Analytical methodologies based on X-Ray Fluorescence Spectrometry (XRF) and Inductively Couple Plasma Spectroscopy (ICP) for the assessment of metal dispersal around mining environments

La investigació que es presenta en aquesta tesi es centra en l'aplicació i millora de metodologies analítiques existents i el desenvolupament de nous procediments que poden ser utilitzats per a l'estudi dels efectes ambientals de la dispersió dels metalls entorn a les zones mineres abandonades. En primer lloc, es van aplicar diferents procediments d'extracció simple i seqüencial per a estudiar la mobilitat, perillositat i bio-disponibilitat dels metalls continguts en residus miners de característiques diferents. Per altra banda, per a estudiar les fonts potencials de Pb en la vegetació de les zones mineres d'estudi, una metodologia basada en la utilització de les relacions isotòpiques de Pb determinades mitjançant ICP-MS va ser avaluada. Finalment, tenint en compte l'elevat nombre de mostres analitzades per a avaluar l'impacte de les activitats mineres, es va considerar apropiat el desenvolupament de mètodes analítics d'elevada productivitat. En aquest sentit la implementació d'estratègies quantitatives així com l'aplicació de les millores instrumentals en els equips de XRF han estat avaluades per a aconseguir resultats analítics fiables en l'anàlisi de plantes. A més, alguns paràmetres de qualitat com la precisió, l'exactitud i els límits de detecció han estat curosament determinats en les diverses configuracions de espectròmetres de XRF utilitzats en el decurs d'aquest treball (EDXRF, WDXRF i EDPXRF) per a establir la capacitat de la tècnica de XRF com a tècnica alternativa a les clàssiques comunament aplicades en la determinació d'elements en mostres vegetals.

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.

Especiação de cádmio (Cd) em citosol utilizando Saccharomyces cerevisiae e espectrometria de massas com plasma acoplado indutivamente (ICP-MS)

O cádmio (Cd) é um metal tóxico considerado não essencial nos organismos. As principais vias de exposição e contaminação pelo metal vem de atividades antrópicas. Há evidências suficientes de que o Cd e seus compostos são carcinogênicos, tendo como principais órgãos afetados: rins, ossos, pulmões e próstata. No citosol o Cd pode estar na forma livre (genericamente, como complexos inorgânicos lábeis) ou ligado com metalotioneinas (genericamente, ligado a proteínas). A relação do Cd (livre ou lábil) com patogenicidades faz com que seja de grande importância a elaboração de métodos para especiação do metal. Este projeto teve como objetivo propor um método para determinação seletiva do Cd lábil em baixas concentrações (μg L-1) utilizando um substrato biológico como material sorvente (S. cerevisiae). A utilização da S. cerevisiae tem sido recomendada para pré-concentração e especiação de metais em água e materiais biológicos. No entanto, estes métodos não proporcionam limites de detecção (LD) suficientes para determinação seletiva de Cd lábil em algumas situações, particularmente quando se procura estabelecer uma relação desta fração do metal com algumas patogenicidades. O método desenvolvido consiste, basicamente, em amostrar o Cd lábil no citosol pela levedura. Depois de digestão ácida em sistema pressurizado (micro-ondas) e/ou da eluição, a espécie retida pela levedura foi determinada por ICP-MS. O uso da ICP-MS permitiu atingir LD suficientes para detecção de Cd, sendo para retenção 0,004 μg L-1 e para a eluição 0,003 μg L-1

Determinação de As, Sb e Se em material agronômico por espectrometria de emissão óptica acoplada a plasma induzido com geração de hidretos (HG-ICP OES).

2005

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

Pré-concentração de cádmio com Saccharomyces cerevisiae e determinação em águas fluviais usando espectrometria de emissão óptica com plasma indutivamente acoplado

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

Avaliação da influência da matéria orgânica, na determinação quantitativa de metais em amostras de sedimento, por espectrometria de absorção atômica e análise de metais traços por fluorescência de raios-X

The proposal of this work is to evaluate the influence of the organic matter on the results of the analyses of the metals (Zn, Pb, Al, Cu, Cr, Fe, Cd e Ni) for Atomic Absorption Spectrometry (AAS), so much in the extraction stage as in the reading using for that the chemometrics. They were used for this study sample of bottom sediment collected in river Jundiaí in the vicinity of the city of Macaíba-RN, commercial humus and water of the station of treatment of sewer of UFRN. Through the analyses accomplished by EAA it was verified that the interference of the organic matter happens in the extraction stage and not in the reading. With relationship to the technique of X Ray Fluorescence Spectrometry (XRFS), the present work has as intended to evaluate the viability of this technique for quantitative analysis of trace metals (Cr, Ni, Cu, Zn, Rb, Sr and Pb) in having leached obtained starting from the extraction with acqua regia for an aqueous solution. The used samples constitute the fine fraction (<0.063 mm) of sediments of swamp of the river Jundiaí. The preparation of tablets pressed starting from the dry residue of those leached it allowed your analysis in the solid form. This preliminary study shows that, in the case of the digestion chemistry partially of the fine fractions of bottom sediments used for environmental studies, the technique of applied EFRX to the analysis of dry residues starting from having leached with acqua regia, compared her it analyzes of the leached with ICP-OES, it presents relative mistakes for Cu, Pb, Sr and Zn below 10%

Avaliação de interface de reação e colisão para eliminar interferências poliatômicas na análise de etanol combustível por ICP-MS

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Determinação de chumbo em tubos de raios catódicos e em solo contaminado por espectrometria de absorção atômica

Pós-graduação em Ciência dos Materiais - FEIS

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

Pós-graduação em Ciência dos Materiais - FEIS

Estanho em amostras ambientais por espectrometria de fluorescência atômica (AFS)

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

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

Pré-concentração de cádmio com Saccharomyces cerevisiae e determinação em águas fluviais usando espectrometria de emissão óptica com plasma indutivamente acoplado

A preconcentration method based on the use of Saccharomyces cerevisiae as sorbent material is proposed for the determination of Cd(II) in river water. The solid phase extraction was performed in batch mode and the determination of the analyte in the solid phase was easily carried out by introducing a slurry of the yeast (0.0625 g / 2.5 mL) directly into the ICP OES. A limit of detection of 0.11 µg L-1 and a sample throughput in the range of 4 - 54 sample h-1 were obtained. Determinations of cadmium in a certified sample and in real river water samples were in excellent agreement with the expected values.