L
2
(pico à direita) obtidos com o sistema da Fig. 4 com a = 50
cm. .................................................................................................................................63
Figura 15. Sinais transientes obtidos com o sistema da Fig. 4 correspondestes a
injeção (n=5) de soluções analíticas contendo 10,0 10
-4
% (m/v) P-PO
4
(a), 0,40% (m/v)
H
3
PO
3
(b) e 10,0 10
-4
% (m/v) P-PO
4
+ 0,40% (m/v) H
3
PO
3
(c). .....................................64
Figura 16. Influência da variação da concentração de permanganato de potássio na
absorbância: 1,0 10
-4
mol L
-1
KMnO
4
+ 1,0 mol L
-1
H
2
SO
4
(a); 1,0 10
-3
mol L
-1
KMnO
4
+
1,0 mol L
-1
H
2
SO
4
(b); 1,0 10
-2
mol L
-1
KMnO
4
+ 1,0 mol L
-1
H
2
SO
4
(c)..........................65
Figura 17. Curvas analíticas para fosfito variando a concentração de permanganato de
potássio. Soluções analíticas: 0,05; 0,10; 0,20 e 0,40% (m/v) H
3
PO
3
............................65
Figura 18. Influência da variação da concentração de molibdato de amônio na
absorbância: 2,5% m/v (NH
4
)
6
Mo
7
O
24
.4H
2
O + 1,0 mol L
-1
H
2
SO
4
(a); 5,0% m/v
(NH
4
)
6
Mo
7
O
24
.4H
2
O + 1,0 mol L
-1
H
2
SO
4
(b); 7,5% m/v (NH
4
)
6
Mo
7
O
24
.4H
2
O + 1,0 mol L
-1
H
2
SO
4
(c).........................................................................................................................66
Figura 19. Curvas analíticas para fosfito variando a concentração de molibdato de
amônio. Soluções analíticas: 0,05; 0,10; 0,20 e 0,40% (m/v) H
3
PO
3
. ............................67
Figura 20. Influência da variação da concentração de ácido ascórbico na absorbância:
0,5% m/v ácido ascórbico (a); 1,0% m/v ácido ascórbico (b); 2,0% m/v ácido ascórbico
(c)....................................................................................................................................68
Figura 21. Curvas analíticas para fosfito variando a concentração de ácido ascórbico.
Soluções analíticas: 0,05; 0,10; 0,20 e 0,40% (m/v) H
3
PO
3
...........................................68
Figura 22. Influência da variação do volume de amostra na absorbância: 50 PL (V
1
);
100 PL (V
2
); 200 PL (V
3
)..................................................................................................69
Figura 23. Curvas analíticas para fosfito variando o volume de amostra injetado.
Soluções analíticas: 0,05; 0,10; 0,20 e 0,40% (m/v) H
3
PO
3
. .........................................70
Figura 24. Curva analítica para fosfito. Soluções analíticas: 0,05; 0,10; 0,20 e 0,40%
(m/v) H
3
PO
3
correspondentes a 433, 866, 1730 e 3462 (10
-4
% m/v) P
2
O
5
,
respectivamente
.............................................................................................................73
Figura 25. Sinais transientes obtidos com o sistema da Fig. 4. Da esquerda para a
direita os sinais correspondem ao branco analítico e as soluções 50 mg L
-1
de P-PO
4
e
100 mg L
-1
de P-PO
4
(6 picos); e os sinais em triplicata correspondem a: 0,05% (m/v)
H
3
PO
3
; 0,10% (m/v) H
3
PO
3
; 0,20% (m/v) H
3
PO
3
e 0,40% (m/v) H
3
PO
3
,
respectivamente
.
............................................................................................................73
Figura 26. Registro de sinais transientes obtidos com o sistema da Fig. 4 e
correspondentes à solução analítica de fosfito 0,10% (m/v) H
3
PO
3
injetada treze vezes
sucessivamente..............................................................................................................74
Figura 27. Sinais transientes obtidos com o sistema da Fig. 4 associados ao teste de
adição e recuperação. O conjunto a corresponde aos sinais transientes de uma amostra
de fertilizante diluída 500 vezes de modo a conter 2,0000 g L
-1
; o conjunto b
corresponde a amostra de fertilizante diluída + 10,0 10
-4
% (m/v) P-PO
4
; o conjunto c
corresponde a amostra de fertilizante diluída + 20,0 10
-4
% (m/v) P-PO
4
; o conjunto d
corresponde a amostra de fertilizante diluída + 0,05% (m/v) H
3
PO
3
; o conjunto e
corresponde a amostra de fertilizante diluída + 0,20% (m/v) H
3
PO
3
; o conjunto f
corresponde a amostra de fertilizante diluída + 0,05% (m/v) H
3
PO
3
+ 10,0 10
-4
% (m/v) P-
PO
4
.................................................................................................................................75
Figura 28. Sinais transientes obtidos com o sistema FIA da Fig. 4 para a determinação
de fosfito e fosfato. Os sinais da esquerda para a direita correspondem às absorbâncias
obtidas em triplicata para soluções analíticas (0,05 a 0,40% m/v H
3
PO
3
) seguidas de
amostras de fertilizante, sendo os sinais menores correspondentes ao teor de fosfato
presente nas amostras e os sinais maiores correspondentes ao teor de fosfito mais
fosfato, ambos para a alça de amostragem de 20 cm de comprimento (100 μL)...........76
Figura 29. Ilustração de um sinal transiente registrado em alta velocidade com seus
respectivos Tr e Tw. .......................................................................................................78
Figura 30. Sinais transientes obtidos com o sistema FIA da Fig. 4 a partir da solução
analítica de fosfito 0,10% (m/v) H
3
PO
3
utilizando alças de amostragem 10 cm (a); 20 cm
(b); 30 cm (c); 40 cm (d); 50 cm (e); 70 cm (f); 160 cm (g) e 250cm (h)....................79
Figura 31. Gráfico de resposta do volume injetado sobre a razão A/A
0
para a solução
analítica 0,10% (m/v) H
3
PO
3
. .........................................................................................80
LISTA DE TABELAS
Tabela 1. Exigências de teores de fósforo (kg/ ha) nas diferentes culturas...................23
Tabela 2. Porcentagem de interferência da razão [fosfito] pela [fosfato]. ......................70
Tabela 3. Resultados para verificar a estabilidade de fosfito.........................................71
Tabela 4. Recuperação de fosfito. .................................................................................75
Tabela 5. Resultados comparativos (média r intervalo de confiança da média) da
determinação por injeção em fluxo de fosfito [% (m/m) P
2
O
5
] em fertilizantes
líquidos....................................................................................................................77
Tabela 6. Características do método .............................................................................81
LISTA DE ABREVIATURAS E SÍMBOLOS
FIA Acrônimo para Flow Injection Analysis, em português Análise por Injeção em Fluxo
IC Injetor-comutador
L Alça de amostragem
C Solução transportadora
A Amostra ou solução analítica
W Frasco de coleta de resíduos
x, y, z Pontos de confluência
D Coeficiente de dispersão
T
r
Tempo de residência
T
w
Tempo de limpeza
f Freqüência analítica
nm Unidade de comprimento de onda em nanômetros
MAP Acrônimo para Monoammonium Phosphate, em português Fosfato de Monoamônio
DAP Acrônimo para Diammonium Phosphate, em português Fosfato de Diamônio
PMB Acrônimo para Phosphomolybdenun Blue, em português Azul de Fosfomolibdênio
MVP Acrônimo para Molibdovanadophosphoric Acid, em português
Molibdovanadofosfórico
MPA Acrônimo para Molybdophosphoric Acid, em português Ácido Molibdofosfórico
r.s.d Acrônimo para Relative Standard Deviation, em português Desvio Padrão Relativo
sd Acrônimo para Standard Deviation, em português Desvio Padrão
L.O.D. Acrônimo para Limit of Detection, em português Limite de Detecção
L.O.Q Acrônimo para Limit of Quantification, em português Limite de Quantificação
r
2
Coeficiente de correlação linear
DCV Acrônimo para Directional Check-Valves, em português Checar Válvulas de
Direcionamento
ICH Acrônimo para International Conference Harmonization, em português Conferência
Nacional de Harmonização
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO.................................................................................... 21
1.1 Os elementos essenciais para as plantas ..............................................................21
1.2 A importância do fósforo............................................................................................21
1.3 Fertilizantes..................................................................................................................25
1.3.1 Fosfato em fertilizantes...................................................................................26
1.3.2 Fosfito em fertilizantes....................................................................................26
1.4 Analisadores em fluxo e análise por injeção em fluxo..........................................27
2. REVISÃO DA LITERATURA .............................................................. 36
2.1 Determinação de fosfito.............................................................................................36
3. PROPOSTA DE TRABALHO.............................................................. 40
4. PARTE EXPERIMENTAL ................................................................... 41
4.1 Materiais.......................................................................................................................41
4.1.1Instrumentos e acessórios ................................................................................41
4.1.2Reagentes, soluções e amostras.....................................................................41
4.2 Método..........................................................................................................................42
4.2.1Sistema FIA preliminar.......................................................................................44
4.2.1.1 Estudo da influência da concentração de permanganato de
potássio.....................................................................................................44
4.2.1.2 Influência da variação do comprimento da bobina de
reação B
1
.............................................................................................................45
4.2.2Sistema FIA com oxidação em linha ...............................................................45
4.2.2.1 Otimizando a determinação seqüencial ...........................................46
4.2.2.2 Estudo da conversão de fosfito a fosfato.........................................46
4.2.3Sistema FIA proposto.........................................................................................47
4.2.3.1 Influência da variação do comprimento do segmento a ...............48
4.2.3.2 Avaliação do sistema FIA para determinação seqüencial ............49
4.2.3.3 Avaliação da influência da variação da concentração de
permanganato de potássio (R
1
) na absorbância ...........................................49
4.2.3.4 Avaliação da influência da variação da concentração de molibdato
de amônio (R
2
) na absorbância........................................................................49
4.2.3.5 Avaliação da influência da variação da concentração de ácido
ascórbico (R
3
) na absorbância .........................................................................50
4.2.3.6 Avaliação da influência da variação do volume injetado na
absorbância 50
4.2.3.7 Influência da concentração de fosfato na absorbância de fosfito..50
4.2.3.8 Estabilidade das soluções analíticas de fosfito e amostra .............50
4.2.4Avaliação das principais figuras de mérito analítico .....................................51
4.2.4.1 Curva Analítica com soluções de fosfito e soluções analíticas de
referência para fosfato .......................................................................................51
4.2.4.2 Verificação da repetibilidade do método ..........................................51
4.2.4.3 Teste de adição e recuperação .........................................................52
4.2.4.4 Análise das amostras .........................................................................52
4.2.4.5 Velocidade analítica, consumo de reagentes e amostra..............53
4.2.4.6 Dispersão ..............................................................................................54
5. RESULTADOS E DISCUSSÃO.......................................................... 55
5.1 Sistema FIA preliminar...............................................................................................55
5.1.1 Influência da concentração de permanganato na oxidação do fosfito a
fosfato............... ...........................................................................................................55
5.1.2 Influência da variação do comprimento da bobina de reação B
1
.............56
5.2 Sistema FIA com oxidação em linha .....................................................................56
5.2.1 Otimizando a determinação seqüencial........................................................57
5.2.2 Estudo da conversão de fosfito a fosfato.....................................................59
5.3 Sistema FIA proposto.................................................................................................60
5.3.1 Influência da variação do comprimento do segmento a............................60
5.3.2 Avaliação do sistema FIA para determinação seqüencial ........................63
5.3.3 Avaliação da influência da variação da concentração de permanganato
de potássio na absorbância .......................................................................................64
5.3.4 Avaliação da influência da variação da concentração de molibdato de
amônio na absorbância...............................................................................................66
5.3.5 Avaliação da influência da variação da concentração de ácido ascórbico
na absorbância.............................................................................................................67
5.3.6 Avaliação da influência da variação do volume injetado na
absorbância..................................................................................................................69
5.3.7 Influência da concentração de fosfato na absorbância de fosfito............70
5.3.8 Estabilidade de fosfito nas soluções analíticas e amostra........................71
5.3.9 Avaliação das principais figuras de mérito ..................................................72
5.3.9.1 Curva analítica com soluções de fosfito e soluções analíticas de
referência para fosfato .......................................................................................72
5.3.9.2 Precisão.................................................................................................73
5.3.9.3 Testes de adição e recuperação........................................................74
5.3.9.4 Análise das amostras comerciais ......................................................76
5.3.9.5 Velocidade analítica, consumo de reagentes e amostra...............77
5.3.9.6 Dispersão ..............................................................................................78
6. TRATAMENTO DOS RESÍDUOS....................................................... 82
7. CONCLUSÃO ..................................................................................... 83
Dissertação de Mestrado Introdução 21
1. INTRODUÇÃO
1.1 Os elementos essenciais para as plantas
Os elementos essenciais são fundamentais para o desenvolvimento
saudável das plantas e são divididos em dois grupos: macronutrientes e
micronutrientes. Os macronutrientes estão divididos em
1
:
x macronutrientes naturais: carbono (C), hidrogênio (H) e oxigênio (O);
x macronutrientes primários: nitrogênio (N), fósforo (P) e potássio (K);
x macronutrientes secundários: cálcio (Ca), enxofre (S) e magnésio (Mg).
Dentre os micronutrientes se encontram: boro (B), cloro (Cl), cobalto (Co),
cobre (Cu), ferro (Fe), manganês (Mn), molibdênio (Mo) e zinco (Zn).
Um elemento é classificado como macronutriente ou micronutriente em
função das concentrações exigidas pelas plantas. Os macronutrientes são utilizados
em maiores proporções e os micronutrientes são utilizados em menores proporções
(mg/ Kg)
1
.
Os macronutrientes primários podem ser retirados do ar e da água,
enquanto os demais nutrientes são retirados das reservas do solo.
Esses nutrientes apresentam uma importância elevada no desenvolvimento
das plantas. Os macronutrientes primários e secundários estão associados à
composição das proteínas, clorofila, enzimas, formação e fecundação das plantas,
formação de sementes, dentre outros. As principais funções dos micronutrientes
estão relacionadas com a catálise de reações enzimáticas, fotossíntese, funções
metabólicas das plantas, síntese de clorofila etc.
1.2 A importância do fósforo
O fósforo é um macronutriente primário essencial para todas as culturas,
devido à sua importante função em muitos processos fisiológicos e biogeoquímicos
2
. É
exigido em todos os processos metabólicos das plantas e, freqüentemente, influencia a
utilização de outros nutrientes
1
. Está presente na formação de enzimas e proteínas; é
um componente estrutural de fosfo-proteínas, fosfolipídios e ácidos nucléicos,
Dissertação de Mestrado Introdução 22
desempenha função vital no ciclo de vida das plantas e é importante no
desenvolvimento da fase reprodutiva delas. Esse elemento também desempenha um
papel regulador na formação e translocação de açúcares e amidos promovendo
maturidade e qualidade precoces e tem importância fundamental no processo de
amadurecimento e formação de sementes
3
.
Como muitas funções vitais das plantas são influenciadas pelo fósforo, um
suprimento menor que o adequado pode afetar o balanço nutricional, resultando em
reduções no crescimento e na produção. Esses fatores podem estar associados a
sintomas de deficiência ou mais comumente, sem sintomas aparentes. A condição de
deficiência sem sintomas aparentes é conhecida como “deficiência obscura”. Plantas
com deficiência obscura absorvem menos água, levam mais tempo para chegar à fase
reprodutiva e estão mais suscetíveis às baixas temperaturas
3
.
Ao longo da evolução das técnicas de adubação, o fósforo tem sido um dos
nutrientes de mais difícil fornecimento às plantas. Muitos solos têm fósforo, mas este
não está disponível no nível ótimo exigido por elas
1
(Tabela 1). Por esta razão, tem-se a
necessidade da adubação suplementar em culturas modernas
3
.
O fornecimento de fósforo torna-se limitado, pois este nutriente pode se
fixar ao solo diminuindo a sua disponibilidade e acarretando em contaminações
ambientais, afetando a qualidade das águas através da lixiviação, acelerando a
eutrofização de lagos e rios
4
.
O fósforo no solo se apresenta na forma inorgânica e orgânica, fazendo
parte de compostos com cálcio, ferro e alumínio; em solução, adsorvido de forma
trocável com colóides; e grande parte pode ser adsorvida também de forma não
disponível para as plantas
5
.
Para aumentar a absorção de fósforo pelas plantas, ele deve ser dissolvido
na solução do solo que esteja em contato com as raízes, promovendo a conexão solo-
planta, fazendo com que o fósforo seja absorvido e utilizado pela planta. Entretanto, o
fósforo é relativamente insolúvel em água. Por este motivo e de outros fatores de
fixação tais como pH, temperatura, suprimento de oxigênio, teores de umidade e
reações químicas com outros minerais que formam precipitados insolúveis, o fósforo no
solo pode ser deslocado várias vezes ao dia. Como o sistema radicular da planta entra
Dissertação de Mestrado Introdução 23
em contato com cerca de 1% do volume do solo, muito fósforo do solo está fora do
alcance das plantas
3
. Quando o fósforo é aplicado via foliar os mesmos fatores de
fixação deste nutriente ocorrem na superfície das folhas.
Grandes quantidades de fosfatos têm sido utilizadas para corrigir a
deficiência de fósforo em diferentes culturas e fornecer os níveis suficientes, tanto na
aplicação foliar quanto no solo. Esta prática tem contribuído para aumentar os custos
da cultura e para contaminar o ambiente através de outros problemas associados com
o uso excessivo de fosfato.
Tabela 1. Exigências de teores de fósforo (kg/ ha) nas diferentes culturas
Tipo de Cultura Exigência de fósforo
(Kg/ha)
Arroz 21
Aveia 17
Cevada 12
Milho 35
Cereais:
Trigo 22
Beterraba 24
Produtoras de açúcar:
Cana-de-açúcar 8
Batata-doce 41
Batatinha 8
Produtoras de amido:
Mandioca 28
Algodoeiro 8,1
Produtoras de fibras:
Juta 25
Amendoim 31
Feijoeiro 9
Leguminosas:
Soja 40
Alho 14
Cebola 22
Couve-flor 9
Hortaliças:
Repolho 31
Dissertação de Mestrado Introdução 24
Aipo 82
Alface 5
Berinjela 10
Pepino 14
Pimentão 12
Tomateiro 21
Quiabeiro 5
Ervilhas 8
Cenoura 16
Nabo 11
Hortaliças:
Vagens 3
Coqueiro 16
Dendezeiro 10
Mamoneira 8
Oleaginosas:
Oliveira 8
Cacaueiro 6
Cafeeiro 19
Chá 19
Estimulantes:
Fumo 8
Abacateiro 3
Laranjeira 24
Limoeiro 21
Macieira 15
Pereira 24
Frutíferas:
Pessegueiro 7
Eucalipto 6
Florestais:
P. elliotti 1
Dissertação de Mestrado Introdução 25
Abacaxi 30
Banana 69
Seringueira 5
Videira 9
Gramíneas 47
Alfafa 16
Culturas diversas:
Trevos 13
1.3 Fertilizantes
Fertilizantes ou adubos visam o suprimento das deficiências em substâncias
vitais à sobrevivência dos vegetais. São, portanto aplicados nas áreas agriculturáveis
com o intuito de aumentar a produção. Podem ser aplicados através das folhas
(pulverização manual ou mecanizada ou ainda via irrigação) ou através do solo. Antes
de se aplicar qualquer tipo de fertilizante ou corretivo, deve-se antes fazer uma análise
química do solo para que não se empregue quantidades incorretas de fertilizantes,
podendo acarretar perdas na produtividade com o uso desbalanceado dos nutrientes
(excessos e faltas de nutrientes podem deixar a planta muito suscetível a doenças).
Os fertilizantes foliares são normalmente diluídos em água e pulverizados
diretamente sobre as plantas. É o tipo de fertilizante mais recomendado quando se
deseja um efeito imediato, em plantas muito subnutridas
6
.
Com o desenvolvimento científico e industrial, surgiram os fertilizantes
sintéticos, os quais são substâncias e/ou produtos que contém em sua formulação
todos os nutrientes imprescindíveis (macro e micronutrientes) para o crescimento
saudável da planta e para obter altas produtividades, imprescindíveis às necessidades
agrícolas.
Dissertação de Mestrado Introdução 26
1.3.1 Fosfato em fertilizantes
A utilização de adubos fosfatados teve seu início em meados do
século XIX, quando o homem percebeu que a adição de fósforo às plantas era um
excelente meio para auxiliar na produção agrícola. Nessa época as principais fontes de
fósforo utilizadas eram os ossos moídos, formados basicamente de fosfato de cálcio e
hidroxiapatita
7
.
As rochas fosfáticas contendo apatitas (fosfato tricálcio) são as
principais fontes naturais de fósforo existente na natureza. Mas, para que o fósforo
contido neste material torne-se disponível aos vegetais, é necessário modificar a
estrutura apatítica original. Tal liberação pode ser feita por via úmida, liberando fósforo
para aplicações posteriores. No caso da via úmida a rocha fosfática é inicialmente
misturada com ácidos inorgânicos, principalmente o ácido sulfúrico, dando origem ao
ácido fosfórico e a partir dele, pode-se produzir os superfosfatos triplos e os fosfatos de
amônio (fosfato de monoamônio – MAP e fosfato de diamônio - DAP). A via seca
utiliza-se como rota de solubilização das rochas fosfáticas o tratamento térmico
7
.
De modo geral a fonte de fósforo tem sido o ácido fosfórico nos
fertilizantes fosfatados
8
. Os altos investimentos iniciais com a adubação fosfatada têm
dificultado a exploração efetiva do potencial do solo, pois a correção da deficiência de
fósforo se faz normalmente pela aplicação de fosfatos altamente solúveis, como são os
superfosfatos e os fosfatos de amônio. Esses adubos, ao se dissolverem em água,
transformam-se em ácido fosfórico (H
3
PO
4
) e fosfato ácido de cálcio (CaHPO
4
). Essa
solução ácida que se forma no solo exerce um efeito marcante na disponibilidade de
fósforo para as plantas, uma vez que o H
3
PO
4
produzido concorre para a dissolução
dos óxidos de Fe, Al e Mn, acelerando o processo de fixação de fósforo
9
. Desta forma,
a disponibilidade de fósforo na forma de fosfato é menor, porque esta molécula é
facilmente imobilizada no solo e na superfície das folhas.
1.3.2 Fosfito em fertilizantes
Nos últimos anos houve um aumento significativo no consumo de
fertilizantes e defensivos agrícolas (CONAB Apud Neves)
10
.
Neste segmento de
Dissertação de Mestrado Introdução 27
1
insumos, alguns produtos comerciais contendo fosfito em suas formulações vêm
sendo utilizados em alguns setores da agricultura como alternativa ao fosfato
11, 12
. Os
produtos à base de fosfito são derivados do ácido fosforoso, normalmente são sais de
sódio ou potássio, preferencialmente.
O uso recente de produtos à base de fosfito nas atividades agrícolas
brasileiras tem aumentado significativamente em função da busca por aumento tanto da
produtividade como da qualidade do produto final
12,13
.
Entre os principais motivos da utilização de fosfitos está a absorção
mais rápida de fósforo pela planta em relação aos produtos à base de fosfato, o baixo
custo relativo da matéria-prima, melhoria no balanço nutricional das plantas, aumento
na qualidade do fruto, melhoria no amadurecimento dos frutos, aumento na
produtividade, aumento do tempo de conservação do produto no pós-colheita,
reduzindo perdas e custos com refrigeração
3
, e por fim, cita-se o aproveitamento do
fósforo como elemento de nutrição mineral de plantas após a ação fungicida do
fosfito
13
. Portanto, a determinação de fosfito em produtos agroindustriais é importante
não apenas do ponto de vista acadêmico, mas também do social e econômico:
dispondo-se de um controle de qualidade eficaz há grandes chances de gerar maior
confiança em toda a cadeia consumidora.
1.4 Analisadores em fluxo e análise por injeção em fluxo
Durante as primeiras décadas do século XX, houve a descoberta de novas
reações químicas e bioquímicas e, portanto, surgiu a necessidade do conhecimento
destas reações, como estudos envolvendo velocidade reacional, formação de sub-
produtos ou intermediários e as condições favoráveis para o desenvolvimento da
reação. Foram todos estes aspectos desconhecidos naquela época que resultaram no
crescente desenvolvimento do estudo da velocidade de reação através da automação e
manipulação de soluções de reagentes e da amostra, baseados na câmara de mistura
de Hartridge e Roughton
14
em 1923 para uma reação de neutralização ácido-base (HCl
+ NaOH). Foram desenvolvidos novos sistemas de fluxo constante, utilizando seringas
10 Compainha Nacional de Abastecimento: Indicadores da Agropecu
ária. Disponível em: www.conab.gov.br
Dissertação de Mestrado Introdução 28
para a propulsão das soluções. Em um motor de passo as seringas eram ligadas e
realizavam o bombeamento das soluções até um ponto de confluência onde ocorria a
mistura de amostra e reagentes e posteriormente seguia para o espectrofotômetro para
o registro do sinal analítico
15
.
A evolução dos sistemas de fluxo continuou e, como era necessária a
obtenção dos sinais analíticos com alta resolução, foram feitas mudanças que
aprimoraram o detector espectrofotométrico e deram origem a equipamentos
envolvendo a parada do fluxo ou “stopped flow”, utilizados para monitorar reações que
ocorriam muito rápido
16
. Essa nova estratégia consistia em parar o fluxo dentro da cela
de fluxo do espectrofotômetro, minimizando problemas com bolhas de ar. Com o
aumento no controle das análises químicas em laboratórios de análise clínica, os
analisadores em fluxo passaram a ser gerenciadores de soluções para melhorar a
automação analítica, evitando erros analíticos, manipulando amostras e reagentes para
ter maior rapidez nas análises.
Com essa nova proposta, vários trabalhos foram feitos e Skeegs, em 1949,
introduziu pela primeira vez um sistema contínuo para o processo de diálise
17
. Uma de
suas tentativas consistia na inserção de bolhas de ar no fluxo, que tinha como função
separar a amostra, a qual era transportada para a membrana de diálise onde ocorria a
permeação de uréia e separação do analito que era transportado para ser misturado
com os reagentes e seguir para o espectrofotômetro
18
. Como era inserido um fluxo de
ar no percurso analítico, houve a necessidade de componentes como desborbulhador,
para que houvesse pouca dispersão da zona da amostra, que era controlada pela
vazão e pelo percurso analítico. O sistema proposto por Skeegs utilizava uma bomba
peristáltica com vários canais para bombear as soluções e se consagrou como o
Autoanalisador comercializado pela Technicon
17
, pois possuía boa repetibilidade,
rapidez nas análises (40 amostras por hora) com resultados confiáveis. Portanto, os
autoanalisadores após passarem por muitas avaliações, foram adquiridos em
laboratórios de análises clínicas
19
.
Mesmo com as características benéficas do fluxo segmentado de Skeegs,
nos estudos envolvendo cinética de reação, não poderia haver a inserção de bolhas de
ar, devido o controle no monitoramento da reação. Assim, em 1962, Blaedel e Hicks
20
Dissertação de Mestrado Introdução 29
propuseram um sistema de análise de fluxo contínuo para determinação de glicose. O
sistema compreendia uma bomba peristáltica que bombeava a amostra a uma vazão
constante até um ponto de confluência onde encontrava o reagente que era introduzido
no sistema por gravidade. A vazão era mantida constante tanto para amostra como
para reagente (2,0 mL min
-1
), indicando que ambos eram bombeados a volume
“infinito”
21
, ou seja, não possuía fluxo segmentado como no sistema de Skeegs. Porém,
um fluxo laminar era estabelecido e prejudicava a mistura entre amostra e reagente
resultando num sistema com baixa freqüência analítica. Por isso, a introdução de um
acessório descrito como “pulser” se tornou necessário, pois proporcionava oscilações
periódicas estabelecendo um fluxo reverso. Dessa forma, foi possível determinar
glicose até 60 mg L
-1
em solução aquosa, com freqüência analítica de 15 amostras por
hora.
Visando melhorar as análises químicas de modo que houvesse minimização
na manipulação dos reagentes pelo analista, diminuição de contaminação das amostras
e aumento na rapidez das análises, os analisadores em fluxo abriram novos caminhos
para que Ruzicka e Hansen
22
em 1975 propusessem os sistemas de análises por
injeção em fluxo. Neste sistema, através de uma seringa, uma alíquota de amostra era
inserida no fluxo transportador e os reagentes eram inseridos continuamente por bomba
peristáltica a vazão constante em pontos de confluência, onde ocorria a mistura
reagentes – amostra, a qual era bombeada até o detector permitindo a aquisição de um
sinal transiente. A versatilidade do sistema pôde ser observada pela determinação
potenciométrica de amônio e espectrofotométrica de fosfato, sendo que ambos os
sistemas apresentaram linearidade satisfatória, seguindo a equação de Nerst para
potenciometria e a lei de Beer para espectrofotometria; os sistemas também
apresentaram repetibilidade nas análises e rapidez (60 amostras/hora para amônio e
200–250 amostras/hora para fosfato). Sendo assim, estas características conduziram
para o estabelecimento do fluxo constante, ou seja, ausência do fluxo segmentado por
meio de bolhas de ar. Por isso, os sistemas de análises por injeção em fluxo foram
caracterizados pela simplicidade na automação e sendo cada vez mais utilizados.
Estes sistemas de análise por injeção em fluxo são capazes de gerenciar
soluções, detecção, etapas de separação, dispersão, tempos de residência da amostra,
Dissertação de Mestrado Introdução 30
adição de reagentes, etc
23
. Vários componentes dos analisadores em fluxo
(amostradores
24
, filtros
25
, reatores
26
, pontos de adição de reagentes
27
, colunas de troca-
iônica
28
, detectores ópticos
29
e eletroquímicos
30
, pontos de atuação da bomba
peristáltica
31
) podem ser deslocados de sua posição original até outra previamente
selecionada do percurso analítico mediante comutação
32
. Estas opções de automação
proporcionam a utilização de diversas metodologias analíticas, que estão em número
cada vez maior na literatura. Como os sistemas de injeção em fluxo são eficientes
gerenciadores de soluções, alguns dos problemas típicos associados ao preparo
manual de amostras (ex.: possibilidade de contaminação e perdas de amostra
decorrentes da manipulação excessiva, tempo total gasto normalmente longo, consumo
demasiado de reagentes, riscos de acidentes, etc.) podem ser reduzidos, ou até mesmo
eliminados, adotando-se o procedimento de preparação da amostra em linha
33,34
.
O processo de análise química por injeção em fluxo tem como conceito
básico a inserção de uma alíquota de amostra (pré-tratada ou não) em um fluido
transportador que a transporta do ponto de injeção até a unidade de detecção. Durante
o transporte vários processos físico-químicos podem ocorrer, como diluição, reação
química, dispersão, pré-concentração, precipitação, destilação, etc. Esse processo foi
introduzido no Brasil em 1976 por pesquisadores do CENA/USP
35,36
.
O mais simples diagrama de fluxos é o de linha única, onde o fluido
transportador é o reagente. As análises que utilizam esta configuração, a mistura da
amostra com o reagente ocorre exclusivamente por dispersão, enquanto a mesma é
transportada em direção ao detector. A dispersão pode afetar a magnitude do sinal
analítico. Quando a razão entre os volumes da alíquota da amostra e do percurso
analítico é inadequada, o reagente pode não alcançar o centro da amostra, em
quantidade suficiente para satisfazer as condições para o desenvolvimento das reações
químicas envolvidas. Esta limitação foi superada projetando-se o diagrama de fluxo
para adição dos reagentes por confluência e empregando-se uma solução
quimicamente inerte como transportador da amostra. Quando os reagentes são
adicionados por confluência, cada fração da amostra recebe a mesma quantidade do
reagente, portanto não se formam gradientes de concentração de reagentes dentro do
percurso analítico
37
. Para a descrição do sistema, em geral, o processo de análise
Dissertação de Mestrado Introdução 31
química por injeção em fluxo pode ser dividido em quatro partes: propulsão de fluidos,
injeção da amostra, reação e detecção.
A propulsão de fluidos pode ser à pressão constante, sendo empregado
dispositivos de ação gravitacional
37
. Quando a análise é feita à vazão constante os
meios mais empregados para movimentar o fluido transportador é via bomba
peristáltica
37
e seringas
15, 20
.
Para os sistemas de análise por injeção em fluxo, a bomba peristáltica com
multi-roletes (Quadro 1, a)
38
foi consagrada como unidade propulsora de fluidos, pois
pode bombear simultânea e continuamente as soluções acomodando diferentes canais
com diversos diâmetros internos e de vários materiais para bombear diferentes
reagentes. Quando acoplada a um microcomputador, pode parar o fluxo, invertê-lo ou
até mesmo variar a vazão
39
.
Quando as unidades propulsoras utilizadas para impulsionar o fluido são as
seringas (Quadro 1, b)
38
, estas proporcionam fluxo constante com mínimas oscilações.
Quando acopladas a um motor de passo comandado por um programa computacional
são muito utilizadas nos sistemas de multi-comutação
40
.
Também existe a bomba pistão (Quadro 1, c)
38
, ou seringa pistão, que
possui em seu interior um pistão e um pente circular que quando acionados aspiram as
soluções pela entrada (in) por um volume fixo, e depois bombeia para a saída (out). O
controle da entrada e saída dos líquidos é feito pela DCV (directional check-valves)
39
.
Outros tipos de propulsor de fluidos utilizados para impulsionar soluções
são as bombas solenóides (Quadro 1, d)
38
que apresentam as mesmas características
de bombeamento que as bombas pistão, inclusive em relação ao fluxo que também é
pulsante quando o volume interno da bomba é muito pequeno
41,
42
.
Com a necessidade em análises ambientais de se transportar os
equipamentos para determinações in situ, menores unidades propulsoras eram
necessárias. Assim, em 1996 Weeks e Johnson
43
propuseram um sistema de análise
em fluxo que envolvia bomba solenóide pequena, portátil, robusta, que podem ser
controladas individualmente, consumindo menos energia. Atualmente, trabalhos mais
recentes envolvem como unidades propulsoras de fluidos as mini-válvulas
pizoelétricas
44
.
Dissertação de Mestrado Introdução 32
Quadro 1. Unidades propulsoras empregadas nos sistemas de análises em fluxo. (a) bomba peristáltica
(Prados-Rosales et al., 2002); (b) seringas (Miro et al., 2002); (c) bomba pistão (Prados-Rosales et al.,
2002) onde DCV = directional check valves, in e out = entrada e saída da solução, respectivamente; (d)
bomba solenóide, legendas idem (c).
O injetor é o dispositivo fundamental do sistema de análise química por
injeção em fluxo, pois introduz a amostra no percurso analítico. O primeiro injetor
utilizado foi a seringa, pois no sistema de análise por injeção em fluxo implementado
por Ruzicka e Hansen
22
foi este o dispositivo que eles utilizaram para inserir a amostra
no percurso analítico, que é o espaço por onde o fluido transportador transporta a
amostra para o detector, é onde ocorrem as reações químicas necessárias à detecção
da espécie de interesse. Assim, o dimensionamento do mesmo deve levar em conta o
tempo de residência da amostra e, portanto, as vazões do transportador e dos
reagentes.
Dissertação de Mestrado Introdução 33
Hoje, existem vários tipos de injetores apresentados na literatura, sendo os
mais comuns: válvula rotatória de 3 ou de 6 portas, utilizadas em cromatografia, o
injetor-comutador proporcional
37
desenvolvido pelos pesquisadores do CENA/USP e
válvulas solenóides
46
(Fig. 1).
Figura 1. Válvula solenóide (A); injetor-comutador proporcional (B) e válvula de 6 portas (C).
A análise por injeção em fluxo está sendo aceita e adotada cada vez mais
pelos laboratórios de pesquisa e indústrias de todo o mundo, contribuindo
significativamente para a superação de um dos grandes desafios da humanidade:
alcançar um equilíbrio entre desenvolvimento e preservação do meio ambiente. A
filosofia mais moderna procura diminuir a poluição através da minimização dos
resíduos, ao invés de tratar o efluente gerado procura-se evitar sua geração
47,48
.
Com as mudanças nas análises químicas e com os avanços tecnológicos,
houve a necessidade de aprimorar os sistemas de análises em fluxo. Sendo assim,
Ruzicka e Marshall
49
em 1990 adaptaram o sistema de análise por injeção em fluxo
seqüencial, ou seja, não havia o bombeamento contínuo da solução. Esse novo sistema
proporcionou o controle da reação através de uma válvula seletora multi-portas,
possuindo vias seletoras independentes que eram acionadas por um computador. As
Dissertação de Mestrado Introdução 34
alíquotas das soluções eram aspiradas para uma bobina de retenção e depois que era
formada a zona de amostra, o sentido da unidade propulsora era invertido formando um
fluxo reverso e a mistura era levada para a bobina de reação e, posteriormente, para o
detector. O fluxo reverso possibilitava principalmente o controle da dispersão,
minimizava a geração de resíduos e facilitava a operação das etapas num único
programa computacional
50
.
A chegada dos microcomputadores nos laboratórios para análises químicas
proporcionou o desenvolvimento de sistemas envolvendo multi-comutação
46
,
que
consistia em diversas válvulas solenóides para direcionar as soluções. Por uma bomba
peristáltica os reagentes e amostras eram propulsionados até as válvulas, as quais
direcionavam uma alíquota de reagente ou amostra, conforme a abertura da válvula e a
vazão de bombeamento, e logo após a mistura era encaminhada ao detector.
Portanto, para promover fluxo constante, outras unidades propulsoras foram
exploradas, como seringas implementadas em um analisador resultando no sistema
multi-seringas
51,52
. As seringas eram colocadas para cada solução de interesse, sendo
as soluções inseridas no percurso analítico pelo tempo de bombeamento e volume da
seringa. Para o preenchimento da seringa e para direcionar as alíquotas de amostras e
reagentes, válvulas solenóides eram empregadas na saída de cada seringa.
Sistemas como Lab-on-chip, Lab-on-valve, Lab-at-valve que realizam as
tarefas analíticas em chips ou em pequenos suportes, envolvem o conceito de
microfluídica
53,54
. Mas, as condições destes sistemas tiveram que ser melhoradas por
geometrias que forçassem uma mistura mais rápida
55
, pois os canais eram muito
reduzidos. Portanto, Chapin e Wanty
56
em 2005 propuseram que estes sistemas
tivessem novas unidades propulsoras de fluído.
Portanto, diferentes condições fluidicas foram exploradas principalmente
relativas ao fluxo constante, sendo exploradas nos sistemas de análise em fluxo, como
as bombas solenóides que promovem fluxo pulsante
57
. O analisador que explorava
estas bombas foi denominado de multi–impulsão (do inglês “multi–pumping”), onde as
análises empregavam diversas bombas para a propulsão individual das soluções
42
.
Após o sistema de análise por injeção em fluxo implementado por Ruzicka e
Hansen
22
todas as vertentes para as análises possuíam um mesmo conceito e objetivo:
Dissertação de Mestrado Introdução 35
o condicionamento de reações químicas em tubos não compressíveis de diâmetro
reduzido que continha regime de escoamento, vazão e fluxo formados. Assim, a
evolução dos analisadores em fluxo caminha para o desenvolvimento de sistemas
simples, de baixo custo e com pouca manutenção.
Dissertação de Mestrado Revisão da Literatura
36
2. REVISÃO DA LITERATURA
2.1 Determinação de fosfito
As técnicas analíticas normalmente empregadas para determinação de
fosfito são: gravimetria
58,59
, métodos eletroquímicos
60-65
, cromatografia
66-72
, titrimetria
73
e espectrofotometria
71,74,75,76
.
A gravimetria
58
é a técnica mais difundida para determinação de fosfito
(fósforo) descrita na literatura. Dos métodos descritos, um se baseia na precipitação de
fosfato sob a forma de MgNH
4
PO
4
.6H
2
O e determinado como pirofosfato de magnésio
77
conforme a reação que segue:
NH
4
+
(aq)
+ Mg
2+
(aq)
+ PO
4
3-
(aq)
o
NH
4
MgPO
4
. 6H
2
O
(s)
2 NH
4
MgPO
4
. 6H
2
O
(s) o
'
Mg
2
P
2
O
7
+ 2NH
3
+ H
2
O
e o outro é baseado na formação de Hg
2
Cl
2(s)
77
conforme equação química abaixo
representando a reação de oxi-redução e precipitação:
2 HgCl
2(aq)
+ H
3
PO
3(aq)
o Hg
2
Cl
2 (s)
+ H
3
PO
4(aq)
+ 2 HCl
(aq)
A vantagem deste último método sobre o primeiro reside na possibilidade
de empregar a amostra sem qualquer tratamento prévio. Por outro lado, este método
apresenta como inconveniente a produção de quantidades relativamente grandes de
resíduo de mercúrio. Isto contraria a tendência atual de se evitar o uso de métodos que
utilizem reagentes que resultem em rejeitos de difícil descarte no ambiente
78
. Com
relação ao primeiro método, para que fosfato seja precipitado como sal duplo de
magnésio e amônio, o fosfito deve ser previamente convertido a fosfato. O
procedimento convencional baseia-se na digestão da amostra em meio de ácido nítrico
ou sulfúrico concentrados por períodos relativamente longos.
Trasatti e Alberti
63
fizeram um estudo eletroquímico de mecanismo de
oxidação de ácidos hipofosforoso e fosforoso em eletrodos de paládio e constataram
que nesse processo havia possibilidade de oxidação de fosfito em superfície de paládio.
Dissertação de Mestrado Revisão da Literatura
37
De acordo com os autores seria então possível determinar fosfito com eletrodo
modificado via amperometria.
Biesaga e Trojanowicz
66
utilizaram a técnica cromatográfica de íons para
determinar simultaneamente hipofosfito, fosfito e ortofosfato presentes em banhos
eletrolíticos para níquel. Utilizando esta mesma técnica, Roos
67
et al. determinaram
fosfito em amostras de plantas. Os autores afirmam que há praticidade no preparo de
amostra e confiabilidade nas análises, sendo um processo simples para determinar
fosfito e fosfato.
Ito
75
et al. desenvolveram um sistema de análise por injeção em fluxo com
preparação da amostra em linha para determinar fosfito em fertilizantes por
espectrofotometria utilizando o método Azul de Molibdênio. Vale salientar que quando
as determinações de fosfito são realizadas por espectrofotometria os métodos descritos
na literatura utilizam os reagentes azul de fosfomolibdênio - PMB (Método do Azul de
Molibdênio) e ácido molibdovanadofosfórico - MVP (Método do Amarelo de
Molibdênio)
74
, sendo necessária a oxidação do fosfito a fosfato, pois somente
ortofosfatos formam o heteropoliácido molibdofosfórico
74
(complexo de coloração
amarela) e depois sofrem redução formando o azul de fosfomolibdênio
79
. Diversos
agentes redutores, tais como o ácido ascórbico, cloreto estanhoso e hidrazina têm sido
empregados, os quais apresentam condições reacionais bem distintas, principalmente
em suas cinéticas reacionais, sensibilidade analítica e seletividade
80
. O método
desenvolvido por Ito
75
et al. se mostrou eficiente no processo que envolve o preparo de
amostra em linha para determinação de fosfito, mas apresentou o inconveniente da
substituição manual da solução oxidante pela solução de ácido sulfúrico.
Quattrocchi
68
et al. desenvolveram um método cromatográfico em coluna
acoplado ao UV, utilizando como fase móvel ácido nítrico para determinação de fosfito,
fosfato, cloreto, ácido metanosulfônico em olpadronato sódico (ácido 3-dimetilamina-1-
hidróxi-propileno-bisfosfônico). De acordo com os autores, o método foi eficiente,
simples, preciso, exato e robusto, sendo validado de acordo com as normas ICH
(International Conference Harmonization) para testar a pureza e a potencialidade de
materiais de olpadronato.
Dissertação de Mestrado Revisão da Literatura
38
Ito
64
et al. considerando a possibilidade de oxidação de fosfito em superfície
de paládio, propuseram um eletrodo metálico de platina recoberto com paládio como
sensor para a determinação de fosfito
63
em fertilizantes. De acordo com os autores,
apesar do método ser fortemente promissor na determinação quantitativa de fosfito em
amostras de fertilizantes, visto apresentar seletividade a esta espécie, o filme de
paládio, preparado na superfície do eletrodo rotatório de Pt por eletrodeposição foi
pouco aderente e de difícil reprodução.
Morton
69
et al. propuseram a técnica cromatografia de íons acoplada a
espectrometria de emissão atômica em plasma acoplado indutivamente para detectar
hipofosfito, fosfito, ácido metilfosfônico e fosfato em amostras ambientais. Os autores
afirmam que a técnica é promissora para avaliar fosfito presente no solo.
Dopico-Garcia
70
et al. empregaram extração fase sólida e a técnica
cromatografia líquida para determinar anti-oxidantes fenólicos e um fosfito anti-oxidante
em alimentos. A técnica apresentou intervalo de recuperação de 78 a 104% e o limite
de quantificação foi 0,24 mg L
-1
.
Hanrahan
71
et al. utilizaram diferentes técnicas para determinar fosfito em
amostras ambientais. As técnicas utilizadas foram: análise por injeção em fluxo
espectrofotométrica utilizando o método Azul de Molibdênio, cromatografia de íons,
cromatografia gasosa acoplada à espectrometria de massas. Os autores relatam que
amostras de água foram analisadas por cromatografia de íons, sendo o limite de
detecção 0,39 Pmol L
-1
; quando utilizaram cromatografia gasosa acoplada à
espectrometria de massas e cromatografia de íons para analisar amostras de plantas, o
limite de detecção foi 100 pg e 100 ng, respectivamente. Para amostras de plantas
analisadas por injeção em fluxo espectrofotométrica o limite de detecção foi 3 mg L
-1
.
Franzini
73
et al. desenvolveram um método titulométrico para determinar
fosfito em amostras de fertilizantes, onde solução de iodo oxida fosfito a fosfato. O
tempo para realizar o procedimento é cerca de 10 minutos, consumindo 127 mg de iodo
e 200 mg de iodeto de potássio. Os resultados foram comparados com a técnica
espectrofotométrica, sendo concordantes ao nível de 95% de confiança. De acordo com
os autores o método é muito eficiente, prático e de baixo custo relativo, porém sua
limitação é a interferência de íons carbonato.
Dissertação de Mestrado Revisão da Literatura
39
Schoetter
72
et al. empregaram cromatografia de íon para determinar
simultaneamente fosfito e fosfato em plantas de milho. Os autores constataram que
fosfito não estava disponível às plantas como fonte de fósforo.
Barco
76
et al. desenvolveram métodos espectrofotométricos para determinar
fosfito em amostras de água. No primeiro, o fosfito é oxidado a fosfato por uma solução
de tri-iodeto + penta–iodeto e o excesso desta solução reagia com goma de amilose
para formar um complexo azul. O segundo método envolvia análise por injeção em fluxo
com preparo de amostra em linha utilizando o método Azul de Molibdênio. De acordo
com os autores, os métodos foram eficientes para determinação de fosfito
apresentando limites de detecção 0,7 e 0,36 Pmol L
-1
, respectivamente.
O trabalho mais recente foi apresentado por Franzini
65
et al. Os autores
empregaram análise por injeção em fluxo com preparo de amostra em linha e detecção
amperométrica envolvendo eletrodo modificado com filme metálico à base de paládio e
platina para determinar fosfito em amostras de fertilizantes. Nesse método, o fosfito é
oxidado a fosfato sobre a superfície de paládio/platina e o sinal transiente de
absorbância é registrado na forma de um pico, cuja altura é proporcional ao teor de
fosfito na amostra. A análise consome 67 PL de amostra e a vida útil do eletrodo
equivale a 220 determinações. O método desenvolvido foi eficiente para determinação
de fosfito em amostras de fertilizantes, sendo a sensibilidade amperométrica 1,5 mA L
mol
-1
e o limite de detecção 4,8 10
-4
mol
-1
. A precisão e exatidão do método foram
também avaliadas pelo teste de adição e recuperação de padrão e o intervalo de
recuperação foi de 96 a 109%.
Dissertação de Mestrado Proposta de Trabalho
40
3. PROPOSTA DE TRABALHO
O principal objetivo deste trabalho foi desenvolver um método analítico
automatizado para a determinação espectrofotométrica de fosfito e fosfato em fertilizantes
líquidos empregando sistema de injeção em fluxo.
Objetivos específicos:
- avaliar a potencialidade de determinação seqüencial de fosfito e fosfato em sistema
FIA empregando adição intermitente de regente.
- aplicar o método a ser desenvolvido a amostras comerciais de fertilizantes líquidos.
Dissertação de Mestrado Parte Experimental 41
4. PARTE EXPERIMENTAL
4.1 Materiais
4.1.1 Instrumentos e acessórios
O sistema FIA espectrofotométrico empregou um espectrofotômetro
Femto, Modelo 482, uma bomba peristáltica Ismatec, Modelo IPC – 8, tubos de
bombeamento de Tygon
®
, tubos de polietileno de 0,8 mm de diâmetro interno para a
construção da alça de amostragem, bobinas de homogeneização e de reação, linhas de
transmissão e conectores e um injetor-comutador proporcional, sistema de aquisição de
dados Microquímica MQI 96 compreendendo microcomputador PC 386 e placa
conversora A/D.
4.1.2 Reagentes, soluções e amostras
Todas as soluções foram preparadas com água purificada pelos
sistemas de osmose reversa Rios 5 e desionizador Milli-Q academic, ambos Millipore.
Solução 1,0 10
-2
mol L
-1
KMnO
4
(Mallinckrodt, Estados Unidos) + 1,0
mol L
-1
H
2
SO
4
(R
1
, Fig. 4) preparada diariamente dissolvendo-se 159 mg KMnO
4
em
aproximadamente 80 mL de 1,0 mol L
-1
de ácido sulfúrico (Merck, Alemanha), sendo o
volume completado até 100 mL com a mesma solução ácida para posterior
determinação indireta do fósforo pelo método espectrofotométrico do Azul de Molibdênio.
Solução 5% (m/v) (NH
4
)
6
Mo
7
O
24
.4H
2
O (Merck, Alemanha) + 1,0 mol L
-
1
H
2
SO
4
(R
2
, Fig. 4) também preparada diariamente pela dissolução de 5,0 g do sal
tetrahidratado em aproximadamente 60 mL de H
2
SO
4
1,0 mol L
-1
, sendo transferida para
balão de 100 ml e avolumado até o menisco com a solução 1,0 mol L
-1
H
2
SO
4
.
Solução 1% (m/v) de ácido ascórbico (Mallinckrodt, Estados Unidos)
(R
3
, Fig. 4) preparada diariamente dissolvendo-se 1,0 g C
6
H
8
O
6
em aproximadamente
60 mL de água, transferência feita para balão volumétrico de 100 mL e o volume
completado até o menisco com água.
Dissertação de Mestrado Parte Experimental
42
Solução 1,0 mol L
-1
H
2
SO
4
(Merck, Alemanha) (R
4
, Fig. 4) foi
preparado por diluição apropriada do ácido concentrado, sendo a densidade 1,84 g mL
-1
e o título 98,5% (m/m).
Soluções analíticas contendo fosfito foram preparadas diariamente
dissolvendo-se 2,634 g do sal Na
2
HPO
3
.5H
2
O (Riedel-de Haën, Alemanha) em 60 mL,
sendo transferida para balão volumétrico de 100 mL e o volume foi completado até o
menisco com água. As soluções analíticas de fosfito (0,05 – 0,40% m/v H
3
PO
3
) foram
preparadas por diluição apropriada a partir da solução estoque.
As soluções analíticas contendo fosfato (1,0 10
-4
– 250,0 10
-4
% m/v
P-PO
4
) foram preparadas a partir de diluição apropriada da solução estoque 0,1% (m/v)
em fósforo preparada dissolvendo-se 4,584 g do sal Na
2
HPO
4
.5H
2
O (Mallinckrodt,
Estados Unidos) em aproximadamente 600 mL, a transferência foi feita para balão
volumétrico de 1000 mL e o volume foi completado até o menisco com água.
As amostras de fertilizantes foram fornecidas pela Indústria e
Comércio Samaritá Ltda (Artur Nogueira – SP) e foram preparadas da seguinte
maneira: pesou-se 2 g com precisão de décimo de miligrama, transferiu-se para um
balão volumétrico de 1000 mL e o volume foi completado até o menisco com água
desionizada. As amostras foram processadas no sistema FIA sem qualquer tratamento
prévio.
4.2 Método
Nos sistemas de injeção em fluxo espectrofotométrico as soluções das
amostras e dos reagentes foram aspiradas com auxílio de bomba peristáltica e foram
misturadas em pontos específicos do sistema que foram definidos oportunamente. O
sistema empregou o injetor-comutador, que consiste de três peças de acrílico, sendo
duas fixas e uma móvel, a peça central pode ser deslocada em relação às laterais e é
por meio deste movimento que o injetor coleta a amostra e a insere no percurso
analítico
37
. Alíquotas de amostra são selecionadas por meio de alça de amostragem e
injetadas numa solução transportadora que é responsável por promover a dispersão e
misturar a amostra com os reagentes R
1
, R
2
e R
3
do método Azul de Molibdênio.
Dissertação de Mestrado Parte Experimental
43
O pré-requisito para a utilização desse método é a oxidação de fosfito a
fosfato antes da determinação (reação 1), pois somente ortofosfatos reagem com
molibdênio
76
para
formar o heteropoliácido (ácido molibdofosfórico - MPA) como mostrado
na reação 2:
5 PO
3
3-
+ 2 MnO
4
-
+ 6 H
3
O
+
o 5 PO
4
3-
+ 2 Mn
2+
+ 3 H
2
O (1)
H
3
PO
4
+ 6Mo(VI) o (12 – MPA) + 9H
+
(2)
Em presença do ácido ascórbico o composto é reduzido e forma o azul de
fosfomolibdênio (PMB), conforme a reação 3:
(12 – MPA) + n Red o PMB + n Ox (3)
O estudo relativo ao desenvolvimento de método para a determinação
espectrofotométrica em fluxo de fosfito e fosfato envolveu seqüencialmente duas etapas
distintas:
1ª - Avaliação do sistema FIA publicado e proposto por Ito e
colaboradores
75
para determinação de fosfito apenas. Para determinar fosfito e fosfato
seqüencialmente com este sistema, duas calibrações independentes são necessárias, e
mesmo assim há a necessidade de troca manual do reagente oxidante por outra
solução de ácido.
2ª - Desenvolvimento de um sistema FIA original que pudesse determinar
seqüencialmente fosfito e fosfato sem a troca manual de reagentes.
Assim, para a determinação de fósforo, estudou-se três sistemas de injeção
em fluxo que estão descritos e representados abaixo.
Dissertação de Mestrado Parte Experimental
44
4.2.1 Sistema FIA preliminar
4.2.1.1 Estudo da influência da concentração de permanganato
de potássio
Para o sistema FIA representado na Fig. 2, o reagente R
1
(KMnO
4
)
oxida o fosfito presente na amostra antes desta preencher a alça de amostragem L. Nesse
sistema, foram injetadas soluções analíticas no intervalo de 0 a 1,0% (m/v) H
3
PO
3
para
estudar a influência da concentração de permanganato de potássio (5,0 10
-4
e 5,0 10
-3
mol
L
-1
preparada em meio 2,0 mol L
-1
H
2
SO
4
).
Mediante comutação, o fosfito previamente oxidado é injetado na
solução transportadora C e, por confluência, recebe os reagentes R
2
e R
3
para formar o
complexo Azul de Molibdênio que, monitorado a 700 nm é registrado na forma de um
pico cuja altura é proporcional ao teor fósforo na amostra (fosfito mais fosfato).
Figura 2. Diagrama de fluxos para determinação de fosfito. IC: injetor - comutador; L: alça de
amostragem (100 μL); A: amostra ou solução analítica (1,0 mL min
-1
); R
1
: 5,0 10
-3
mol L
-1
KMnO
4
+ 2,0
mol L
-1
H
2
SO
4
(1,0 mL min
-1
) ou R
1
: 5,0 10
-4
mol L
-1
KMnO
4
+ 2,0 mol L
-1
H
2
SO
4
(1,0 mL min
-1
) ; R
2
: 5%
(m/v) (NH
4
)
6
Mo
7
O
24
.4H
2
O + 0,5 mol L
-1
H
2
SO
4
(0,9 mL min
-1
); R
3
: 1% (m/v) de ácido ascórbico (0,9 mL
min
-1
); C: 1,0 mol L
-1
H
2
SO
4
(0,9 mL min
-1
); B
1
, B
2
e B
3
: bobinas de reação e de mistura (10, 30 e 100 cm,
respectivamente); x, y e z: pontos de confluência; W: frasco para coleta de resíduos. A seta indica o
sentido de movimento de IC.
Dissertação de Mestrado Parte Experimental
45
4.2.1.2 Influência da variação do comprimento da bobina de
reação B
1
O tempo de reação entre permanganato de potássio e fosfito foi
avaliado por meio da variação do comprimento da bobina de reação B
1
, uma vez que o
tempo de residência da mistura em B
1
depende das vazões de A e R
1
e do
comprimento de B
1.
Sendo assim, foi estudada a influência da variação do comprimento
da bobina B
1
(10, 25, 50 e 100 cm) para o sistema FIA da Fig. 2. A concentração de
permanganato de potássio utilizada foi 5,0 10
-3
mol L
-1
preparada em 2,0 mol L
-1
H
2
SO
4
e
as soluções analíticas de fosfito injetadas foram 0; 0,25; 0,50; 1,0 e 2,0% (m/v) H
3
PO
3
.
Outras variáveis como concentrações e ordem de adição dos
reagentes R
2
e R
3
, comprimento das bobinas de reação, B
2
e B
3
já foram avaliadas em
trabalho anterior
75
.
4.2.2 Sistema FIA com oxidação em linha
Para o sistema FIA da Fig. 3, uma alíquota da amostra é selecionada
via alça de amostragem L. Após o movimento do injetor-comutador IC, a amostra é
injetada num fluido transportador C. No ponto x o fosfito presente na amostra é oxidado
e convertido parcialmente a fosfato pela solução de permanganato de potássio 1,0 10
-2
mol L
-1
preparada em ácido sulfúrico 1,0 mol L
-1
. Em seguida, a zona do analito recebe
os reagentes molibdato de amônio 5,0% (m/v) preparado em ácido sulfúrico 0,5 mol L
-1
e solução de ácido ascórbico 1,0% (m/v) nos pontos de confluência y e z,
respectivamente. O complexo formado é monitorado a 700 nm, cuja altura é
proporcional ao teor de fósforo. Em presença de solução de KMnO
4
1,0 10
-2
mol L
-1
+
1,0 mol L
-1
H
2
SO
4
o sinal transiente é proporcional ao teor de fosfito mais fosfato;
quando o oxidante é substituído por solução 1,0 mol L
-1
H
2
SO
4
a altura do sinal
transiente corresponde apenas ao teor de fosfato. Por diferença é possível calcular o
teor de fosfito.
Este sistema foi utilizado para otimizar as condições experimentais e
projetar um sistema FIA que pudesse determinar seqüencialmente fosfito e fosfato em
amostras de fertilizantes sem a necessidade de substituir manualmente o reagente R
1
.
Dissertação de Mestrado Parte Experimental
46
Figura 3. Diagrama de fluxos para determinação de fosfito. IC: injetor - comutador; L: alça de
amostragem (100 μL); A: amostra ou solução analítica (3,0 mL min
-1
); R
1
: 1,0 10
-2
mol L
-1
KMnO
4
+ 1,0
mol L
-1
H
2
SO
4
(0,9 mL min
-1
); R
2
: 5% (m/v) (NH
4
)
6
Mo
7
O
24
.4H
2
O + 0,5 mol L
-1
H
2
SO
4
(0,9 mL min
-1
); R
3
:
1% (m/v) de ácido ascórbico (0,9 mL min
-1
); C: H
2
O (0,9 mL min
-1
); B
1
, B
2
e B
3
: bobinas de reação e de
mistura (50, 30 e 100 cm, respectivamente); x, y e z: pontos de confluência; W: frasco para coleta de
resíduos. A seta indica o sentido de movimento de IC.
4.2.2.1 Otimizando a determinação seqüencial
Para este estudo foram preparadas duas curvas analíticas com
padrões de P-PO
4
no intervalo de 1,0 10
-4
a 8,0 10
-4
% (m/v) sendo que essas soluções
analíticas foram injetadas na presença e na ausência de permanganato de potássio. O
objetivo
desse estudo foi avaliar se a reação de formação do complexo PMB
aconteceria com a mesma eficiência em meio H
2
SO
4
e em meio KMnO
4
+ H
2
SO
4
, a fim
de otimizar a determinação seqüencial de fosfito e fosfato. O desempenho do sistema
FIA nesta etapa também foi avaliado por meio da injeção e registro de sinais transientes
de soluções analíticas de fosfito no intervalo de 0,05% a 0,40% (m/v) H
3
PO
3.
4.2.2.2 Estudo da conversão de fosfito a fosfato
Fez-se um experimento para saber a porcentagem de conversão de
fosfito a fosfato pelo permanganato de potássio. Nesse sistema, solução analítica de
fosfito 0,10% (m/v) H
3
PO
3
foi injetado no sistema FIA da Fig. 3, e em seguida, soluções
analíticas de P-PO
4
com concentrações 1,0; 2,0; 4,0; 8,0; 15,0 e 16,0 10
-4
% (m/v)
Dissertação de Mestrado Parte Experimental
47
também foram injetadas. A comparação entre as alturas dos respectivos sinais
transientes, permitiu calcular o grau de conversão de fosfito a fosfato.
4.2.3 Sistema FIA proposto
No sistema de fluxos representado na Fig. 4, uma alíquota de
amostra, previamente selecionada via L
1
é injetada em um fluido transportador C (H
2
O),
com auxílio do injetor-comutador proporcional IC. Durante a injeção, o reagente R
4
(1,0
mol L
-1
H
2
SO
4
) é adicionado ao sistema na confluência x, onde recebe a amostra,
ambos misturam-se em B
1
e recebem em seguida, os reagentes R
2
e R
3
para formar o
complexo PMB como comentado nos sistemas das Fig. 2 e 3. A passagem da mistura
pelo detector resulta numa absorbância transiente cuja altura é proporcional à
concentração de fósforo (fosfato).
Quando o injetor é comutado para posição inicial, uma outra alíquota
de mesmo volume de amostra é selecionada via L
2
e recebe na confluência x o
reagente R
1
(1,0 10
-2
mol L
-1
KMnO
4
+ 1,0 mol L
-1
H
2
SO
4
) e se misturam na bobina de
reação B
1
, onde ocorre a oxidação do fosfito a fosfato. Em seguida, a mescla recebe via
confluências y e z os reagentes R
2
e R
3
, respectivamente, para formar o complexo azul
de fosfomolibdênio. A passagem da mistura pelo detector resulta em uma absorbância
transiente cuja altura é proporcional ao teor de fósforo (fosfito + fosfato) presente na
amostra. Como descrito no item 4.2.2, por diferença calcula-se o teor de fosfito presente
na amostra de fertilizante.
Dissertação de Mestrado Parte Experimental
48
Figura 4. Diagrama de fluxos para determinação de fosfito e fosfato. IC: injetor – comutador; L
1
e L
2
:
alças de amostragem (100 μL); A: amostra ou solução analítica (3,0 mL min
-1
); R
1
: 1,0 10
-2
mol L
-1
KMno
4
+ 1,0 mol L
-1
H
2
SO
4
(0,9ml min
-1
); R
2
: 5% (m/v) ((NH
4
)
6
Mo
7
O
24
.4H
2
O + 1,0 mol L
-1
H
2
SO
4
(0,9 mL
min
-1
); R
3
: 1% (m/v) de ácido ascórbico (0,9 mL min
-1
); R
4
: solução 1,0 mol L
-1
de ácido sulfúrico (0,9 mL
min
-1
); C: H
2
O (0,9 mL min
-1
); B
1
, B
2
e B
3
: bobinas de reação e de mistura (50, 30 e 100 cm,
respectivamente); x, y e z: pontos de confluência; W: frasco para coleta de resíduos. A seta indica o
sentido do movimento IC.
4.2.3.1 Influência da variação do comprimento do segmento a
Para estudar a influência da variação do comprimento do segmento a
alíquotas da solução analítica de fosfito 0,40% (m/v) H
3
PO
3
foram transportadas com
H
2
O para o espectrofotômetro. A influência do comprimento do segmento a na
absorbância foi estudada empregando tubos de polietileno de diferentes comprimentos:
2,5; 5,0; 10; 25 e 50 cm. Esse segmento deve ser definido como compromisso entre
evitar grandes dispersões (a o mais curto possível) e também interpenetração da zona
do analito com o permanganato de potássio no caminho principal após a injeção via L
1
.
Como o segmento b está preenchido com oxidante durante a injeção da amostra via L
1
,
é necessário que o reagente R
4
lave todo segmento b (5,0 cm de comprimento) e o
percurso analítico da confluência x até o detector para evitar que a amostra se encontre
com o permanganato residual no sistema. Assim, a situação ideal será aquela na qual
aparecem apenas os picos correspondentes a fosfito.
Dissertação de Mestrado Parte Experimental
49
4.2.3.2 Avaliação do sistema FIA para determinação seqüencial
Para verificar o potencial do sistema FIA projetado para
determinação seqüencial de fosfito e fosfato, fez–se o registro separadamente de
soluções analíticas contendo a) 10,0 10
-4
% (m/v) P-PO
4
b) 0,40% (m/v) H
3
PO
3
c) 10,0
10
-4
% (m/v) P-PO
4
+ 0,40% (m/v) H
3
PO
3
e comparou-se as alturas dos sinais
transientes.
4.2.3.3 Avaliação da influência da variação da concentração de
permanganato de potássio (R
1
) na absorbância
Para avaliar a influência da variação da concentração de
permanganato de potássio na absorbância foram testadas as seguintes soluções de
oxidante preparadas em meio 1,0 mol L
-1
H
2
SO
4
: 1,0 10
-4
; 1,0 10
-3
e 1,0 10
-2
mol L
-1
. Os
reagentes R
2
e R
3
foram fixados em 5,0% (m/v) e 1,0% (m/v), respectivamente e as
soluções analíticas de 0,05 a 0,40% (m/v) H
3
PO
3
foram injetadas em triplicata. Vale
salientar que todo estudo que envolveu avaliação das concentrações de reagentes que
seriam otimizadas foi feito de modo univariado, ou seja, variou-se um parâmetro de
cada vez.
4.2.3.4 Avaliação da influência da variação da concentração de
molibdato de amônio (R
2
) na absorbância
A influência da variação da concentração de molibdato de amônio na
absorbância é um importante parâmetro a ser estudado, visto que este reagente é o
responsável pela formação do ácido molibdofosfórico. Foram injetadas em triplicata
soluções analíticas de fosfito (0,05 a 0,40% (m/v) H
3
PO
3
) para as seguintes soluções de
molibdato de amônio: 2,5%; 5,0% e 7,5% (m/v) preparadas em meio 1,0 mol L
-1
H
2
SO
4
.
Os reagentes R
1
e R
3
foram fixados em 1,0 10
-2
mol L
-1
e 1,0% (m/v), respectivamente.
Dissertação de Mestrado Parte Experimental
50
4.2.3.5 Avaliação da influência da variação da concentração de
ácido ascórbico (R
3
) na absorbância
A concentração de ácido ascórbico também foi variada a fim de
verificar a sua influência na reação. Nesse experimento, foram testadas três
concentrações de ácido ascórbico: 0,5%; 1,0% e 2,0% (m/v). Soluções analíticas de
0,05 a 0,40% (m/v) H
3
PO
3
foram injetadas em triplicata e os reagentes R
1
e R
2
foram
fixados em 1,0 10
-2
mol L
-1
e 5,0% (m/v), respectivamente.
4.2.3.6 Avaliação da influência da variação do volume injetado
na absorbância
Foi feito um estudo da influência da variação do volume injetado na
sensibilidade aumentando-se o comprimento da alça de amostragem de modo a conter
50, 100 e 200 PL. Nesse experimento, foram injetadas em triplicata soluções analíticas
de fosfito no intervalo de 0,05 a 0,40% (m/v) H
3
PO
3
e os reagentes R
1
, R
2
e R
3
foram
fixados em 1,0 10
-2
mol L
-1
; 5,0% (m/v) e 1,0% (m/v), respectivamente.
4.2.3.7 Influência da concentração de fosfato na absorbância de
fosfito
Para avaliar a influência da concentração de fosfato máxima na
absorbância de fosfito sem manifestar interferência, fez–se o registro de soluções
analíticas de fosfito no intervalo de 0,05 a 0,40% (m/v) H
3
PO
3
, variando a concentração
de soluções analíticas contendo 5,0 10
-4
a 250,0 10
-4
% (m/v) P–PO
4
.
4.2.3.8 Estabilidade das soluções analíticas de fosfito e amostra
Foi feito um estudo para avaliar a estabilidade do fosfito em soluções
analíticas e na amostra de fertilizante, sendo estas armazenadas ao abrigo da luz e à
temperatura ambiente. As soluções analíticas no intervalo de 0,05 a 0,40% (m/v) H
3
PO
3
e a amostra de fertilizante diluída foram processadas no sistema FIA após 24, 48, 72 e
144 horas de armazenagem.
Dissertação de Mestrado Parte Experimental
51
4.2.4 Avaliação das principais figuras de mérito analítico
4.2.4.1 Curva Analítica com soluções de fosfito e soluções
analíticas de referência para fosfato
Após todos os parâmetros terem sido dimensionados, soluções
contendo 50 e 100 10
-4
% (m/v) P–PO
4
que serviram como referência para detectar
possíveis interferências de fosfato e soluções analíticas de fosfito no intervalo de 0,05 –
0,40% (m/v) H
3
PO
3
foram injetadas em triplicata para a construção da curva analítica de
calibração. Pela relação entre absorbância e concentração foi possível avaliar se há
obediência à lei de Lambert-Beer (relação linear) e calcular o limite de detecção
(L.O.D.) e o limite de quantificação (L.O.Q.), utilizando-se para esses dois últimos as
recomendações da IUPAC
81
:
L.O.D. =
b
sd
x
3
L.O.Q. =
b
sd
x
10
nas quais sd é a estimativa do desvio padrão do branco, e b o coeficiente angular da
curva analítica de calibração.
4.2.4.2 Verificação da repetibilidade do método
A repetibilidade do método proposto foi avaliada por meio de injeções
sucessivas da solução analítica 0,10% (m/v) H
3
PO
3
. Foram registrados os sinais
transientes relativos a 13 injeções dessa solução e o desvio padrão relativo (r.s.d.) foi
calculado pela fórmula:
r.s.d. =
F
sd
x
100
Dissertação de Mestrado Parte Experimental
52
na qual sd é o desvio padrão das alturas dos sinais transientes e
F
é a média desses
sinais.
4.2.4.3 Teste de adição e recuperação
A exatidão foi avaliada por meio de teste de adição e recuperação de
padrão. Esse teste foi feito com amostra de fertilizante dissolvida em água de modo a
conter 2,0 g L sendo adicionado a cada solução:
-1
1) 10,0 10
-4
% (m/v) P-PO
4
, 2) 20,0
10
-4
% (m/v) P-PO
4
, 3) 0,05% (m/v) H
3
PO
3
,
4) 0,20% (m/v) H
3
PO
3
e 5) 0,05% (m/v)
H
3
PO
3
+ 10,0 10
-4
% (m/v) P-PO
4
.
4.2.4.4 Análise das amostras
Dada a inexistência de material de referência para fosfito para
comprovar a exatidão analítica, esta foi também avaliada por meio da aplicação do
método proposto e otimizado à análise em triplicata de 8 produtos comerciais. As
amostras também foram analisadas por uma técnica analítica baseada em
amperometria em fluxo
65
. Os resultados foram avaliados por testes estatísticos bem
estabelecidos, com ênfase na precisão e exatidão das medidas, estabelecendo-se os
intervalos de confiança da média. A avaliação da existência de uma diferença
significativa na precisão entre o conjunto de dados obtido pelo método proposto e o
conjunto obtido pelo método comparativo foi feita pelo teste F
82
:
F =
2
2
1
2
s
s
onde
: s
2
são as variâncias que sempre são dispostas de modo que o valor de F seja t
1.
Para a comparação entre as médias experimentais dos métodos
citados, utilizou-se o teste t - Student que serve para indicar se existe ou não diferença
significativa entre as médias e suas incertezas para os diferentes métodos
83
. A fórmula
utilizada foi:
Dissertação de Mestrado Parte Experimental
53
t
calc
=
agrupado
SD
d
.
21
21
.
nn
nn
SD
agrupado
=
2
)1()1(
21
22
2
11
2
nn
nsdnsd
na qual d é a diferença entre os valores das médias de cada método, sd é o desvio
padrão da médias, n é o número de repetições, t
calc
é comparado com o t
tabelado
para
n
1
+n
2
-2 graus de liberdade, SD
agrupado
é o desvio-padrão agrupado fazendo uso de
ambos os grupos de dados.
4.2.4.5 Velocidade analítica, consumo de reagentes e amostra
Após a verificação da precisão e da exatidão do método, calculou-se
as principais características do sistema FIA, tais como velocidade analítica e consumo
de reagentes e de amostra.
A velocidade analítica foi calculada a partir do sinal transiente
registrado em alta velocidade. Para esse estudo utilizou-se a alça de amostragem de 20
cm de comprimento e fez-se o registro da solução analítica de fosfito 0,10% (m/v)
H
3
PO
3
. O sinal transiente registrado em alta velocidade possibilita conhecer o tempo
médio de residência (T
r
) definido como o tempo entre a injeção e a obtenção do
máximo do sinal transiente e o tempo de limpeza (T
w
) definido como o tempo
necessário para que o sinal transiente retorne do máximo a um determinado valor. Os
valores de T
r
e T
w
podem ser utilizados para estimar a freqüência analítica (f), a qual é
definida como:
wr
TT
f
1
Assim, a freqüência analítica é inversamente proporcional a T
r
e T
w
,
portanto, uma diminuição em T
r
e T
w
acarreta um aumento em f. Uma forma de diminuir
Dissertação de Mestrado Parte Experimental
54
o valor de T
w
é admitir uma porcentagem de “carryover”, ou seja, realizar a injeção da
amostra no momento em que a absorbância retorne a uma determinada porcentagem
do sinal máximo da injeção anterior. Para os cálculos admitiu-se 2% de “carryover” para
o T
w
.
O cálculo do volume de amostra consumido em cada determinação
foi feito aplicando a fórmula do cilindro:
V =
S x r
2
x c
na qual r corresponde ao raio e c corresponde ao comprimento da alça de amostragem.
O consumo dos reagentes foi calculado a partir das respectivas
vazões reagentes, em relação ao tempo de um ciclo analítico, que é a soma do tempo
de residência mais o tempo de limpeza do sinal transiente
45
.
4.2.4.6 Dispersão
A dispersão é uma importante característica a ser definida, visto que
em tubos finos a dispersão da zona da amostra é o resultado da redistribuição do
material nos elementos de fluido nas direções axial e radial. Nesse estudo, foi feito o
registro da solução analítica 0,10% (m/v) H
3
PO
3
variando-se o comprimento da alça de
amostragem no intervalo de 10 a 250 cm. Pelo grau de dispersão verifica-se em qual
volume injetado há a ausência de dispersão, este foi avaliado através do coeficiente de
dispersão (D), o qual foi calculado a partir da seguinte equação:
D =
A
A
0
onde:
A
o
é a absorbância obtida sem dispersão e A é a absorbância registrada para um
determinado volume injetado.
Dissertação de Mestrado Resultados e Discussão 55
5. RESULTADOS E DISCUSSÃO
5.1 Sistema FIA preliminar
5.1.1 Influência da concentração de permanganato na oxidação do
fosfito a fosfato
Estudou-se a viabilidade da oxidação de fosfito em linha variando-se
a concentração de permanganato de potássio (R
1
) do sistema de fluxos da Fig. 2. A
influência da concentração de permanganato de potássio nas absorbâncias relativas as
soluções analíticas 0,05 – 0,40% (m/v) H
3
PO
3
foi estudada preparando-se o reagente
R
1
como sendo 5,0 10
-3
e 5,0 10
-4
mol L
-1
em meio 2,0 mol L
-1
H
2
SO
4
(Fig. 5). Análise
desta figura revela que melhor sensibilidade foi obtida para R
1
5,0 10
-3
mol L
-1
+ 2,0 mol
L
-1
H
2
SO
4
, sendo esta a concentração escolhida para dar seqüência ao estudo.
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
0,35
0,40
b
a
Absorbância
Concentração H
3
PO
3
(% m/v)
Figura 5. Curvas analíticas para fosfito obtidas com o sistema FIA da Fig. 2 empregando diferentes
concentrações de permanganato de potássio (R
1
): 5,0 10
-3
mol L
-1
(a) e 5,0 10
-4
mol L
-1
(b) ambas
preparadas em meio 2,0 mol L
-1
de ácido sulfúrico.
Dissertação de Mestrado Resultados e Discussão
56
5.1.2 Influência da variação do comprimento da bobina de reação B
1
O estudo da influência da variação do comprimento da bobina de
reação B
1
da Fig. 2 na absorbância foi feito porque esta bobina define o tempo de reação
de oxidação entre fosfito e permanganato de potássio.
Observa-se que aumentando o comprimento da bobina, as
absorbâncias aumentam linearmente (Fig. 6) com o tempo de interação entre fosfito e
permanganato. Conseqüentemente, há maior conversão de fosfito a fosfato para
bobinas mais longas. Como o objetivo principal desse estudo foi verificar se essa
oxidação aconteceria em tempos relativamente rápidos de modo a viabilizar a oxidação
em linha de fosfito, concluiu-se que tempo de contato entre fosfito e o oxidante, mesmo
que relativamente curto já é suficiente para converter fosfito a fosfato, mesmo que
parcialmente, num sistema FIA a ser projetado empregando a oxidação da amostra no
percurso analítico principal, antes da confluência com os regentes cromogênicos (R
2
e
R
3
).
Figura 6. Influência da variação do comprimento da bobina B
1
na absorbância utilizando o sistema FIA da
Fig. 2: R
1
= 5,0 10
-3
mol L
-1
KMnO
4
+ 2,0 mol L
-1
H
2
SO
4
; R
2
= 5,0% m/v (NH
4
)
6
Mo
7
O
24
.4H
2
O + 0,5 mol L
-1
H
2
SO
4
; R
3
= 1,0% m/v ácido ascórbico.
5.2 Sistema FIA com oxidação em linha
Como observado no sistema da Fig. 2 em que a oxidação de fosfito pelo
permanganato de potássio é relativamente rápida, estudou-se em seguida uma outra
configuração de sistema de fluxos com o objetivo de avaliar a oxidação seqüencial em
Dissertação de Mestrado Resultados e Discussão
57
linha de fosfito. A configuração adotada foi idêntica àquela proposta por Ito
75
et al. para
determinar apenas fosfito. Esta configuração possibilita verificar de modo rápido a
resposta do sistema frente aos ânions fosfito e fosfato. Contudo, como limitação, há a
necessidade de substituição manual do reagente R
1
por H
2
SO
4
, ou seja há a
necessidade de um outro sistema para determinar fosfato.
5.2.1 Otimizando a determinação seqüencial
Vale destacar que esse estudo teve como objetivo avaliar a resposta
do sistema FIA da Fig. 3 frente ao teor de fósforo (proveniente de fosfato) tanto na
presença como na ausência de permanganato de potássio. É muito importante avaliar a
resposta do sistema frente a um determinado teor de fósforo, independentemente do
reagente R
1
ser KMnO
4
+ H
2
SO
4
ou H
2
SO
4
apenas. Assim, foram preparadas duas
curvas analíticas em meio de R
1
= 1,0 10
-2
mol L
-1
KMnO
4
+ 1 mol L
-1
H
2
SO
4
(Fig. 7 - a)
e R
1
= 1,0 mol L
-1
H
2
SO
4
(Fig. 7 - b) com o objetivo de comparar as inclinações de
ambas. Análise da figura revela que ambas apresentaram coeficientes angulares
semelhantes (0,0183 – curva a; 0,0179 – curva b) indicando assim que há grandes
chances da determinação seqüencial de fosfito e fosfato ser viável num sistema que
envolva a adição intermitente desses reagentes. Vale salientar que a diferença na
intensidade do sinal de absorbância ocorre, porque o permanganato de potássio
absorve a radiação no comprimento de onda utilizado.
Dissertação de Mestrado Resultados e Discussão
58
02468
0,09
0,12
0,15
0,18
0,21
0,24
b
a
Absorbância
Concentração P-PO
4
(mg L
-1
)
Figura 7. Curvas analíticas para fósforo (fosfato) obtida com o sistema FIA da Fig. 2 empregando como
R
1
solução 1,0 10
-2
mol L
-1
KMnO
4
+ 1,0 mol L
-1
H
2
SO
4
(a) e R
1
solução 1,0 mol L
-1
H
2
SO
4
(b).
O desempenho do sistema FIA nesta etapa foi avaliado por meio da
injeção e registro de sinais transientes de soluções analíticas de calibração no intervalo
de 0,05% a 0,40% (m/v) H
3
PO
3
(Fig. 8). Análise da figura mostra boa relação linear
entre absorbância e concentração do analito e também boa precisão das medidas,
observada na forma de registro de sinais transientes repetitivos.
01020
0,00
0,25
0,50
0,75
1,00
30
Absorbância
Tempo (min)
Figura 8. Registro de sinais transientes de fosfito (0,05; 0,10; 0,20; 0,40% m/v H
3
PO
3
) obtido com o
sistema FIA da Fig. 3: R
1
solução 1,0 10
-2
mol L
-1
KMnO
4
+ 1,0 mol L
-1
H
2
SO
4
, R
2
solução 5,0% m/v
(NH
4
)
6
Mo
7
O
24
.4H
2
O + 1,0 mol L
-1
H
2
SO
4
; R
3
= 1,0% m/v ácido ascórbico.
Dissertação de Mestrado Resultados e Discussão
59
5.2.2 Estudo da conversão de fosfito a fosfato
Como os sistemas de injeção em fluxo são considerados bons
gerenciadores de soluções, os quais permitem que se monitore uma reação fora das
condições de equilíbrio químico, com boa precisão, pois os tempos são rigidamente
controlados pela vazão do sistema, deve ser comentado que não há a necessidade de
a oxidação do fosfito ser quantitativa: o grau de oxidação de fosfito será o mesmo para
as diferentes soluções analíticas de calibração e amostras. O importante é ter o
conhecimento do grau de conversão do analito a fosfato. A Fig. 9 ilustra, da esquerda
para a direita, sinal transiente relativo a uma solução de fosfito contendo 0,10% (m/v)
H
3
PO
3
– o que corresponde a 378 10
-4
% (m/v) em P; os sinais seguintes correspondem
a soluções analíticas de calibração de 1,0 a 16,0 10
-4
% (m/v) P-PO
4
. Observa-se que a
altura do sinal da solução de fosfito aproxima-se da do padrão de 15,0 10
-4
% (m/v) P-
PO
4
. Portanto, o grau de conversão de fosfito a fosfato pode ser calculado como sendo
aproximadamente 4%.
0 1020304050
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
g
f
e
d
c
b
a
Absorbância
Tempo (min)
Figura 9. Sinais transientes obtidos com o sistema da Fig. 3 referentes a 0,10% (m/v) H
3
PO
3
(a), 1,0 10
-
4
% (m/v) P-PO
4
(b), 2,0 10
-4
% (m/v) P-PO
4
(c), 4,0 10
-4
% (m/v) P-PO
4
(d), 8,0 10
-4
% (m/v) P-PO
4
(e), 16,0
10
-4
% (m/v) P-PO
4
(f) e 15,0 10
-4
% (m/v) P-PO
4
(g).
Dissertação de Mestrado Resultados e Discussão
60
5.3 Sistema FIA proposto
Um novo sistema de fluxos foi projetado com o objetivo de evitar que o
reagente R
1
da Fig. 3 fosse substituído manualmente pelo operador. A proposta do
sistema representado na Fig. 4 está fundamentada no conceito da adição intermitente
de reagentes: mediante comutação, quando se adiciona o KMnO
4
+ H
2
SO
4
(R
1
) ao
sistema a solução ácida (R
4
) é reciclada; quando se adiciona R
4
ao sistema, o reagente
R
1
é reciclado. Nesse sistema, uma mesma alíquota da amostra é injetada duas vezes
seqüencialmente, uma na presença e a outra ausência de oxidante, fornecendo dois
sinais transientes: o primeiro corresponde ao teor de fósforo proveniente de fosfito +
fosfato; o segundo sinal transiente corresponde apenas ao teor de fósforo vindo do
fosfato. Como a amostra recebe, por confluência, as soluções R
1
e R
4
alternadamente,
é necessário avaliar a influência do comprimento do segmento a (Fig. 4) na
absorbância, a fim de evitar grandes dispersões e evitar também que a zona do analito
se encontre com R
4
no ponto de confluência x do sistema.
5.3.1 Influência da variação do comprimento do segmento a
Como descrito no item 4.2.3.1 a influência do comprimento do
segmento a na absorbância foi estudada com o compromisso de evitar grandes
dispersões (a o mais curto possível) e ao mesmo tempo evitar interpenetração da zona
do analito com permanganato de potássio no caminho principal após a injeção via L
1
. O
segmento foi estudado conectando-se tubos de polietileno antes da confluência x com
diferentes tamanhos: 2,5 a 50 cm e em cada situação fez-se o registro dos sinais
transientes de uma solução analítica 0,40% (m/v) H
3
PO
3
. Análise das Fig. 10 - 14 revela
que há diminuição significativa dos sinais transientes primários (oxidação indesejada)
com o aumento do segmento a. A melhor situação foi atingida com a = 50 cm, pois este
comprimento evitou que houvesse grande dispersão e interpenetração da zona da
amostra com permanganato de potássio, por isso foi escolhido para continuar o
desenvolvimento do sistema.
Dissertação de Mestrado Resultados e Discussão
61
0,0 2,5 5,0 7,5 10,0 12,5
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
Absorbância
Tempo (min)
Figura 10. Sinais transientes em duplicata referentes a injeção de 0,40% (m/v) H
3
PO
3
via L
1
(pico à
esquerda) e L
2
(pico à direita) obtidos com o sistema da Fig. 4 com a = 2,5 cm.
0,0 2,5 5,0 7,5 10,0 12,5 15,0
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
Absorbância
Tempo (min)
Figura 11. Sinais transientes em duplicata referentes a injeção de 0,40% (m/v) H
3
PO
3
via L
1
(pico à
esquerda) e L
2
(pico à direita) obtidos com o sistema da Fig. 4 com a = 5 cm.
Dissertação de Mestrado Resultados e Discussão
62
0,0 2,5 5,0 7,5 10,0 12,5 15,0
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
Absorbância
Tempo (min)
Figura 12. Sinais transientes em duplicata referentes a injeção de 0,40% (m/v) H
3
PO
3
via L
1
(pico à
esquerda) e L
2
(pico à direita) obtidos com o sistema da Fig. 4 com a = 10 cm.
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
Absorbância
Tempo (min)
Figura 13. Sinais transientes em duplicata referentes a injeção de 0,40% (m/v) H
3
PO
3
via L
1
(pico à
esquerda) e L
2
(pico à direita) obtidos com o sistema da Fig. 4 com a = 25 cm.
Dissertação de Mestrado Resultados e Discussão
63
0 5 10 15 20
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
Absorbância
Tempo (min)
Figura 14. Sinais transientes em duplicata referentes a injeção de 0,40% (m/v) H
3
PO
3
via L
1
(pico à
esquerda) e L
2
(pico à direita) obtidos com o sistema da Fig. 4 com a = 50 cm.
5.3.2 Avaliação do sistema FIA para determinação seqüencial
Após a otimização do comprimento do segmento a, fez–se o registro
de soluções analíticas 10,0 10
-4
% (m/v) P-PO
4
(Fig. 15 - a), 0,40% (m/v) de H
3
PO
3
(Fig.
15 - b) e 10,0 10
-4
% (m/v) P-PO
4
+ 0,40% (m/v) de H
3
PO
3
(Fig. 15 - c) com o objetivo de
testar o potencial desse sistema FIA para a determinação seqüencial proposta.
Observa-se na figura que as alturas dos sinais registrados do conjunto “c”, na ausência
de KMnO
4
(sinais menores), são semelhantes àquelas obtidas para o conjunto “a”, pois
refletem os mesmos teores de P-PO
4
. Já os sinais mais intensos do conjunto “c”
correspondem à soma das alturas médias do conjunto de “a” e “b”. Análise da figura
revela também que a diferença em altura dos picos do conjunto “c” é equivalente a
altura média dos picos do conjunto “b”. Em resumo, esses cálculos preliminares
reforçam fortemente que o sistema proposto tem potencial para medir conjuntamente
fosfito em presença de fosfato.
Dissertação de Mestrado Resultados e Discussão
64
0 20406080100
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
c
b
a
Absorbância
Tempo (min)
Figura 15. Sinais transientes obtidos com o sistema da Fig. 4 correspondestes a injeção (n=5) de
soluções analíticas contendo 10,0 10
-4
% (m/v) P-PO
4
(a), 0,40% (m/v) H
3
PO
3
(b) e 10,0 10
-4
% (m/v) P-
PO
4
+ 0,40% (m/v) H
3
PO
3
(c).
5.3.3 Avaliação da influência da variação da concentração de
permanganato de potássio na absorbância
Estudou-se a influência da variação de diferentes concentrações (1,0
10
-4
; 1,0 10
-3
e 1,0 10
-2
mol L
-1
em meio 1,0 mol L
-1
H
2
SO
4
) de permanganato de
potássio na absorbância. Para execução deste estudo, soluções analíticas de fosfito
0,05% a 0,40% (m/v) H
3
PO
3
foram injetadas no sistema FIA da Fig. 4. Pela análise da
Fig. 16, observa-se que variando a concentração de permanganato de potássio de 1,0
10
-4
mol L
-1
para 1,0 10
-3
mol L
-1
não houve aumento significativo nos sinais de
absorbância; o dobro no sinal de absorbância foi observado quando variou-se a
concentração de 1,0 10
-3
mol L
-1
para concentração superior. A análise da Fig. 17
mostra que maior sensibilidade foi encontrada para 1,0 10
-2
mol L
-1
, portanto foi esta
concentração definida para o reagente R
1
.
Dissertação de Mestrado Resultados e Discussão
65
0,000 0,002 0,004 0,006 0,008 0,010
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
c
b
a
Absorbância
Concentração KMnO
4
(mol L
-1
)
Figura 16. Influência da variação da concentração de permanganato de potássio na absorbância: 1,0 10
-
4
mol L
-1
KMnO
4
+ 1,0 mol L
-1
H
2
SO
4
(a); 1,0 10
-3
mol L
-1
KMnO
4
+ 1,0 mol L
-1
H
2
SO
4
(b); 1,0 10
-2
mol L
-1
KMnO
4
+ 1,0 mol L
-1
H
2
SO
4
(c).
0,00,10,20,30,4
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,0 10
-4
mol L
-1
1,0 10
-3
mol L
-1
1,0 10
-2
mol L
-1
Absorbância
Concentração H
3
PO
3
(%m/v)
Figura 17. Curvas analíticas para fosfito variando a concentração de permanganato de potássio.
Soluções analíticas: 0,05; 0,10; 0,20 e 0,40% (m/v) H
3
PO
3
.
Dissertação de Mestrado Resultados e Discussão
66
5.3.4 Avaliação da influência da variação da concentração de
molibdato de amônio na absorbância
A influência da variação da concentração de molibdato de amônio
(R
2
) na absorbância também foi investigada fazendo-se a injeção de soluções analíticas
de fosfito 0,05% a 0,40% (m/v) H
3
PO
3
em diferentes concentrações (2,5; 5,0 e 7,5%
m/v em meio 1,0 mol L
-1
H
2
SO
4
) de molibdato de amônio. Observa-se na Fig. 18 que
quando a concentração de molibdato variou de 2,5% para 5,0% a absorbância
aumentou de 0,153 para 0,210 e manteve-se praticamente constante para
concentração superior de molibdato. Levando-se em conta sensibilidade (Fig. 19) e
consumo de reagentes a solução R
2
foi selecionada como sendo 5,0% (m/v) para
continuar o trabalho.
2345678
0,15
0,18
0,21
c
b
a
Absorbância
Concentração (NH
4
)
6
Mo
7
O
24
(% m/v)
Figura 18. Influência da variação da concentração de molibdato de amônio na absorbância: 2,5% m/v
(NH
4
)
6
Mo
7
O
24
.4H
2
O + 1,0 mol L
-1
H
2
SO
4
(a); 5,0% m/v (NH
4
)
6
Mo
7
O
24
.4H
2
O + 1,0 mol L
-1
H
2
SO
4
(b); 7,5%
m/v (NH
4
)
6
Mo
7
O
24
.4H
2
O + 1,0 mol L
-1
H
2
SO
4
(c).
Dissertação de Mestrado Resultados e Discussão
67
0,00,10,20,30,4
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
2,5% (m/v)
5,0% (m/v)
7,5% (m/v)
Absorbância
Concentração HPO
3
2-
(% m/v)
Figura 19. Curvas analíticas para fosfito variando a concentração de molibdato de amônio. Soluções
analíticas: 0,05; 0,10; 0,20 e 0,40% (m/v) H
3
PO
3
.
5.3.5 Avaliação da influência da variação da concentração de ácido
ascórbico na absorbância
Para o estudo da influência da variação da concentração de ácido
ascórbico (R
3
) na absorbância diferentes concentrações 0,5%; 1,0% e 2,0% (m/v) foram
avaliadas. Para execução deste estudo, soluções analíticas de fosfito 0,05% a 0,40%
(m/v) H
3
PO
3
foram injetadas no sistema FIA da Fig. 4. A absorbância aumentou
significativamente quando variou-se a concentração de ácido ascórbico de 0,5% a
1,0%; o mesmo não foi observado para a concentração superior (Fig. 20). Assim,
levando-se em conta a sensibilidade da curva analítica (Fig. 21) e intensidade no sinal
de absorbância a concentração do reagente R
3
definida foi 1,0% (m/v) para dar
continuidade aos experimentos.
Dissertação de Mestrado Resultados e Discussão
68
0,00,51,01,52,0
0,10
0,15
0,20
0,25
c
b
a
Absorbância
Concentração ácido ascórbico (% m/v)
Figura 20. Influência da variação da concentração de ácido ascórbico na absorbância: 0,5% m/v ácido
ascórbico (a); 1,0% m/v ácido ascórbico (b); 2,0% m/v ácido ascórbico (c).
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
0,5% (m/v)
1,0% (m/v)
2,0% (m/v)
Absorbância
Concentração H
3
PO
3
(% m/v)
Figura 21. Curvas analíticas para fosfito variando a concentração de ácido ascórbico. Soluções
analíticas: 0,05; 0,10; 0,20 e 0,40% (m/v) H
3
PO
3
.
Dissertação de Mestrado Resultados e Discussão
69
5.3.6 Avaliação da influência da variação do volume injetado na
absorbância
Foi avaliada a influência da variação do volume injetado na
absorbância, fazendo-se a injeção das soluções analíticas de fosfito 0,05% a 0,40%
(m/v) H
3
PO
3
no sistema FIA da Fig. 4, utilizando três comprimentos (10, 20 e 40 cm) de
alça de amostragem que correspondem a 50, 100 e 200
PL, respectivamente. Como
pode ser observado quando o volume dobrou de V
1
para V
2
, a absorbância aumentou
proporcionalmente (Fig 22.). Porém, o mesmo não foi observado quando o volume
injetado foi de V
2
para V
3
, pois dobrou-se o volume, mas não se observou aumento
proporcional de absorbância (Fig 22.). Assim, levando-se em consideração a eficiência
do sistema e boa sensibilidade (Fig 23.) a alça de amostragem definida foi 20 cm de
comprimento que corresponde a 100
PL de volume injetado.
50 100 150 200
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
V
3
V
2
V
1
Absorbância
Volume injetado (PL)
Figura 22. Influência da variação do volume de amostra na absorbância: 50 PL (V
1
); 100 PL (V
2
); 200 PL
(V
3
).
Dissertação de Mestrado Resultados e Discussão
70
0,00,10,20,30,4
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
50 PL
100
PL
200
PL
Absorbância
Concentração H
3
PO
3
(% m/v)
Figura 23. Curvas analíticas para fosfito variando o volume de amostra injetado. Soluções analíticas:
0,05; 0,10; 0,20 e 0,40% (m/v) H
3
PO
3
.
5.3.7 Influência da concentração de fosfato na absorbância de fosfito
O estudo da influência da concentração de fosfato na absorbância de
fosfito foi feito para avaliar a tolerância do método em relação ao teor de fosfato
presente nas amostras uma vez que há a possibilidade de haver produtos preparados
exclusivamente ou parcialmente com fosfato e não fosfito. Para identificar a
concentração de fosfato que interfere na absorbância de fosfito, comparou-se a média
das alturas dos sinais transientes que continham solução analítica de P–PO
4
com a
média das alturas dos sinais transientes que continham solução analítica de fosfito. Os
resultados estão expressos em porcentagem de interferência da razão da concentração
de P-H
3
PO
3
pela P-PO
4
e representados na Tabela 2.
Tabela 2. Porcentagem de interferência da razão [fosfito] pela [fosfato].
[P-H
3
PO
3
]/ [P-PO
4
] Porcentagem de Interferência
0,756 100
1,51 100
3,02 100
6,04 100
Dissertação de Mestrado Resultados e Discussão
71
Pelos resultados mostrados na Tabela 2, estas são as razões da [P-
H
3
PO
3
] pela [P-PO
4
] que interferem na absorbância de fosfito. Assim, uma amostra de
fertilizante pode conter até aproximadamente 2,5% (m/m) P-PO
4
que não irá interferir
na quantificação de fosfito.
5.3.8 Estabilidade de fosfito nas soluções analíticas e amostra
O estudo para avaliar a estabilidade do fosfito em soluções analíticas
e na amostra de fertilizante foi feito para verificar se fosfito oxida a fosfato em tempo
relativamente curto. Sendo assim, após preparadas as soluções analíticas de 0,05 a
0,40% (m/v) H
3
PO
3
e feita a dissolução apropriada da amostra, estas foram injetadas
no sistema FIA da Fig. 4 e posteriormente armazenadas para serem processadas após
24, 48, 72 e 144 horas de armazenagem. Para avaliar se fosfito oxidou a fosfato nas
soluções analíticas com o passar das horas, comparou-se os coeficientes angulares
das equações da reta (Tabela 3); para amostra de fertilizante foram feitas análises
sucessivas de uma amostra dissolvida em água e o resultado obtido foi comparado com
o valor expresso no rótulo (28% m/m P
2
O
5
) do produto. Os resultados estão expressos
na Tabela 3.
Tabela 3. Resultados para verificar a estabilidade de fosfito
Equações da reta e coeficientes de correlação
linear (r
2
)
[Amostra] % m/m P
2
O
5
0 h y = 0,0209 + 1,92 10
–4
x 0,99846 28,7
24 h y = 0,00628 + 1,96 10
–4
x 0,99957 29,0
48 h y = 0,0148 + 2,29 10
–4
x 0,99916 28,4
72 h y = 0,00698 + 2,21 10
–4
x 0,99972 28,1
144 h y = 0,00700 + 2,09 10
–4
x 0,99984 29,2
Pelos resultados mostrados na Tabela 3, pode-se observar que os
coeficientes angulares das curvas analíticas foram próximos, ou seja, não houve perda
na sensibilidade analítica. Fosfito presente nas soluções analíticas 0,05 a 0,40% (m/v)
H
3
PO
3
não oxidaram significativamente até 144 horas após o seu preparo. O mesmo foi
Dissertação de Mestrado Resultados e Discussão
72
observado para a amostra de fertilizante, pois os valores encontrados foram próximos
ao valor especificado no rótulo, 28% (m/m) P
2
O
5
.
5.3.9 Avaliação das principais figuras de mérito
5.3.9.1 Curva analítica com soluções de fosfito e soluções
analíticas de referência para fosfato
Após todos os parâmetros terem sido estabelecidos, soluções
contendo 50 e 100 10
-4
% (m/v) de P–PO
4
que serviram como referência para monitorar
algum problema de interferência de fosfato e soluções analíticas de fosfito no intervalo
de 0,05 a 0,40% (m/v) H
3
PO
3
foram injetadas no sistema FIA para a construção da
curva analítica de calibração. Análise da Fig. 24 mostra que a relação entre
absorbância e concentração segue a Lei de Lambert-Beer, apresentando boa
linearidade (coeficiente de correlação linear r
2
= 0,99912). Os sinais transientes
correspondentes à curva analítica e estão representados na Fig. 25.
O limite de detecção é a menor medida de resposta para a
absorbância que pode ser detectada com certeza razoável, e pela curva analítica de
calibração foi possível avaliar os limite de detecção (L.O.D = 9,64 10
-4
% m/v H
3
PO
3
)
indicando que para amostras que possuírem acima do valor deste limite, o resultado
será confiável. Também foi possível calcular o limite de quantificação (L.O.Q. = 32,1 10
-
4
% m/v H
3
PO
3
).
Dissertação de Mestrado Resultados e Discussão
73
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
Absorbância
Concentração H
3
PO
3
(% m/v)
Figura 24. Curva analítica para fosfito. Soluções analíticas: 0,05; 0,10; 0,20 e 0,40% (m/v) H
3
PO
3
correspondentes a 433, 866, 1730 e 3462 (10
-4
% m/v) P
2
O
5
, respectivamente
.
0 20 40 60 80 100 120 140 160
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
Absorbância
Tempo (min)
Figura 25. Sinais transientes obtidos com o sistema da Fig. 4. Da esquerda para a direita os sinais
correspondem ao branco analítico e as soluções 50 mg L
-1
de P-PO
4
e 100 mg L
-1
de P-PO
4
(6 picos); e
os sinais em triplicata correspondem a: 0,05% (m/v) H
3
PO
3
; 0,10% (m/v) H
3
PO
3
; 0,20% (m/v) H
3
PO
3
e
0,40% (m/v) H
3
PO
3
, respectivamente
.
5.3.9.2 Precisão
A precisão do método foi avaliada pela injeção sucessiva (n=13) da
solução analítica de fosfito 0,10% (m/v) H
3
PO
3
(Fig. 26). Avaliação da precisão das
Dissertação de Mestrado Resultados e Discussão
74
medidas por meio de cálculo do desvio padrão relativo das mesmas, revela que o
sistema FIA proposto apresenta boa repetibilidade, com r.s.d.
d 3,6%.
0 10203040506070
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
Absorbância
Tempo (min)
Figura 26. Registro de sinais transientes obtidos com o sistema da Fig. 4 e correspondentes à solução
analítica de fosfito 0,10% (m/v) H
3
PO
3
injetada treze vezes sucessivamente.
5.3.9.3 Testes de adição e recuperação
Antes da análise das amostras, e para avaliar a exatidão do método
analítico, foram feitos testes de adição e recuperação de padrão. Esses testes foram
feitos em triplicata com amostra de fertilizante dissolvida em água de modo que cada
solução contivesse 2,0 g L sendo adicionado a cada solução: 1) 10,0 10 % (m/v) P-
PO , 2) 20,0 10 % (m/v) P-PO , 3) 0,05% (m/v)
-1 -4
4
-4
4
H
3
PO
3
, 4) 0,20% (m/v) H
3
PO
3
e 5)
0,05% (m/v) H
3
PO
3
+ 10,0 10 % (m/v) P-PO (Fig. 27). A análise da figura revela que o
conjunto “a” dos sinais transientes refere-se à amostra de fertilizante dissolvida cuja
altura corresponde ao teor de fósforo (fosfito). Portanto, os cálculos para verificar a
recuperação do analito
foram feitos por comparação das alturas entre os sinais
-4
4
transientes. Para os conjuntos “b” e “c” dos sinais transientes o teor de fósforo (fosfito) é
a subtração dos maiores sinais pelos menores sinais de absorbância; para os conjuntos
“d” e “e” o teor de fósforo (fosfito) é obtido por comparação do que foi adicionado
(concentrações dos padrões da curva analítica) com a altura da amostra dissolvida e
para o conjunto “f”, foi feito a subtração dos maiores sinais pelos menores sinais de
absorbância e o resultado foi comparado com altura do sinal transiente da amostra mais
Dissertação de Mestrado Resultados e Discussão
75
a altura da solução analítica (0,05% m/v H
3
PO
3
). Os resultados da recuperação do
padrão estão representados na Tabela 4.
0 20406080100
0,0
0,2
0,4
0,6
f
e
d
c
b
a
Absorbância
Tempo (min)
Figura 27. Sinais transientes obtidos com o sistema da Fig. 4 associados ao teste de adição e
recuperação. O conjunto a corresponde aos sinais transientes de uma amostra de fertilizante dissolvida
em água de modo a conter 2,0 g L
-1
; o conjunto b corresponde a amostra de fertilizante dissolvida em
água + 10,0 10 % (m/v)
-4
P-PO
4
; o conjunto c corresponde a amostra de fertilizante dissolvida em água +
20,0 10 % (m/v)
-4
P-PO
4
; o conjunto d corresponde a amostra de fertilizante dissolvida em água + 0,05%
(m/v) H
3
PO
3
; o conjunto e corresponde a amostra de fertilizante dissolvida em água + 0,20% (m/v)
H
3
PO
3
; o conjunto f corresponde a amostra de fertilizante dissolvida em água + 0,05% (m/v) H
3
PO
3
+ 10,0
10 % (m/v)
-4
P-PO
4
.
Tabela 4. Recuperação de fosfito.
Amostra dissolvida em água com adição de: Recuperação (%)
10,0 10
-4
% (m/v) P-PO
4
98
20,0 10
-4
% (m/v) P-PO
4
94
0,05% (m/v) H
3
PO
3
100
0,20% (m/v) H
3
PO
3
95
0,05% (m/v) H
3
PO
3
+ 10,0 10
-4
% (m/v) P-PO
4
99
Pelos resultados de recuperação do analito apresentados na Tabela
4, pode-se concluir que o sistema FIA apresenta boa exatidão, mas estudos
complementares de análise de amostras reais também foram feitos.
Dissertação de Mestrado Resultados e Discussão
76
5.3.9.4 Análise das amostras comerciais
A exatidão do método também foi avaliada pela análise de 8
amostras de fertilizantes líquidos comerciais injetadas em triplicata após simples
diluição em água. Os sinais transientes referentes às soluções analíticas de fosfito e as
amostras estão representados na Fig. 28. Os resultados obtidos foram concordantes
com amperometria em fluxo (Tabela 5). Aplicando-se o teste
F pôde-se concluir que
não houve diferença significativa entre as precisões para o nível de confiança de 95%;
e aplicando-se o teste
t concluiu-se que houve diferença significativa na exatidão entre
as médias dos resultados dos dois métodos apenas para 2 amostras ao nível de
confiança de 95%. Portanto, o sistema proposto pode ser uma alternativa simples para
a determinação de fosfito no controle de qualidade de amostras comerciais em curto
tempo e com baixo consumo de reagentes.
0 60 120 180 240
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
Absorbância
Tempo (min)
Figura 28. Sinais transientes obtidos com o sistema FIA da Fig. 4 para a determinação de fosfito e
fosfato. Os sinais da esquerda para a direita correspondem às absorbâncias obtidas em triplicata para
soluções analíticas (0,05 a 0,40% m/v H
3
PO
3
) seguidas de amostras de fertilizante, sendo os sinais
menores correspondentes ao teor de fosfato presente nas amostras e os sinais maiores correspondentes
ao teor de fosfito mais fosfato, ambos para a alça de amostragem de 20 cm de comprimento (100 μL).
Dissertação de Mestrado Resultados e Discussão
77
Tabela 5. Resultados comparativos (média r intervalo de confiança da média) da determinação por
injeção em fluxo de fosfito [% (m/m) P
2
O
5
] em fertilizantes líquidos.
Amostra P
*
Método proposto Amperometria
20
18,9
r 1,3 19,0 r 1,6
28
27,8
r 2,1 24,6 r 1,7
30
28,5
r 2,3 30,8 r 1,3
35
35,4
r 2,7 33,6r 2,7
40
40,4
r 3,2 39,5 r 2,4
20
19,5
r 1,5 19,1 r 1,2
28
30,2
r 2,3 24,8 r 1,1
28
29,8
r 2,6 27,2 r 1,8
*Valores fornecidos pelo fabricante e expressos em % (m/m) P
2
O
5
.
5.3.9.5 Velocidade analítica, consumo de reagentes e amostra
Para o cálculo da velocidade analítica fez-se o registro do sinal
transiente em alta velocidade a partir da solução analítica de fosfito 0,10% (m/v) H
3
PO
3
utilizando a alça de amostragem de 20 cm de comprimento. A Fig. 29 ilustra o sinal
transiente registrado em alta velocidade que possibilitou conhecer o tempo médio de
residência (T
r
= 1,25 minuto) e o tempo de limpeza (T
w
= 2,75 minutos) que foram
utilizados para estimar a freqüência analítica (f), admitindo 2% de “carryover” para o T
w
.
Portanto, a freqüência analítica estimada para o sistema de fluxos representado na Fig.
4 foi 15 determinações por hora o que corresponde a um consumo médio de 4,3 mg de
permanganato de potássio, 135 mg de molibdato de amônio, 27 mg de ácido ascórbico,
260 mg de ácido sulfúrico e 100
PL de amostra por determinação.
Dissertação de Mestrado Resultados e Discussão
78
01234
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
Absorbância
Tempo (min)
Figura 29. Ilustração de um sinal transiente registrado em alta velocidade com seus respectivos Tr e Tw.
5.3.9.6 Dispersão
A dispersão do sistema FIA da Fig. 4 também foi investigada. A Fig.
30 ilustra o registro dos sinais transientes da solução analítica 0,10% (m/v) H
3
PO
3
variando-se o comprimento da alça de amostragem no intervalo de 10 a 250 cm.
Observa-se um aumento do sinal transiente com o aumento da alça de amostragem,
indicando diminuição da dispersão da zona da amostra, para valores acima de 250 cm,
pois houve a formação de um patamar no sinal transiente, indicando uma situação
próxima a condição de volume infinito, ou seja, situação na qual não há dispersão. O
grau de dispersão foi avaliado através do coeficiente de dispersão (D).
Dissertação de Mestrado Resultados e Discussão
79
0123456
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
h
g
f
e
d
c
b
a
Absorbância
Tempo (min)
Figura 30. Sinais transientes obtidos com o sistema FIA da Fig. 4 a partir da solução analítica de fosfito
0,10% (m/v) H
3
PO
3
utilizando alças de amostragem 10 cm (a); 20 cm (b); 30 cm (c); 40 cm (d); 50 cm
(e); 70 cm (f); 160 cm (g) e 250cm (h).
Para o sistema FIA otimizado a alça de amostragem definida foi 20
cm, sendo o valor de coeficiente de dispersão (D) calculado igual a 3,4, indicando que
há dispersão média
45
para esse sistema de fluxos.
Uma expressão que relaciona o sinal obtido e o volume de amostra
injetado é dada por:
o
A
A
= 1 – 2
)(
5,0
V
V
na qual A é a absorbância, A
0
é a absorbância obtida em condições de volume infinito,
V é o volume injetado e V
0,5
é o volume injetado que proporciona um sinal de 50% do
sinal obtido em condições de volume infinito.
A obtenção de
V
0,5
foi feita a partir da relação
o
A
A
vs V
injetado
, o qual
está representado na Fig. 31. A análise da figura mostra que o valor de
V
0,5
encontrado
foi 193
PL e conhecendo o valor de V
0,5
foi possível estimar valores de absorbância
para diferentes volumes injetados. Para o sistema FIA otimizado e representado na Fig.
Dissertação de Mestrado Resultados e Discussão
80
3 o volume injetado é 100 PL, portanto o valor de absorbância estimado foi 0,240 sendo
concordante com o valor de absorbância da curva analítica de calibração. A expressão
que relaciona o sinal obtido e o volume de amostra injetado seria:
800,0
240,0
= 1 – 2
)(
193
100
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
0,25
0,50
0,75
1,00
V
0,5
= 193PL
A/A
0
V injetado (PL)
Figura 31. Gráfico de resposta do volume injetado sobre a razão A/A
0
para a solução analítica 0,10%
(m/v) H
3
PO
3
.
Após feito todos os estudos, as condições operacionais e as
características analíticas do método estão representadas na Tabela 6.
Dissertação de Mestrado Resultados e Discussão
81
Tabela 6. Características do método
Condições Operacionais
Comprimento de onda (O)
700 nm
Vazão:
Amostra (A)
Carregador (C)
Reagentes (R
1
, R
2
, R
3
, R
4
)
3,0 mL min
-1
0,9 mL min
-1
0,9 mL min
-1
Comprimento Bobinas (B
1
, B
2
, B
3
) 50, 30, 100 cm
Soluções Analíticas 0,05 – 0,40% (m/v) H
3
PO
3
Quantidade de Amostra
100
PL
Características Analíticas
Relação entre A vs [H
3
PO
3
] A
700 nm
= 0,0182 + 1,86585 [H
3
PO
3
]
Coeficiente de correlação linear (r
2
) 0,99912
Limite de detecção (L.O.D.) 9,64 10
-4
% m/v H
3
PO
3
Limite de quantificação (L.O.Q.) 32,1 10
-4
% m/v H
3
PO
3
r.s.d.
d 3,6%
Velocidade Analítica 15 determinações/hora
Consumo dos reagentes/medida
Permanganato de potássio 4,3 mg
Molibdato de amônio 135 mg
Ácido ascórbico 27 mg
Ácido sulfúrico 260 mg
Dissertação de Mestrado Tratamento de Resíduos 82
6. TRATAMENTO DOS RESÍDUOS
Todos os procedimentos descritos a seguir foram conduzidos em capela de boa
exaustão e empregando-se equipamentos de proteção individual (avental, luvas e
óculos de segurança). A soluções de ácido sulfúrico foram neutralizadas com NaOH.
Utilizou-se papel indicador para controlar tal neutralização. Em seguida, a solução final
foi descartada lentamente na pia sob água corrente em abundância. Os agentes
oxidantes (permanganatos e molibdatos) foram reduzidos por hipossulfito de sódio; o
excesso de hipossulfito foi destruído com H
2
O
2
e foi diluído a 3% e descartado em
tambores apropriados que se encontram no Depósito de Resíduos do IQAr, de onde faz
a destinação final dos resíduos gerados nesta unidade.
Dissertação de Mestrado Conclusão 83
7. CONCLUSÃO
O método analítico proposto é o primeiro método disponível que permite
determinar fosfito em amostras de fertilizante na presença de fosfato sem interferência.
A limitação do método será para amostras que contiverem teores de fosfato
acima de 2,5% (m/m) P-PO
4
.
A adição intermitente de reagente permitiu determinar fosfito e fosfato
seqüencialmente, ou seja, sem a troca manual do oxidante pela solução ácida de ácido
sulfúrico, para determinar fosfato
75
.
A dissolução direta das amostras comerciais em H
2
O permitiu que estas sejam
analisadas diretamente por espectrofotometria.
O método apresenta-se prático, rápido, de baixo custo relativo e pode ser uma
alternativa para a determinação de fosfito e fosfato em laboratório de controle de
qualidade.
Dissertação de Mestrado Referências 84
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