Quantificação de metais e arsênio em aerossóis grossos, finos, ultrafinos e nanoparticulados por ICP-OES em ar ambiente e emissões veiculares de motores operando com diesel/biodiesel

Na frota automotiva nacional, veículos movidos a diesel e biodiesel são utilizados em larga e pequena escala, respectivamente, fazendo com que haja uma preocupação com os gases da exaustão provenientes destes motores. Ao ser fabricado, o veículo passa por testes rigorosos das emissões gasosas, segundo as regras do PROCONVE. Porém, estes testes regulam apenas as substâncias químicas contidas na legislação vigente, cujos riscos à saúde humana e ao meio ambiente são conhecidos. Portanto, conhecer o maior número de componentes ainda não contemplados pela legislação, em especial metais no material particulado, é de suma importância para subsidiar futuras alterações e inclusões na lista de componentes regulados. De acordo com o tamanho das partículas do material particulado, podendo chegar a escalas nanométricas, a inalação deste material pode causar lesões graves no organismo, pois têm a capacidade de atingir órgãos internos. O estudo é baseado na amostragem do material particulado proveniente dos gases de motores alimentados com diesel e/ou biodiesel em diferentes proporções de combustível e ar ambiente com impactador em cascata; determinando metais e arsênio na atmosfera de diferentes localidades do estado do Rio de Janeiro e no material particulado dos gases de escape de motores de ônibus/caminhão (EURO III), por intermédio de abertura ácida do material coletado e da técnica analítica ICP-OES. Os resultados obtidos para motor EURO III variaram de 100 a 10000 ng m-3, com a redução de emissão conforme adição de biodiesel no diesel sendo comprovada. Porém, em todas as proporções de combustíveis empregadas, houve grande incidência de emissão de partículas em escala manométrica, sendo esse comportamento também observado nas amostragens em ar ambiente. Neste caso, teores de 1,0 a 45,0 ng m-3 evidenciaram Caxias e Madureira como locais mais poluídos dos amostrados. Ni é o metal que possui situação mais alarmante, pois em todos os tamanhos de partícula e locais amostrados, os teores deste elemento foram superiores ao permitido pela legislação internacional. A análise estatística multivariada propôs que os combustíveis B10 e B15 são quimicamente semelhantes, enquanto B5 e B20 sofrem fortes alterações no decorrer de sua combustão e a correlação de Pearson mostrou em ar ambiente, que locais com níveis próximos de poluição apresentaram similaridade nos resultados, a qualidade do ar de Madureira é afetado predominantemente pela construção civil e tráfego, a presença da Baía de Guanabara ao redor da Cidade Universitária influencia nas emissões, a refinaria em Caxias é responsável por emissões importantes de metais e no Parque Nacional de Itatiaia , ao contrário de que se supunha, não está totalmente livre de poluição

ICP-OES的悬浮进样方式及ICP-MS的碰撞/反应池技术的研究与应用

本论文分为两部分：1. 综述部分（第一章和第二章），评述了悬浮进样方式在电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-OES）中的研究与应用；电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）中碰撞/反应池技术研究的新进展。2. 实验部分（第三章至第九章），内容包括针对不同性质的样品悬浮液选择适当的稳定剂和悬浮雾化ICP-OES的校准方法研究；以混合碰撞/反应气体解决难度较大的高纯氧化钕中稀土杂质测定的干扰问题；以及浊点萃取-石墨炉原子吸收法测定环境样品中痕量镉、氢化物发生-原子荧光光谱法测定铅基合金中砷和植物样品中锗等实用性强的分析方法研究。 ICP的传统进样方式是将样品转化成水溶液形式，以溶液方式进样。然而大多数样品是以固态形式存在，许多样品相当难溶或难熔。采用直接固体进样方法对这些样品进行分析，是分析工作者追求的目标之一。悬浮液进样是一种固体直接进样方法，除了具有其它固体进样技术的优点外，其最大优点是可以像溶液雾化一样用标准水溶液校准。本研究针对实际分析工作中遇到的具体样品，对悬浮进样ICP-OES技术进行了比较深入的研究，成功解决了样品处理繁琐和样品难以处理等困难。对特殊地质样品和激光晶体材料（Nd:YAG）的悬浮进样分析进行了探索。主要工作为：①建立分析地质样品中主量和微量元素的方法，标准水溶液可以成功地用于校准。优点是可以同时对地质样品中的Si和其它元素进行分析，避免了传统分析时需分别处理样品的麻烦。②探索了分析铌钽矿中铌和钽的应用。由于铌和钽具有强抗化学腐蚀性，所以溶液进样分析时样品处理过程复杂。结果表明，以标准水溶液校准时，只要样品研磨时间延长至5 h，即可获得悬浮进样的满意的回收率。③研究了分析掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG)中钕掺杂量的可行性。研究表明，加入适量聚丙烯酸作分散剂并调节pH为6，可以得到稳定悬浮液；以通用标准加入法（GSAM）校准可以得到满意的结果。 我国的稀土资源占世界的80％以上，高纯稀土氧化物是高科技领域中的重要材料。碰撞/反应池技术是目前四极杆ICP-MS消除干扰的先进技术，可以选择性地减少某些基体干扰，使背景和检测限得到显著的改进。本实验选择氧化钕（有7个同位素）作为研究对象，采用碰撞/反应池技术重点解决四极杆ICP-MS方法对高纯Nd2O3中稀土杂质进行测定时，基体Nd对Tb、Dy和Ho严重的氧化物或氢氧化物干扰难题。研究结果如下：①在四极杆高分辨率模式下，可以消除Nd对Pr的相邻峰的拖尾干扰；②采用碰撞/反应池技术，设计了10% O2-10% Ar-80% He混合气体作为碰撞/反应气，将Tb、Dy和Ho分别转化为相应的氧化物离子进行测定，成功地消除了基体Nd对Ho的干扰；Nd对Tb和Dy造成干扰的表观浓度显著降低。本方法可直接测定纯度为6N的高纯Nd2O3中的Ho；对纯度为6N的高纯Nd2O3中的Tb和Dy进行扣除，可以分析纯度达5N的高纯Nd2O3中的Tb和Dy。与文献报道的其它消除基体Nd干扰的方法相比较，此方法能够对纯度更高的Nd2O3进行直接分析，且操作简便。此方法也可进一步拓宽，有望解决其它轻稀土氧化物对中重稀土检测的质谱干扰问题。 论文的7～9章的工作包括：浊点萃取-GFAAS测定环境样品中痕量镉、HG-AFS分析铅基合金中砷和植物样品中锗的研究。针对实际分析工作中的具体困难，以上工作分别解决了分析元素含量低、测定干扰严重及样品处理的问题，建立了实用性强、准确度高的分析方法，具有实际应用价值。

ICP-OES测定浮游有孔虫的Mg/Ca比值及其在SST分析中的应用

海洋是驱动大气环流的主要“引擎”，海表温度（SST）又是揭示海洋环境变化的重要参数。利用有孔虫Mg/Ca比值恢复SST具有较高精密度，是目前恢复SST较成功的方法之一。本论文旨在建立一套有效的有孔虫清洗方法和ICP-OES测试有孔虫Mg/Ca比值的分析方法。 文中分析了53份西菲律宾海区(N18°40.23′，E135°37.11′；水深3225m)表层沉积物中浮游有孔虫Globigerinoides ruber（白色）Mg/Ca比值。结合本研究区的特点，文中使用的清洗方法是有孔虫Mg/Ca比值测试常用的“Mg”清洗方法，主要是由以下步骤构成：①用超纯水和甲醇在超声波水浴中清洗，②显微镜下剔除深色硅酸盐颗粒，③用氧化试剂去除有机质(加入30%H2O2和0.1M NaOH溶液在90℃左右的沸水浴中加热)，④酸洗(250μl 0.001N HNO3 超声波水浴中清洗10S)。清洗干净的样品经超纯硝酸溶解成溶液后，利用电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)对其进行Mg/Ca比值的分析测试。仪器操作条件如下：辅助气流量（Ar）为0.5L/min（0.5L/min-1.5L/min），雾化器压力为0.2Mpa（0-0.4Mpa），泵速为20rpm（0-125rpm），高频输出功率（RF）为1150W（750W-1500W），火焰高度为15.5mm（8-21mm），通过多次重复测量一组Mg/Ca=3.333mmol/mol的标准溶液，其Mg/Ca短期精密度<0.5%,长期精密度为1%。53份样品之间Mg/Ca比值的RSD为2.7%，利用Lea(2000)建立的太平洋地区浮游有孔虫G. ruber(白色)的Mg/Ca与SST的校正公式:Mg/Ca(mmol/mol) ＝0.30exp[0.089×SST(℃)]，得到本研究区的SST为28℃±0.3℃。

Elemental analysis of nuts and seeds by axially viewed ICP OES

A method for the multi-elemental determination of metals (Al, Ba, Ca, Cu, Fe, K, Mg, Mn, Sr and Zn), metalloids (B and Si), and non-metals (Cl, P and 5) in the babassu nut and mesocarp, sapucaia nut, coconut pulp, cupuassu pulp and seed, and cashew nut by axially viewed inductively coupled plasma optical emission spectrometry is presented. A diluted oxidant mixture (2 ml HNO(3) + 1 ml H(2)O(2) + 3 ml H(2)O) was used to achieve the complete decomposition of the organic matrix in a closed-vessel microwave oven. The accuracy of the entire proposed method was confirmed by standard reference material analysis (peach leaves-NIST SRM1547). The certified values showed a good agreement at a 95% confidence limit (Student`s t-test). The average RSD for repeatability of calibration solutions measurements were in the range of 1.1-6.7%. Limits of quantification (LOQ = 10 x LOD) were in the level of 0.00072-0.0532 mg/l. The macro and micronutrient ranges in the different nuts and seeds did not exceed the dietary reference intake (DRI), except for Mn in the babassu nut. (C) 2010 Published by Elsevier Ltd.

Determinação de elementos traço em amostras ambientais por ICP OES

Neste trabalho é avaliada a aplicação da técnica de ICP OES (Espectrometria de Emissão com Plasma Indutivamente Acoplado) para a determinação de elementos traço em amostras ambientais. Foram investigados os comportamentos de As, Ba, Cd, Co, Cu, Cr, Mn, Ni, Pb, V e Zn, utilizando-se espectrômetro com vista de observação axial/radial do plasma e sistema de detecção baseado em dispositivos de carga acoplada (CCD). No presente estudo, foi avaliado o desempenho dos nebulizadores pneumáticos do tipo concêntrico (Meinhard), “cross flow” e GemCone® acoplados às câmaras de nebulização de duplo passo (Scott) e ciclônica, bem como do nebulizador ultra-sônico para a introdução de amostras no plasma. Investigou-se a robustez do plasma, potência de radiofreqüência (RF), vazão dos gases de nebulização e auxiliar, bem como a altura de observação, para ambas as vistas de observação do plasma. Sob condições otimizadas os limites de detecção (LD), em ng mL-1, para os elementos As, Ba, Cd, Co, Cr, Cu, Mn, Ni, Pb, V e Zn, em solução aquosa de HNO3 5% (v/v), utilizando-se a configuração axial do plasma, foram: 1,1 - 16; 0,002 - 0,32; 0,03 - 1,2; 0,02 - 0,72; 0,03 - 0,82; 0,04 - 3,0; 0,003 - 0,76; 0,08 - 3,8; 0,22 - 8,9; 0,04 - 2,6; e 0,02 - 1,2 respectivamente. Utilizando-se a configuração radial, os LDs (ng mL-1) dos mesmos elementos foram: 10 - 87; 0,01 - 0,91; 0,07 - 3,8; 0,16 - 4,3; 0,13 - 8,1; 0,16 - 4,3; 0,01 - 0,81; 0,43 - 7,6; 1,4 - 37; 0,28 - 6,0 e 0,77 - 9,5 respectivamente. Com relação à nebulização pneumática, os LDs são relativamente mais baixos quando é utilizado o nebulizador concêntrico acoplado à câmara de nebulização ciclônica. LDs ainda melhores são obtidos mediante o uso de nebulização ultra-sônica mas, neste caso, foi observado que o plasma é menos robusto. As metodologias foram desenvolvidas mediante o uso de materiais de referência certificados sendo analisados os seguintes materiais: sedimento marinho (PACS-2/NRCC), folhas de maçã (apple leaves – 1515/NIST) e água (natural water – 1640/NIST), obtendo-se concentrações concordantes com as certificadas, com exceção do Ni em folha de maçã, que não foi detectado utilizando-se a nebulização pneumática e também não pôde ser determinado com exatidão mediante o uso de nebulizador ultra-sônico. Interferências não espectrais observadas na análise de sedimento marinho foram contornadas através da diluição da amostra, ou através da lavagem da câmara de nebulização com solução de HNO3 5% (v/v), por 60 s entre cada ciclo de leitura. Estas interferências não puderam ser contornadas com o uso de padrão interno (PI). A interferência espectral do As sobre o Cd não foi observada fazendo-se a medição do sinal em área de pico, demarcado com somente 3 pontos/pico. Após serem estabelecidas as metodologias de análise, foram analisadas as seguintes amostras não certificadas: água de rio, água subterrânea (poço artesiano), água tratada e de chuva, folhas de eucalipto e bambu, acículas de pinus e infusão de chá preto, sendo possível quantificar baixas concentrações dos elementos investigados, utilizando-se a calibração externa.

Avaliação de metodologia de preparo de amostra de petróleo por digestão ácida auxiliada por microondas para determinação de metais por ICP-OES

This project describes a methodology optimization that would allow for a more efficient microwave assisted digestion process for petroleum samples. With the possible chance to vary various factors at once to see if any one factor was significant enough in the answers, experimental planning was used. Microwave assisted digestion allows, through the application of potency, an increasing number of collisions between the HNO3 and H2O2 molecules, favoring sample opening for complex matrixes. For this, a 24 factorial experimental planning was used, varying potency, time and the volumes for HNO3 65% and H2O2 30%. To achieve the desired answers, several elements were monitored (C, Cu, Cr, Fe, Ni, Zn and V) through Inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy (ICP-OES). With this initial study it was noticed that the HNO3 was not a significant factor for any of the statistical studies for any of the analytes and the other 3 factors and their interactions showed statistical significance. A Box Behnken experimental planning was used taking in consideration 3 factors: H2O2 volume, time (min) and Potency (W), Nitric Acid kept at 4mL for a mass of 0,1g of petroleum. The results were extremely satisfying showing higher efficiency in the digestion process and taking in a responsibility between the answers for each analyte and the carbon monitoring was achieved in the following conditions: 7mL of H2O2, 700 Watts of potency and a reaction time of 7 minutes with 4mL de HNO3 for a mass of 0,1g of petroleum. The optimized digestion process was applied to four different petroleum samples and the analytes determined by ICP-OES

Determination of Cd(II), Cu(II) and Ni(II) in aqueous samples by ICP-OES after on-line preconcentration in column packed with silica modified with 2-aminothiazole

This work describes the synthesis and characterization of 2-aminothiazole modified silica gel (SiAT) and the studies of adsorption and pre-concentration (in batch and using a flow-injection system coupled with optical emission spectrometer) of Cd(II), Cu(II) and Ni(II) in aqueous medium. The adsorption capacity for each metal ions in mmolg(-1) was: Cu(II) = 1.18, Ni(II) = 1.15 and Cd(II) = 1.10. The results obtained in the flow experiments showed about 100% of recovering of the metal ions adsorbed in a mini-column packed with 100 mg of SiAT, using 100 mu L of 2.0 mol L-1 HCl solution as eluent. The quantitative sorption-desorption of the metal ions made possible the application of a flow-injection system in the pre-concentration and quantification by ICP-OES of metal ions at trace level in natural water samples.

Determinação seletiva de tributilestanho na presença de Sn(IV) em amostras ambientais usando HG-ICP OES e Saccharomyces cerevisiae como material sorvente

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

DETERMINAÇÃO DE ARSÊNIO, ANTIMÔNIO E BISMUTO EM ROCHAS POR ESPECTROMETRIA DE EMISSÃO ÓPTICA COM FONTE DE PLASMA ACOPLADO INDUTIVAMENTE (ICP-OES) E GERAÇÃO DE HIDRETOS

No presente trabalho descreve-se o método para determinação de arsênio, antimônio e bismuto em materiais geológicos, utilizando a geração de hidretos acoplado ao ICP-OES, que proporciona a determinação, com exatidão, dos elementos de interesse em concentrações abaixo de 1 ppm. O método é sensível e, por isso, está sujeito a interferências, como as causadas por elementos presentes na matriz. Desenvolveu-se uma técnica de dissolução eficiente e foram realizados diversos tratamentos com dopagens de soluções-padrão e testes com o uso de tiouréia e iodeto de potássio com ácido ascórbico em diferentes concentrações, com o objetivo de minimizar possíveis interferências presentes na matriz. Os resultados finais, mediante a dissolução de material geológico de referência internacional na determinação de arsênio, bismuto e antimônio, mostraram recuperações superiores à 97% em amostras com concentrações abaixo de 1 ppm.

Análise química de elementos potencialmente tóxicos em baterias e pilhas por FAAS e ICP OES

Pós-graduação em Ciência dos Materiais - FEIS

Avaliação de ICP OES com configuração axial ou radial para determinação de iodo em sal de cozinha

The performance of inductively-coupled plasma optical emission spectrometers with axial and radial views for determination of iodine in table salt was evaluated. Interference and memory effects in nitric acid and water-soluble tertiary amines (CFA-C) media were studied. Based on a factorial experiment, one optimum instrument operational condition for axial configuration, and two optima conditions for radial configuration was established. The ICP OES with axial view was 5-fold more sensitive than the radial view. Both matrix matching and standard addition methods were used for iodine quantification and for most samples, both strategies of calibration led to similar results. Recoveries ranged from 104 to 114%.

Sample locations, CTD data, mean spring and annual temperatures and salinities from World Ocean Atlas (WOA, 2001), and ICP-OES Mg/Ca data

Due to its strong gradient in salinity and small temperature gradient the Mediterranean provides an ideal setting to study the impact of salinity on the incorporation of Mg into foraminiferal tests. We have investigated tests of Globorotalia inflata and Globigerina bulloides in plankton tow and core top samples from the Western Mediterranean using ICP-OES for bulk analyses and LA-ICP-MS for analyses of individual chambers in single specimens. Mg/Ca observed in G. inflata are consistent with existing calibrations, whereas G. bulloides had significantly higher Mg/Ca than predicted, particularly in core top samples from the easterly stations. Scanning Electron Microscopy and Laser Ablation ICP-MS revealed secondary overgrowths on some tests, which could explain the observed high core top Mg/Ca. We suggest that the Mediterranean intermediate and deep water supersaturated with respect to calcite cause these overgrowths and therefore increased bulk Mg/Ca. However, the different species are influenced by diagenesis to different degrees probably due to different test morphologies. Our results provide new perspectives on reported anomalously high Mg/Ca in sedimentary foraminifera and the applicability of the Mg/Ca paleothermometry in high salinity settings, by showing that (1) part of the signal is generated by precipitation of inorganic calcite on the foraminifer test due to increased calcite saturation state of the water and (2) species with high surface-to-volume shell surfaces are potentially more affected by secondary Mg-rich calcite encrustation.