ÁGUA PARA ANÁLISES QUÍMICAS INSTRUMENTAIS - MAPA 2014

Olá pessoal estamos aqui para esclarecer algumas dúvidas!!


 Introdução

A água, tal como se encontra na Natureza, contém diversas outras substâncias que não a molécula $H_2O$ : sais, compostos orgânicos, microorganismos, partículas, gases dissolvidos. Isso se deve basicamente a sua tão conhecida característica de solvente universal.

No laboratório, as várias utilizações dadas à água requerem maior ou menor grau de pureza. Esse grau de pureza é definido em função da aplicação, do método de análise, seus interferentes e sua sensibilidade e limite de detecção. Assim é que a água purificada e a sua qualidade são fatores críticos para a preparação de soluções em geral, tampões, fases móveis em cromatografia, brancos e também outros usos mais comuns, como lavagem de vidraria (enxágüe final), os quais nem por isso são menos importantes.

Definir, conhecer, remover e controlar os contaminantes da água são passos essenciais para a obtenção

de água purificada no laboratório, de forma eficaz e econômica, atendendo em especial as necessidades

que a aplicação específica exige.

A seguir, apresentamos em quatro tópicos as informações e conceitos que ajudarão a alcançar essesobjetivos e decidir qual o tipo de água a ser utilizado em uma análise instrumental específica:

• Os contaminantes da água 

• Monitoramento e controle da qualidade da água purificada

• Especificações de qualidade

• Tecnologias que podem ser empregadas para purificação de água em laboratórios

 Os contaminantes da água

Como já foi dito, os contaminantes têm relação direta com a análise que se está realizando e a sensibilidade e limite de detecção do método empregado. Por exemplo, em HPLC – Cromatografia Líquida de Alta Eficiência – as análises que utilizam o detector ultravioleta são sensíveis aos compostos orgânicos que estejam presentes na água (componente da fase móvel) e que absorvem no comprimento de onda utilizado. Isso compromete os resultados e a própria curva de calibração.

Além disso, os compostos orgânicos que não são detectados nesse comprimento de onda podem ser retidos e se acumular na coluna de HPLC, comprometendo sua eficiência e funcionalidade e provocando os chamados “picos fantasmas” num cromatograma.

Para fins didáticos, dividimos os contaminantes da água em cinco classes:

Compostos inorgânicos dissolvidos

São basicamente os sais dissolvidos na água, os íons inorgânicos presentes. Podem estar sob a forma

de cátions ou ânions.

Ânions:

Íon cloreto (Cl-), Íon hipoclorito (HClO-), Nitratos, nitritos, carbonatos, Sulfatos, Silicatos,etc...

Cátions:

Sódio (Na+) , Cálcio e Magnésio (Ca++, Mg++, Ferro (Fe++), Alumínio (Al+++), Metais pesados ( Pb,

Ni, Cr, Hg), etc...

Compostos orgânicos dissolvidos

Esta classe de contaminantes pode ter sua origem na Natureza ou em decorrência da poluição ou

do próprio processo de potabilização da água para consumo humano.

Origem natural

Aqui se encontram os materiais orgânicos provenientes da decomposição de vegetais e animais. A decomposição de vegetais ocorre muito comumente nos mananciais abertos (represas, reservatórios)onde a água é captada para posterior tratamento. Podemos citar, entre outros exemplos, taninos, ligninas, fenóis, ácidos húmicos (mistura complexa de macromoléculas com estrutura de polímerofenólico). Aqui, também, estão incluídos as proteínas, enzimas (nucleases, por exemplo), aminoácidos e seus derivados.

Origem não natural

Trata-se dos compostos orgânicos que têm sua origem nas atividades humanas. Podemos destacar todos os tipos de pesticidas solúveis em água (fungicidas, inseticidas, herbicidas), hidrocarbonetos poliaromáticos (PAHs), bifenis policlorados (PCBs), EDTA (agente quelante que está presente em formulações de sabões, detergentes e cosméticos), citratos (em regiões próximas a culturas agrícolas cítricas) .

 Partículas e colóides

As partículas podem ser rígidas (areia, pedras, terra) ou deformáveis (restos vegetais). Sua característica como contaminante é o fato de ser escudo protetor para microorganismos contra a ação dos raios UV e agentes de desinfecção. São também um veículo para esses microorganismos já que as bactérias, por exemplo, podem aderir às partículas.

Nas análises instrumentais, as partículas também podem causar sérios problemas diretamente. Em HPLC, por exemplo, existe sempre o risco de entupimento da coluna e de dano ao pistão da bomba de injeção. Como se isso não bastasse, as partículas imobilizadas na entrada da coluna podem se transformar em outra fase estacionária, prejudicando de forma imprevisível as características de retenção da coluna e a separação propriamente dita.

Colóides são suspensões estáveis de partículas orgânicas ou inorgânicas, com tamanho que varia

entre 0,1 a 0,001mm, apresentando a característica de todas as partículas possuírem a mesma carga

e mesmo sinal. A repulsão que decorre disso mantém a suspensão estável. São de difícil remoção

por filtração microporosa, mas podem ser retidos com facilidade por osmose reversa ou ultrafiltração.

 Microorganismos

Os microorganismos – bactérias, fungos (mofos e leveduras) e vírus - estão comumente presentes

na água potável distribuída em uma cidade. Ainda que as empresas de tratamento processem a água

para remover microorganismos nocivos à saúde humana, a água fornecida não é, de forma alguma,

estéril. Os demais microorganismos remanescentes da potabilização podem causar problemas em

análises.

 Gases dissolvidos

Podemos encontrar todos os gases existentes na atmosfera, dissolvidos na água.

O gás mais importante dissolvido na água é o gás carbônico ($CO_2$). Encontra-se em equilíbrio com

o ácido carbônico e este com o íon bicarbonato:

Este equilíbrio origina um íon importante, o bicarbonato, que pode interferir com análises e prejudicar

processos de purificação.

A taxa de dissolução de $CO_2$ e sua concentração na água depende da temperatura (quanto menor, maior a taxa de dissolução e absorção) e da pressão parcial de $CO_2$ no ambiente em que água está exposta.

Outros efeitos dos demais gases presentes no ar:

• • Oxigênio: causa corrosão em tanques, tubulações, etc.
• • Amônia: contaminante originado da adubação agrícola .
• • $SO_2$ – contido em gases de escape de automóveis e emanações de indústrias.

Monitoramento e controle da qualidade da água purificada

Como já dissemos, os contaminantes presentes na água poderão causar interferências importantes nas determinações analíticas. Por isso mesmo, é importante quantificá-los e assegurar que atendam às especificações de qualidade. Além disso, essa quantificação é uma medida da eficiência do processo de purificação de água.

Neste tópico será considerada basicamente a detecção de contaminantes inorgânicos (íons) e orgânicos.

Há uma variedade imensa de contaminantes inorgânicos e analisá-los individualmente seria muito difícil e trabalhoso. É possível fazer uma determinação da contaminação iônica total de uma solução aquosa utilizando um parâmetro apenas: a condutividade, que é a condutância específica ou suarecíproca, a resistividade (resistência específica).

Igualmente, existem inúmeros contaminantes orgânicos que podem ocorrer na água purificada.

Aqui, também, um único parâmetro pode ser utilizado para quantificá-los: COT – Carbono Orgânico/

Oxidável Total (ou TOC – Total Oxydizable Carbon).

Quantificam-se bactérias e outros microorganismos utilizando-se métodos que empregam a filtração em membranas microporosas e posterior incubação com meios de cultura ou, mais recentemente, quimioluminescência. Os resultados são expressos em ufc/mL (unidades formadoras de colônias por mL).

A quantidade de partículas é controlável através de tecnologias de remoção específicas (microfiltração,

ultrafiltração e osmose reversa). Nos processos de purificação de água, isso é suficiente e em geral não há preocupação em quantificar as partículas presentes através das tecnologias adequadas para isso e que garantam que todas as partículas acima de um determinado tamanho sejam removidas.

Monitoração de contaminantes iônicos inorgânicos – condutividade e resistividade

A condução de corrente elétrica depende dos íons presentes na água. Quanto mais pura estiver a água, menor a concentração desses íons e, portanto, menor a condutividade. Para uma condutividade baixa, teremos sua recíproca, a resistividade, alta, uma vez que são expressões diferentes do mesmo fenômeno.

Portanto: C= 1/R ou R= 1/C

Unidades de medida:

Condutividade – micromho/cm ou microSiemens/cm

Resistividade – Megohm.cm

A condutividade da água no limite teórico de purificação, isto é, quando praticamente todos os íons foram removidos restando apenas $H^+$ e $OH^-$, é de 0,055 microSiemens/cm ou 18,2 Megohm.cm, a 25º C. Esta é a chamada água ultrapura do tipo I (ASTM).

O gráfico 1 mostra que a temperatura é um fator importante na medição da condutividade. Quanto menor a temperatura, maior a resistividade (portanto, menor a condutividade). Isso ocorre por que a baixas temperaturas, ocorre uma menor mobilidade dos íons na solução e essa mobilidade é inversamente proporcional a resistividade ou diretamente proporcional à condutividade.