Universidade Federal de São João del Rei – Campus Alto Paraopeba
Prática 1 Preparo de Curvas Analíticas
Mayara Sousa – 0845057-9 Nádia Alves Alves Nery Nery Balbino Balbino – 084506 0845062-5 2-5
Relatório apresentado à professora Ana Maria de Oliveira como uma das exigências da disciplina Análise Instrumental.
Ouro Branco Março de 2011
Preparo de curvas analíticas 1. Resumo A prática consistiu no preparo de curvas analíticas para a determinação da concentração de amostras de permanganato de potássio. Para isso, realizou-se a padronização externa, a padronização interna e o método da adição de padrão. Com a equação da reta gerada pelo gráfico, C versus A, pode-se então calcular a concentração da amostra desconhecida. Erros de cálculo no início da marcha analítica comprometeram a realização dos métodos, limitando sua exatidão. Os resultados não foram satisfatório, pois os métodos apresentaram limitações que ficaram ainda mais agravadas devido aos erros.
2. Introdução Os três tipos mais comuns de calibração de métodos analíticos incluem a padronização externa, o método da adição de padrão e a padronização interna [1]. Para tanto se utilizam curvas de calibração, que representam a relação entre a concentração dos padrões utilizados e/ou a absorbância ou a transmitância medidas. O sucesso de uma curva de calibração depende da exatidão com que são conhecidas as concentrações dos padrões e quão próxima a matriz dos padrões está da matriz das amostras a serem analisadas [1,2]. O método de padronização externa utiliza soluções de concentrações conhecidas preparadas a partir de um padrão, que são introduzidos no instrumento e assim registra-se a resposta instrumental. Os dados resultantes são colocados em um gráfico com a resposta do instrumento versus a concentração do analito. Utilizando este gráfico ou a equação da curva resultante, pode-se calcular a concentração da substância na amostra [1,3]. A padronização interna consiste na preparação das soluções padrão de concentrações conhecidas da substância de interesse, às quais se adiciona a mesma quantidade conhecida de um composto chamado padrão interno. A amostra também é analisada após a adição da mesma quantidade conhecida do padrão interno. A substância usada como padrão interno deve ser similar à substância a ser quantificada, não reagir com a substância ou outro componente da matriz e não fazer parte da amostra. A calibração envolve colocar em um gráfico a razão entre o sinal do analito e o sinal do padrão interno em função da concentração do analito nos padrões. Essa razão para as amostras é então usada para obter as concentrações de analito a partir da curva de calibração [1,3].
O método da adição padrão consiste na adição de quantidades conhecidas de uma solução-padrão a alíquotas da amostra de mesmo volume. Cada solução é então diluída a um volume fixo antes da medida. As medidas são realizadas com a amostra original e depois com a amostra mais o padrão, após cada adição. Constrói-se uma curva analítica relacionando as quantidades da substância adicionada às amostras com as respectivas medidas obtidas [1,2].
3. Objetivos Preparar curvas analíticas por diferentes métodos e comparar o resultado obtido entre eles.
4. Materiais, Métodos e Instrumentos 4.1. Materiais e Reagentes •
Permanganato de potássio Reagentes Analíticos Dinâmica;
•
Dicromato de potássio VETEC;
•
Permanganato de potássio para uso adulto e pediátrico FARMAX;
•
Balão volumétrico de 100 mL;
•
Balão volumétrico de 1L;
•
Espátula;
•
Béquer de 100 mL;
•
Bastão de vidro;
•
Pipetas volumétricas de 5 mL;
•
Pipeta graduada de 10 mL;
•
Pipeta automática de 200 µL Digipet;
4.2. Instrumentos: •
Balança Analítica Bioprecisa FA-2104N;
•
Espectofotômetro Biospectro SP 220.
4.3. Metodologia Inicialmente foram dissolvidos 0,1057 g de permanganato de potássio em 100 mL de água destilada e em seguida foram transferidos para um balão volumétrico de 1L e completou-se o volume com água destilada.
•
Padronização externa
Preparou-se 50 mL de uma solução estoque de permanganato de potássio 0,0006 mol L-1 calculou-se os volumes necessários desta solução para a preparação das soluções padrões com concentrações de 1,2 × 10-5 mol L-1; 2,4 × 10 -5; 4,8 × 10 -5 mol L-1; 7,2 × 10 -5 mol L-1 e 1,2 × 10-4 mol L-1 em balões volumétricos de 100 mL. Esses volumes de solução estoque foram adicionados a cinco balões volumétricos de 100 mL e aferidos com água. Em seguida, pipetou-se 4 mL da solução de permanganato de potássio preparada inicialmente, que foram transferidas para um balão volumétrico de 100 mL completandoo com água para a diluição. Então a amostra foi comparada visualmente para a identificação da concentração aproximada pela tonalidade. As soluções padrões foram colocadas no fotômetro e então foi realizada a leitura das suas transmitâncias e absorbâncias, a partir desses valores construiu-se uma curva analítica A× Conc. Em seguida, a solução diluída de permanganato de potássio foi colocada no fotômetro para a leitura da transmitância, e então, foi calculada a concentração da amostra.
•
Padronização interna
Foram preparadas as mesmas soluções padrões da padronização externa, mas antes da aferição das soluções adicionou-se a cada balão volumétrico 4 mL de solução de dicromato de potássio 0,0005 mol L -1. As soluções estoque de permanganato e de cromato foram colocadas separadamente no fotômetro e a leitura das absorbâncias e transmitâncias foi feitas. Então se construiu a curva analítica com padronização interna. Em seguida, pipetou-se 4 mL da solução de permanganato de potássio preparada inicialmente, que foram transferidas para um balão volumétrico de 100 mL e adicionou-se 8 mL de solução de dicromato de potássio 0,0005 mol L -1 e completou o volume com água. A leitura foi realizada e determinou-se a concentração da amostra.
•
Adição de padrão
Transferiu-se 5 mL da solução de permanganato de potássio diluída para um béquer e agitou. A absorbância foi medida no fotômetro no pico máximo de absorção do permanganato de potássio. Transferiu-se novamente 5 mL da solução de permanganato diluída para um béquer, adicionou-se 100 μL de solução estoque de permanganato de potássio 0,0006 mol L-1. Agitou-se e leu-se no fotômetro a absorbância e transmitância a
525 nm. Repetiu-se esse mesmo procedimento com a adição de 150 μL e depois 200 μL e fez-se as leituras. A concentração de permanganato na amostra foi determinada por extrapolação da curva de adição de padrão.
5. Resultados e discussão Com a metodologia utilizada os resultados podem ser descritos através de um gráfico, ao qual temos uma curva analítica, representada por uma equação. Apresentam-se os valores obtidos no espectrofotômetro em uma tabela e posteriormente será gerado o gráfico conforme os dados experimentais. Inicialmente foi preparada uma solução com uma amostra de permanganato de potássio para uso adulto e pediátrico. A amostra foi pesada, e a massa medida foi:
Através de uma regra de três simples calculou-se o valor da massa em mols:
O volume da solução preparada foi:
A concentração da amostra foi obtida através da fórmula apresentada abaixo: (1)
A partir dessa solução, prepararam-se as amostras em que os métodos analíticos foram aplicados para a determinação da concentração.
5.1. Padronização externa A padronização externa foi realizada para a determinação da concentração de uma amostra de permanganato de potássio utilizando-se uma curva analítica. Para a construção desta foram preparadas cinco soluções padrão. As absorbâncias e transmitâncias dessas soluções foram medidas a 525 nm, que é o comprimento de onda em que o pico de absorbância do permanganato de potássio é máximo. Para a preparação das soluções padrão foi feita uma solução estoque de permanganato de potássio 0,0006 mol L -1. Devido a erros de cálculo durante a realização da prática a massa pesada,
g, foi aproximadamente dez vezes superior a
necessária, o que levou a erros na concentração encontrada justificando, assim, a
diferença do valor esperado. Para minimizar os erros nos resultados, os volumes dos padrões foram multiplicados por 9,89. Cada amostra foi colocada no fotômetro e foi feita a leitura das absorbâncias e das transmitâncias. As transmitâncias também foram calculadas pela lei de Beer a fim de uma comparação com a leitura realizada no equipamento. A Transmitância pode ser calculada através da lei de Beer: (2) Onde: A = Absorbância. T = Transmitância. Para a primeira solução:
As medidas da absorbância e transmitância de cada padrão, assim como os volumes necessários para sua preparação, suas respectivas concentrações e os valores das transmitâncias calculadas a partir da lei de Beer (equação 2) são apresentadas na Tabela 1. As transmitâncias foram calculadas com os valores de absorbância obtidos pelo fotômetro.
Tabela 1: Concentração das soluções padrão, volume da solução estoque gasto, Absorbância e transmitâncias medida e calculada. Solução padrão de KMnO4
Concentração das soluções padrão
Volume de solução estoque(L)
Absorbância a 525 nm
Transmitância (%) Medida
Calculada
1
0,217
60,3
60,7
2
0,448
35,7
35,6
3
0,922
12,0
12,0
4
1,363
4,30
4,33
5
1.931
1,20
1,17
Os volumes necessários para a preparação de cada alíquota foram calculados da seguinte forma: (3)
Onde: = Concentração da solução estoque de permanganato de potássio = Volume a ser determinado (alíquota) = Concentração da alíquota = Volume da solução padrão Para a primeira alíquota tem-se:
Os demais valores foram apresentados na Tabela 1. A transmitância e a absorbância da amostra de concentração desconhecida foi medido no fotômetro, tendo os seguintes valores:
De acordo com a Lei de Beer:
Com os dados de Absorbâncias (A) e com as concentrações (C) das soluções padrão foi construída a curva analítica, apresentada na Figura 1:
Figura 1: Curva analítica obtida a partir da padronização externa.
A concentração da amostra foi calculada a partir da equação da reta obtida na curva analítica (1):
Onde:
Substituindo o valor da absorbância da amostra, temos:
Pelo
método
de
mínimos
quadrados
obteve-se
a
equação
da
com o quadrado do coeficiente de correlação A concentração encontrada,
reta
[2].
, é a concentração de 4 mL da
amostra diluída em 100 mL de água. Pela equação (3) calculou-se a concentração da amostra original,
, multiplicou-se a concentração pela
massa molar do permanganato de potássio obtendo assim a concentração em
,
, como a solução foi preparada em 1L temos que a massa de permanganato de potássio presente na amostra é igual a:
Pode-se perceber que o cálculo da concentração da amostra na padronização externa, a partir da equação linear da reta de tendência em relação á curva de absorbância em função da concentração, mostrou-se negativo. Tal resultado pode ser explicado pela ampla margem de erro existente quando se utiliza a equação da reta de tendência. Como ela é uma equação generalizada do gráfico, essa não satisfaz todos os pontos do gráfico, gerando-se assim algumas discrepâncias nos resultados obtidos. A padronização externa se mostra eficiente para matrizes não complexas, isto é, que não apresente efeitos de matriz. Sendo assim, devido à presença de interferentes no analito o método não foi satisfatório.
5.2. Padronização Interna Na padronização interna a calibração envolve colocar em um gráfico a razão entre o sinal do analito e o sinal do padrão interno em função da concentração do analito nos
padrões. Essa razão para as amostra é então usada para obter as concentrações de analito a partir da curva de calibração [1]. Um padrão interno é uma quantidade conhecida de um composto, diferente do analito, que é adicionada à amostra desconhecida. Padrões internos são úteis quando a quantidade de amostra analisada não é reprodutível, quando a resposta do instrumento varia de análise para análise ou quando perdas de amostras ocorrem durante o preparo da amostra [4]. O padrão interno utilizado foi o dicromato de potássio, K 2Cr 2O7, por ser física e quimicamente similar ao analito, assim ele interage com os interferentes da matriz e minimiza seus efeitos na resposta [5]. Para a construção da curva analítica foram preparadas soluções padrões iguais as preparadas na padronização externa, porém antes das leituras adicionou-se um volume conhecido,
, de dicromato de potássio
, que é o padrão
interno. As leituras foram realizadas a 370 nm para o dicromato de potássio e a 525 nm para o permanganato de potássio. Os valores das medidas dos padrões, assim como os da amostra são apresentados na Tabela 2.
Tabela 2: Determinação das absorbâncias e transmitâncias dos padrões a 370 nm e 525 nm.
Solução
Concentração
padrão
da solução
Absorbância
Absorbância
Razões das
Transmitância
Transmitância
de
padrão (
(K 2Cr2O7)
(KMnO4)
absorbâncias
(K 2Cr2O7) (%)
(KMnO4) (%)
KMnO4
KMnO4/K 2Cr2O7
1
0,212
0,283
1,335
61,6
52,1
2
0,283
0,530
1,873
52,3
29,5
3
0,444
1,037
2,336
36,0
9,20
4
0,598
1,398
2,334
25,3
4,00
5
0,906
1,979
2,184
12,5
1,00
Amostra
0,206
0,059
0,286
62,3
87,1
As transmitâncias foram novamente calculadas a partir da lei de Beer, pela equação (2). Os valores encontrados estão mostrados na Tabela 3.
Tabela 3: Transmitâncias calculadas a partir da lei de Beer. Concentração da solução padrão (
Amostra
Transmitância (K 2Cr2O7)
Transmitância (KMnO4)
(%)
(%)
61,4
52,1
52,1
29,5
36,0
9,2
25,2
4,0
12,4
1,0
62,2
87,3
Com as razões das Absorbâncias (A) e com as concentrações (C) das soluções padrão foi construída a curva analítica , C versus A, apresentada na Figura 2:
Figura 2: Curva analítica obtida a partir para padronização interna. A concentração da amostra foi calculada a partir da equação da reta obtida na curva analítica (1): (4) Onde:
Substituindo o valor da absorbância da amostra, temos:
A concentração encontrada,
, é a concentração de 4 mL da
amostra diluída em 100 mL de água. Pela equação (3) calculou-se a concentração da amostra original,
, multiplicou-se a concentração pela massa
molar do permanganato de potássio obtendo assim a concentração em
,
, como a solução foi preparada em 1L temos que a massa de permanganato de potássio presente na amostra é igual a:
Pelo
método
de
mínimos
quadrados
obteve-se
a
equação
com o quadrado do coeficiente de correlação
da
reta
, que é
um valor muito baixo para esse parâmetro, pois por ser uma reta deveria ser próximo a 1. Quando o quadrado do coeficiente de correlação é igual a 1, a correlação é dita perfeita. Quanto mais próxima de zero for o valor do coeficiente de correlação menor será a indicação de que as variáveis estejam correlacionadas linearmente [4]. Comparando os resultados obtidos pelos dois métodos já descritos, observou-se que eles apresentam grande diferença, o que não era esperado pois foram realizados a partir da mesma amostra. Esse método é limitado, pois existe uma grande dificuldade de encontrar uma substância adequada para servir com padrão interno. Porém, quando bem empregado esse método pode compensar efeitos de matriz, desvios decorrentes da preparação da amostra, além de erros aleatórios e sistemáticos [1,5].
5.3. Adição de padrão Na adição de padrão, quantidades conhecidas de analito são adicionadas à amostra desconhecida. A partir do aumento do sinal, deduzimos quanto de analito estava presente na amostra original. Este método requer uma resposta linear para o analito. [4] Na adição de padrão a curva analítica foi construída relacionando o volume de solução estoque de permanganato de potássio 0,0006
adicionada a amostra e as
respectivas absorbâncias medidas. A leitura no fotômetro foi novamente realizada a 525 nm, por ser o pico máximo de absorção do permanganato de potássio. As transmitâncias foram calculadas de acordo com a lei de Beer, pela equação (2). A Tabela 4 mostra a quantidade de solução estoque adicionada, suas medidas (transmitância e absorbância) e as transmitâncias calculadas.
Tabela 4. Volumes das soluções estoque e da amostra, medidas das absorbâncias e das transmitâncias lidas e calculadas para o método adição de padrão. Volume de solução estoque adicionada (µL)
Concentração da solução estoque adicionada
Amostra 1
0,00
Amostra 2
Transmitânci a medida (%)
Trasmitância calculada (%)
Absorbância
0,00
87,1
87,1
0,060
100
1,18 x 10 -5
80,3
80,2
0,096
Amostra 3
150
1,75 x 10 -5
78,8
78,7
0,104
Amostra 4
200
2,31 x 10 -5
75,2
75,2
0,124
(
)
A curva analítica, Concentração de padrão adicionado (V) versus Absorbância (A), foi construída com valores apresentados na Tabela 4.
A concentração desconhecida da amostra foi então calculada a partir da extrapolação da
curva
analítica
da
adição
de
padrão.
, com coeficiente de correlação
A
equação
obtida
. Fazendo
foi na
equação da reta, obteve-se a concentração de permanganato na amostra, cujo valor é . A concentração encontrada,
, é a concentração de 4 mL da
amostra diluída em 100 mL de água. Pela equação (3) calculou-se a concentração da amostra original, , multiplicou-se a concentração pela massa molar do permanganato de
potássio
obtendo
assim
a
concentração
em
,
, como a solução foi preparada em 1L temos que a massa de permanganato de potássio presente na amostra é igual a:
O método da adição de padrão tem por vantagem a compensação de efeitos de matriz, que causam interferências nos resultados, pois a matriz da amostra permanece quase inalterada após cada adição, a única diferença é a concentração do analito, sendo assim, esse método é útil para análises de amostras nas quais a probabilidade de efeitos de matriz é alta [1]. A análise quantitativa em espectrofotometria é realizada através da medida da absorbância, a qual se relaciona linearmente com a concentração dentro de uma faixa de concentração, seguindo a lei de Beer. Esta mesma lei diz que deve haver uma relação linear entre a concentração e a absorbância. Esta linearidade vale dentro de certos limites, pois a partir de certa concentração deixa de haver proporcionalidade entre concentração e absorbância [7]. A presença de possíveis erros deve ser considerada, pois estes erros podem contribuir significativamente na alteração dos resultados obtidos. O erro cometido durante a realização da prática foi de origem sistemática pessoal. Os erros sistemáticos são erros que nas mesmas circunstâncias distorcem todas as medições sempre num dado sentido (ou para mais ou para menos) em relação ao seu verdadeiro valor. As suas causas residem em deficiências [6]: – de instrumentos de medição e reagentes – erros instrumentais; – do método usado – erros de método; – da atuação do próprio operador – erros pessoais.
6. Conclusão Através dos dados coletados, plotagem de gráficos e de cálculos, foi definida a concentração da amostra desconhecida pelos métodos de padronização externa e interna e por adição de padrão. O método da adição de padrão se mostrou mais eficaz no cálculo da concentração, por as medidas serem feitas na mesma amostra, e por ter os efeitos de matriz minimizados.
Os erros existentes, mas consideráveis nos resultados, devem-se a erros sistemáticos pessoais gerando resultados diferentes dos esperados.
7. Referências Bibliográficas [1] SKOOG, D.A.; HOLLER, F.J.; NIEMAN, T.A. Princípios de Análise Instrumental. 5a Ed. Bookman, 2002.
[2] http://www.ebah.com.br/metodo-de-adicao-de-padrao-doc-a56622.html. Acesso em 24/03/2011. [3] http://www.scielo.br/scielo.php?pid=S0100-0422004000500017&script=sci_arttext. Acesso em 24/03/2011. [4] HARRIS, C.D. Análise Química Quantitativa . 6ª edição, Rio de Janeiro: Editora LTC, 2005. 876 p. [5] SKOOG, D.A.; WEST, D.M.; HOLLER, F.J.; CROUCH, S.R. Fundamentos de
Química Analítica . 8ª edição, São Paulo: Thomson, 2007. 999 p. [6] http://pointer.esalq.usp.br/departamentos/leb/aulas/lce5702/PE_erros.pdf. Acesso em 27/03/2011. [7]
http://www.ebah.com.br/curva-de-calibracao-doc-a87176.html.
29/03/2011.
Acesso
em
