Análise de vestígios de metais com eletrodos de estado sólido – Parte 5

23/11/2020

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Este artigo é Parte 5 de uma serie.

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Na última parte de nossa série de artigos sobre análise de traços de metais usando eletrodos de estado sólido, daremos uma olhada no eletrodo de disco giratório de carbono vítreo (GC RDE) e suas possibilidades de aplicação.

O eletrodo de disco giratório de carbono vítreo (GC RDE)

Um eletrodo de disco giratório (RDE) consiste em duas partes: a ponta do eletrodo, que é disponibilizada em diferentes materiais, e um eixo motriz. A ponta do eletrodo é simplesmente parafusada no eixo (figura 1) para montar o eletrodo de trabalho completo.

Figure 1. As duas partes que compõem o RDE. Esquerda: eixo motriz para RDE. À direita: ponta do eletrodo de carbono vítreo, com haste de vidro.

O carbono vítreo (GC) tem uma longa história como material de eletrodo sólido para análise de vestígios de metais. Em geral, GC é carbono com estrutura amorfa semelhante ao vidro ou cerâmica, mas diferente do grafite ou do diamante, ambos com estrutura cristalina.

Além de propriedades incluindo um estabilidade de alta temperatura e um dureza semelhante ao quartzo, o carbono vítreo é muito quimicamente inerte e tem um baixa resistência elétrica, tornando-o um material de eletrodo versátil.

No Ponta do eletrodo Metrohm GC (figura 1), a haste de carbono vítreo é fundida dentro de uma haste de vidro – outro material inerte. Este design cria uma ponta de eletrodo que é inerte contra a maioria dos produtos químicos e solventes e garante medições com excelente reprodutibilidade devido à intersecção perfeita entre o material do eletrodo e a haste de vidro.

Figure 2. Eletrodo de disco rotativo de carbono vítreo em um instrumento 884 Professional VA da Metrohm.

Modificação com filme metálico

Para aplicações com traços de metais, o eletrodo do GC é modificado com uma película metálica, geralmente mercúrio ou bismuto. O filme é plaqueado ex situ a partir de uma solução ácida que contém cerca de 20 mg/L Hg²⁺ ou bi³⁺. Uma tal solução pode ser facilmente preparada a partir de soluções padrão metálicas comercialmente disponíveis e pode ser utilizada para o revestimento de diversas películas.

Uma vez depositado o filme no eletrodo de carbono vítreo, múltiplas determinações podem ser realizadas com o mesmo filme. Quando o desempenho se deteriora, o filme esgotado é simplesmente removido e um novo filme é banhado. Desde apenas o filme renovável é afetado pelos processos de envelhecimento, o próprio eletrodo de GC pode ser usado por muito tempo.

Formulários

Aplicações usando eletrodos de carbono vítreo exibem excelente reprodutibilidade e estabilidade em combinação com limites de detecção muito baixos.

Determinações de cádmio e chumbo

O risco de envenenamento por cádmio e chumbo na água potável e a importância da determinação destes dois elementos já foram discutidos em posts anteriores desta série. Para monitorar os valores de orientação de 3 µg/L para cádmio e 10 µg/L para chumbo, recomendados pela OMS (Organização Mundial da Saúde), foi adotado um limite de detecção de β(Cd) = 0,3 µg/L e β(Pb) = 1 µg/L seria suficiente.

Com o eletrodo de carbono vítreo a determinação é muito mais sensível, apresentando um melhoria de dez vezes no limite de detecção de β(Cd) = 0,02 µg/L e β(Pb) = 0,05 µg/L com tempo de deposição de 30 s. Este limite pode ser reduzido ainda mais com um aumento do tempo de deposição.

Para esta determinação extremamente sensível, filme de mercúrio é banhado no eletrodo de carbono vítreo. A determinação de cádmio e chumbo é realizada por voltametria de redissolução anódica (ASV).

O limite de detecção muito baixo torna esta aplicação especialmente interessante quando não é apenas necessário monitorar valores-limite, mas também detectar concentrações na faixa de ppt (partes por trilhão, ng/L), por exemplo, em análises ambientais, como pesquisas de água do mar.

Baixe nossa Nota de Aplicação gratuita para saber mais.

Cádmio e chumbo em água potável – Determinação simultânea em eletrodo de carbono vítreo modificado com filme de mercúrio

Medições de níquel e cobalto

Outra aplicação com limites de detecção muito baixos utilizando o eletrodo GC é a determinação de níquel e cobalto. Este eletrodo permite a detecção de concentrações até β(Ni) = 0,05 µg/L e β(Co) = 0,03 µg/L. Para esta aplicação, o eletrodo é modificado com um filme de bismuto. A determinação de níquel e cobalto é realizada por voltametria de redistribuição adsortiva (AdSV) utilizando o agente complexante DMG (dimetilglioxima).

Figure 3. Determinação de β(Ni) = 0,34 µg/L e β(Co) < LOD em água da torneira (tempo de deposição de 30 s) usando o GC RDE.

Durante décadas, este método foi executado com sucesso com o eletrodo de gota de mercúrio. O uso de um filme de bismuto em um eletrodo de carbono vítreo oferece uma alternativa não tóxica com sensibilidade semelhante ao método estabelecido. Além da alta sensibilidade, esta aplicação também apresenta excelente repetibilidade.

20 determinações consecutivas de β(Ni) = 0,5 µg/L e β(Co) = 0,5 µg/L, realizadas no mesmo filme de bismuto, mostraram uma recuperação média de 105% para o níquel, com desvio padrão relativo (RSD) de 2,0%. A recuperação do cobalto foi de 112% com um RSD de 3,3%. Isto torna este método um ferramenta viável em análise ambiental quando as concentrações naturais de fundo, que muitas vezes estão na faixa ppt (ng/L), devem ser investigadas.

Mais detalhes podem ser encontrados em nossa Nota de Aplicação gratuita abaixo.

Níquel e cobalto em água potável – Determinação simultânea em faixa baixa de ng/L no GC RDE modificado com filme de bismuto

Monitoramento de cromo (VI)

Os limites legais para o cromo são relativamente altos. Por exemplo, o valor da diretriz da Organização Mundial da Saúde (OMS) é 50 µg/L para água potável. Esses valores geralmente se referem à concentração total de cromo, mas existem diferenças significativas na toxicidade entre Cr(III) e Cr(VI). Mesmo doses minúsculas de Cr(VI) são tóxico e também cancerígeno.

Desde o início deste século, tem havido discussões contínuas na comunidade científica sobre se é necessário um valor limite adicional apenas para Cr(VI) e qual deveria ser esse valor.

São necessárias técnicas de medição que permitam a determinação de Cr(VI) na faixa de ng/L. Usando o eletrodo de carbono vítreo modificado com um filme de mercúrio é possível detectar concentrações de Cr (VI) até 0,05 µg/L. Cr(VI) é determinado por voltametria de redissolução adsortiva (AdSV) com DTPA (ácido dietilenotriaminopentaacético) como agente complexante. A recuperação de uma concentração de β(Cr(VI)) = 0,1 µg/L é de 111% com um desvio padrão relativo de 4,4% (determinação em triplicado).

Saiba mais sobre esta análise baixando a seguinte Nota de Aplicação:

Cromo(VI) em água potável – Determinação ultrassensível no eletrodo de carbono vítreo modificado com filme de mercúrio (método DTPA)

Figure 4. 884 Professional VA com dois 800 Dosinos para adição automática de eletrólito e solução padrão.

Todas as aplicações acima mencionadas podem ser realizadas manualmente com o 884 VA Profissional sistema da Metrohm (Figura 4), mas também é possível executar pequenas séries de amostras com uma configuração automatizada.

Resumo

Este foi o último post de nossa série de cinco partes sobre análise de metais pesados com eletrodos de estado sólido. Se este ou um dos posts anteriores despertou seu interesse em uma das aplicações, não hesite em entrar em contato com seu representante local da Metrohm.

Para uma visão completa das diferentes aplicações que podem ser realizadas com os SSEs exibidos nesta série, confira a tabela abaixo. Clique em cada nota de inscrição ou boletim para fazer o download gratuito!

Elemento	Eletrodo	Documento de inscrição	Laboratório	Portátil
Ag	GC RDE	AB-207	✓	✗
Como	scTRACE Ouro	AN-V-210 AN-V-211	✓	✓
Bi	scTRACE Ouro	AN-V-218	✓	✓
CD, Pb	GC RDE (filme Hg)	AN-V-225	✓	✗
CD, Pb	SPE (filme Hg)	AN-V-231	✓	✓
CD, Pb	Queda dupla	AN-V-221	✓	✗
Cr(VI)	GC RDE (filme Hg)	AN-V-227	✓	✗
Cr(VI)	scTRACE Gold (filme Hg)	AN-V-230	✗	✓
Cu	scTRACE Ouro	AN-V-213	✓	✓
Fé	scTRACE Ouro	AN-V-216	✓	✓
Fé	Queda dupla	AN-V-222	✓	✗
Hg	scTRACE Ouro	AN-V-212	✓	✓
Ni, Co.	scTRACE Gold (filme bi)	AN-V-217	✓	✓
Ni, Co.	GC RDE (filme bi)	AN-V-224	✓	✗
Ni, Co.	SPE (Bi-filme)	AN-V-232	✓	✓
Ni, Co.	Queda dupla	AN-V-223	✓	✗
Pb	scTRACE Gold (filme agrícola)	AN-V-214	✓	✓
Sb(III)	scTRACE Ouro	AN-V-229	✓	✓
Se(IV)	scTRACE Ouro	AN-V-233	✓	✓
Te(IV)	scTRACE Ouro	AN-V-234	✓	✓
Tl	scTRACE Gold (filme agrícola)	AN-V-228	✗	✓
Zn	scTRACE Ouro	AN-V-215	✓	✓

Outras parcelas desta série

Este artigo do blog foi dedicado ao tópico de o eletrodo de disco giratório de carbono vítreo (GC RDE) e como ele pode ser usado para a determinação de íons de metais pesados na água potável e no meio ambiente. Outras parcelas são dedicadas à análise de traços de metais com estes eletrodos de estado sólido:

Análise de vestígios de metais com eletrodos de estado sólido – Parte 5

Na última parte de nossa série de artigos sobre análise de traços de metais usando eletrodos de estado sólido, daremos uma olhada no eletrodo de disco giratório de carbono vítreo (GC RDE) e suas possibilidades de aplicação.

O eletrodo de disco giratório de carbono vítreo (GC RDE)

Modificação com filme metálico

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Determinações de cádmio e chumbo

Medições de níquel e cobalto

Monitoramento de cromo (VI)

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Outras parcelas desta série

Barbara Zumbrägel

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