Química analítica básica – importância e aplicação

Por Elenir Souza Santos Rocha - Professora Associada do IMS-CAT-UFBA - Vitória da Conquista - BA

Química analítica básica – importância e aplicação

A química analítica é umas das áreas da química. Ela está presente nos demais ramos da química, pois o objetivo principal é o desenvolvimento de métodos para a determinação da composição química dos materiais e o estudo da teoria em que se baseiam esses métodos. Muitos de nós, sem saber, fazemos química analítica, cotidianamente. Quando sentimos o odor de algum produto, na cozinha, por exemplo, para ter certeza que ele está em perfeito estado de uso, neste momento, estamos executando um teste analítico. A química analítica envolve qualquer tipo de teste que forneça referência sobre a composição química de uma amostra. Boa parte de tudo que usamos no dia a dia depende da indústria química que, por sua vez, depende decisivamente de seus processos de controle de qualidade, cuja responsabilidade, em grande parte, está nas mãos dos químicos analíticos. Fica evidente que as pessoas, cada vez, mais requer da química analítica para assegurar tanto a qualidade dos produtos que consumimos quanto o modo como tratamos nosso ambiente.

Um pouco de história – origem da química analítica

O estudo da matéria é feito desde os primórdios da humanidade. Na Antiguidade, a busca pelo controle da pureza de metais preciosos, como o ouro e a prata, objetivando à prevenção de falsificações, era um processo significativo para os líderes das comunidades. No entanto, apenas no primeiro século que ocorreu o primeiro registro de um teste químico, realizado por um naturalista romano chamado Plínio, o Idoso.​ Porém, só em 1661 é que foi surgir o vocábulo análise química, usado pelo cientista Robert Boyle. Essa definição foi estabelecida por ele no intuito de caracterizar as medições químicas que eram feitas em diferentes amostras de água, metais e medicamentos, entre outras. ​ Por diversos anos, desde a definição de Boyle, a análise química foi utilizada apenas como ferramenta de estudo, sem muita aplicação prática.​ No final do século XVIII, o cientista Torbern Bergam organizou os métodos de análises químicas conhecidos na época de forma sistemática, conforme as substâncias que eram mais comumente pesquisadas. As publicações de Bergam foram bem aceitas e amplamente divulgadas entre a população científica, marcando o início da Análise Química como uma área específica da Química. ​ A denominação química analítica só foi atribuída tempos depois pelo cientista Christoph Heinrich Pfaff.​ O conhecimento sobre a Análise Química continuou crescendo ao longo dos séculos XIX e XX, principalmente devido aos avanços das técnicas microscópicas de análise e da espectroscopia como ferramenta analítica, impulsionando o desenvolvimento de métodos analíticos realizados por instrumentos.​ Basicamente, na primeira metade do século XX, a Química Analítica qualitativa contemplava a descoberta de novas reações e testes para separação e identificação de cátions e ânions. Na segunda metade, houve um grande salto no desenvolvimento de métodos de análise química instrumentais, tais como refratômetros, polarímetros e microscópios. ​

Divisão da química analítica

A Química Analítica é um ramo da Química responsável pelo desenvolvimento e aperfeiçoamento dos métodos de identificação, separação e quantificação de elementos em uma amostra. A Química Analítica é dividida em Química Analítica Qualitativa e Química Analítica Quantitativa. A Química Analítica Qualitativa é responsável pela identificação de um ou mais componentes em uma amostra, sem levar em consideração a quantificação destes componentes. Já a Química Analítica Quantitativa é responsável pela quantificação dos componentes de uma determinada amostra. Diante disso, para que seja feita uma análise quantitativa, previamente deve ser feita uma análise qualitativa para a comprovação da presença da substância que se deseja quantificar. Para um bom entendimento da Química Analítica torna-se necessária a descrição de alguns conceitos utilizados na área.

Conceitos específicos e importantes da química analítica

A manipulação de dados envolve a utilização de vários conceitos e é importante que esses termos sejam claramente definidos.

a) Análise

Uma determinada análise representa o mecanismo pelo qual são obtidas informações químicas ou físicas a respeito dos constituintes de uma amostra ou da própria amostra. Na análise química, as perguntas que precisam ser respondidas a respeito do material de estudo irão determinar o tipo de abordagem que será feita. Essas questões representam, geralmente, os objetivos da análise, que, por sua vez, nortearão a escolha da metodologia analítica mais adequada.​ Com relação a esses objetivos e as informações fornecidas, podemos classificar as análises químicas em análise qualitativa, análise quantitativa e análise estrutural. Exemplo: Análise da glicose em uma amostra de sangue.

b) Analito ou constituinte a ser determinado

São os constituintes de interesse da amostra que serão determinados.

c) Matriz

A matriz, ou matriz da amostra, são todos os outros componentes da amostra na qual o analito está contido, excluindo os os componentes a serem determinados.

d) Medida

Medida é a determinação experimental de uma propriedade química ou física do componente químico a ser determinado.

e) Técnica

Uma técnica representa um princípio químico ou físico que pode ser usado para analisar uma amostra. Exemplo: Fotometria de chama, espectrofotometria de absorção atômica etc.

f) Método
Um método representa a aplicação de uma técnica para a determinação de um analito específico em uma matriz específica. Exemplo: Determinação do teor de vitamina A em complexos vitamínicos por titulometria de oxirredução.

g) Procedimento
O procedimento representa um conjunto de proposições que detalham a maneira correta de como aplicar determinado método.­

h) Protocolo
O protocolo é um conjunto de orientações que detalham determinado procedimento que deve ser seguido para a aceitação da análise.

i) Interferência ou interferente

Refere-se à determinada espécie que causa um erro na análise pelo aumento ou diminuição da quantidade que está sendo medida.

j) Validação
Prática responsável pela qualidade analítica. A validação representa a comprovação de que os métodos estão apropriados para os seus devidos usos.

k) Especificidade/seletividade

Parâmetro que corresponde à capacidade do método em detectar o analito de interesse na presença de outros componentes da matriz.

l) Intervalo e trabalho

O intervalo do método analítico corresponde à faixa do maior ao menor nível que possa ser determinado com precisão e exatidão.

m) Linearidade

A linearidade refere-se à capacidade do método de gerar resultados linearmente proporcionais à concentração do analito, enquadrados em faixa analítica especificada.

n) Sensibilidade

A sensibilidade é a capacidade do método em distinguir, com determinado nível de confiança, duas concentrações próximas.

o) Exatidão

A exatidão representa a concordância entre o valor real do analito na amostra e o estimado pelo processo analítico.

p) Precisão

Representa o parâmetro responsável pela avaliação da proximidade entre várias medidas efetuadas na mesma amostra.

q) Limite de detecção

O limite de detecção representa a menor concentração do analito que pode ser detectada, mas não necessariamente quantificada, sob condições experimentais estabelecidas.

r) Limite de quantificação

O limite de quantificação é definido como a menor concentração do analito, que pode ser quantificada na amostra, com exatidão e precisão aceitáveis, sob as condições experimentais adotadas.

s) Robustez

A robustez é a medida da capacidade do método de permanecer inalterado sob pequenas, mas estudadas, variações nos seus parâmetros e prover indicação da sua dependência durante o uso normal.

Métodos de análise

A Química Analítica envolve métodos voltados para a determinação da composição da matéria. Podem ser classificados em Métodos Clássicos e Métodos Instrumentais. No início do desenvolvimento da Química, a maioria das análises empregavam a separação dos componentes de interesse (os analitos) por técnicas como precipitação, extração ou destilação. Os métodos qualitativos geram informações sobre a identidade das espécies atômicas ou moleculares ou mesmo grupos funcionais na amostra. Já os métodos quantitativos proporcionam resultados numéricos relacionados à quantidade dos componentes na amostra. A adaptação ou execução de um método conhecido envolve um processo de avaliação que possibilite a verificação de sua eficiência na rotina de um laboratório. Bem como o desenvolvimento baseado no estudo da composição química dos constituintes do material em estudo, da definição do marcador e/ou princípio ativo, bem como sua quantificação para a utilização nos métodos.

Métodos Clássicos

Empregados para análises esporádicas, com baixo custo, com equipamentos e vidrarias de fácil aquisição e é possível realizar macroanálises. Os métodos clássicos são largamente utilizados devido à relativa simplicidade com que são realizados e obtenção de resultados confiáveis. Esses métodos clássicos de separação e determinação de analitos ainda são muito utilizados devido à relativa simplicidade de equipamentos necessários e confiabilidade de resultados obtidos. Entre os métodos clássicos de análise, os principais são os métodos gravimétricos e os métodos volumétricos.

Métodos Instrumentais

No início do século 20, os químicos começaram a explorar outros fenômenos distintos daqueles observados nos métodos clássicos para resolver problemas analíticos. Com isso, medidas de propriedades físicas dos analitos tais como a condutividade elétrica, absorção ou emissão de luz passaram a ser utilizadas na análise quantitativa de uma grande variedade de analitos inorgânicos, orgânicos e biológicos.  Com isso, novas técnicas como a cromatografia líquida de alta eficiência, espectroscopia e técnicas eletroanalíticas passaram a ser utilizadas para a realização de análises cada vez mais sofisticadas. Esses novos métodos de separação e determinação de espécies químicas passaram a ser conhecidos como métodos instrumentais de análise. Seu crescimento foi favorecido pelo avanço tecnológico dos dispositivos eletrônicos e dos computadores. As técnicas de análise química instrumental podem ser agrupadas em três grandes áreas principais: Cromatografia, Eletroquímica e Espectroscopia, com cada uma delas caracterizando-se por suas particularidades e pelas espécies químicas de interesse (analitos) possíveis de detecção e/ou quantificação.

Fatores que devem ser considerados para a escolha da técnica

Para se estabelecer qual técnica analítica deve-se utilizar na realização de determinada análise, existem alguns fatores que devem ser considerados, são eles:

Natureza da Análise: Elemental ou molecular; Repetitiva ou intermitente;

Especificidade do analito: se radioativo, por exemplo;

Interferências: similaridade de elementos;

Prioridade: Determinar corretamente a ordem dos elementos a serem analisados;

Equipamentos e vidrarias: Verificar se há disponibilidade de todos os equipamentos e vidrarias para realizar as técnicas.

Infraestrutura e Insumos: Conferir a disponibilidade de todos os reagentes, água, energia elétrica, gás, bancadas, capelas, fornos, entre outros, para desempenhar os métodos sem imprevistos desagradáveis durante o percurso; existem diversas fórmulas e cálculos que são utilizados na química analítica, com a finalidade de se obter resultados os mais precisos possíveis. Dentre os principais cálculos utilizados estão: valor médio, mediana, cálculos de concentração, cálculos de erros, cálculos de volume e massa etc.

Considerações finais

Os componentes químicos de uma amostra podem ser separados, identificados e determinados quantitativa ou qualitativamente através do desenvolvimento de métodos e procedimentos desenvolvidos pela química analítica. Ela é uma ciência de aferições que abrange um conjunto de ideias, métodos e procedimentos para que ocorra a caracterização e identificação da quantidade de componentes de compostos químicos conhecidos ou não em uma amostra. Estas técnicas e métodos são empregados em diversos setores da sociedade, incluindo a indústria alimentícia, farmacêutica, a medicina e em diversos outros segmentos, os mais variados possível, como meio ambiente, agricultura, geologia, engenharias e biologia por exemplo. Diante do exposto, a química analítica é considerada como ferramenta indispensável para o desenvolvimento da humanidade.

 

Referências

 

1. Fundamentos da Química Analítica Farmacêutica​. Disponível em: http://estacio.webaula.com.br/cursos/go0300/aula1.html. Acesso em 08/04/2021.

2. Higson, Seamus P.J. Química Analítica. Editora Mcgraw Hill Brasil, 1a ed., 2009.

2. Colunista Portal educação. Conceitos em química analítica. Disponível em: https://siteantigo.portaleducacao.com.br/conteudo/artigos/farmacia/conceitos-em-quimica-analitica/37046. Acesso em 08/04/2021.

3. SKOOG, Douglas A.; WEST,D. m. Introducción a la química analítica. Espanha: Reverté. 1986.

4. SKOOG, Douglas A.; WEST,D. m. Fundamentos de química analítica. México: Thomson. 2005.

5. Vogel, A., “Química Analítica Qualitativa”, Volume 1 (1981).

6. Química analítica. Disponível em: https://www.infoescola.com/quimica/quimica-analitica/. Acesso em 08/04/2021.

7. Química analítica. Disponível em: https://proquimica.iqm.unicamp.br/newpage11.htm. Acesso em 11/05/2021.

8. JUNIOR VAZ,  S. Análise Química Instrumental e sua Aplicação em Controle de Qualidade de Biocombustíveis. Embrapa Agroenergia - Circular Técnica (INFOTECA-E). 2010. Disponível em: https://www.infoteca.cnptia.embrapa.br/infoteca/handle/doc/872917. Acesso em 11/05/2021.