Técnicas instrumentais de análise química – uma introdução
Por Elenir Souza Santos Rocha. Professora Associada do Instituto Multidisciplinar em Saúde, Campus Anísio Teixeira - UFBA, em Vitória da Conquista – BA
Técnicas instrumentais de análise química – uma introdução
A informação tem conseguido grandes proporções, com o passar dos anos, e a ciência, fundamentada na ação conjunta de pesquisadores com alto grau de expertise, tem se transformado numa operação acima de tudo pluridisciplinar. Dessa forma, a Química Analítica, ramo da química, encarregada pela evolução de novas técnicas de análise, adequadas para os mais diversos setores da pesquisa tecnológica e em laboratórios rotineiros, desempenha um papel proeminente nesses grupos multidisciplinares, em razão de as ciências exatas apresentarem uma grande necessidade de obter instrumentos analíticos para determinações quantitativa e qualitativa de componentes químicos encontrados nas mais abundantes variedades de amostras.
A busca contínua por técnicas sempre mais seletivas, versáteis, econômicas e robustas é uma das causas que perpetua o desenvolvimento desta área. Esta busca por alternativas inovadoras tem beneficiado a evolução e aproveitamento de muitas técnicas analíticas instrumentais, uma ampla parte das quais, além de caracterizar uma melhoria constante, característica da área, tem se tornado indispensável para o avanço de muitos setores da ciência. Essa busca tem contribuído para a determinação de técnicas analíticas, progressivamente, sensíveis, seletivas, garantidas e confiáveis.
O que é química analítica?
A química analítica é a área da química que busca a determinação de espécies ou compostos químicos, na análise de amostras, em que ocorre a separação dos componentes e determinação da natureza e quantidade de cada um na amostra analisada. Ela possui natureza interdisciplinar, pois está presente em todas as áreas da química e isso faz com que ela seja essencial em laboratórios, os mais variados possíveis, em todo o mundo, como por exemplo em acadêmicos, industriais, médicos, farmacêuticos, governamentais, levando em consideração as mais diversificadas áreas da ciência, como as biológicas, a química, a bioquímica, as engenharias, a física, a medicina, a farmácia, as ciências ambientais, as ciências forenses, a arqueologia, a agricultura, a ciência de materiais, a geologia, e muitas outras. Deste modo, as deliberações importantes tomadas diariamente nas diversas áreas do conhecimento advêm dos resultados obtidos nas análises químicas.
A química analítica está dividida em duas grandes partes: a analítica qualitativa, que aborda o reconhecimento dos constituintes presentes na amostra. Enquanto que a analítica quantitativa, engloba os métodos e técnicas utilizados para determinar as quantidades relativas dos componentes presentes na amostragem.
Muitas pesquisas desenvolvidas em muitas áreas das ciências, não seriam possíveis sem a participação da química analítica, com seus equipamentos e metodologias, produzidos pelos químicos analíticos. Em contra partida, muitas metodologias foram desenvolvidas por biólogos para resolver problemas bioquímicos que, na atualidade, são amplamente utilizados na química analítica. Diante disso, pode-se afirmar a importância da interação da química analítica com outras áreas do conhecimento.
Introdução às técnicas Instrumentais de Análise
As técnicas instrumentais não surgiram logo de imediato. Por mais de cem anos, os métodos clássicos foram usados para a realização das medidas analíticas. Os constituintes da amostra, na análise qualitativa, eram determinados com reagentes, fornecendo produtos com propriedades características, como cores, solubilidade e cheiros. Na análise quantitativa, eram utilizados os métodos clássicos, gravimétricos, em que é determinada a massa do constituinte a ser determinado ou de algum composto gerado a partir dele, ou volumétricos, em que se mede o volume de um reagente padrão, cuja concentração é conhecida, necessário para reagir completamente com o componente a ser determinado.
Quando começou?
No começo do século XX, pesquisas começaram a ser desenvolvidas com outras propriedades diferentes de massa e volume. Surgiram as técnicas eletroanalíticas em que as propriedades elétricas, como potencial, passaram a ser analisadas, e as técnicas espectroscópicas em que se mede as características de interação da radiação eletromagnética com átomos e moléculas, dentre outras. Desse modo, os métodos clássicos, como a destilação e a precipitação, no isolamento de constituintes de misturas complexas, começaram a ser substituídos pelas técnicas cromatográficas. Nesse contexto, ocorreu o surgimento da Análise Instrumental, que compreende as análises qualitativas e quantitativas, com o desenvolvimento e utilização de equipamentos nas medições de determinada propriedade física ou química da matéria.
Classificação dos métodos clássicos e instrumentais
Os métodos de análises químicas se dividem em dois grandes grupos. Os clássicos, compreendem a gravimetria e a volumetria. Os instrumentais englobam as Separações Cromatográficas, a Eletroquímica (Potenciometria, Coulometria e Eletrogravimetria), a Espectroscopia (Espectroscopia de absorção e emissão atômica e a Espectroscopia de absorção e emissão molecular), além de outras técnicas como a Espectrometria de massas, Ressonância magnética nuclear e Técnicas de Infravermelho.
O que favoreceu o avanço das técnicas analíticas instrumentais?
As técnicas analíticas instrumentais, a cada dia, têm-se sobressaído, principalmente por conta das melhorias ocorridas nos setores tecnológicos, tanto na instalação de instrumentos analíticos mais robustos e menores, quanto na evolução de programas de funcionamento e tratamento de dados possibilitando a otimização do tempo de análise e de interpretação das respostas obtidas. Esse avanço tem contribuído, juntamente com outros fatores comerciais, a um abaixamento nos preços dos equipamentos de laboratório.
Importância da Análise Química Instrumental
A análise química instrumental desempenha papel importante em muitas outras áreas como na Química Orgânica, Química Inorgânica, Físico-Química, nas Ciências do Meio Ambiente (Ecologia, Meteorologia, Oceanografia), na Geologia (Geofísica, Geoquímica, Paleontologia, Paleobiologia), na Agricultura (Ciências dos Solos, Ciência da Alimentação, Agronomia, Ciências dos Animais, Horticultura), na Física (Astrofísica, Astronomia, Biofísica), na Engenharia (Química, Civil: | Elétrica, Mecânica, Materiais, Bioquímica|), na Biologia (Botânica, Genética, Microbiologia, Biologia Molecular, Zoologia)na Medicina (Química Clinica, Química Medicinal, Toxicologia), na Farmácia (Análise clínicas, Hematologia, medicamentos), nas Ciências Sociais (Forense, Arqueologia, Antropologia), nas Ciências dos Materiais (Metalurgia, Polímeros) e em muitas outras.
Como escolher as Técnicas Analíticas Instrumentais
A escolha da técnica instrumental de análise química deve ser escolhida de acordo com o objetivo desejado. Espécies a serem determinadas, equipamentos disponíveis, custo/benefício, entre outros fatores. A utilização das técnicas instrumentais pode ser do tipo on line em que a análise é executada de forma interligada entre preparação-separação-detecção, podendo ser ou não, automatizada. Ou off line, na qual a preparação, separação e detecção dos componentes em estudo não estão integrados.
Aspectos técnico-científicos e econômicos na escolha da técnica de análise instrumental
Diversos aspectos são observados antes de se iniciar a escolha da técnica analítica instrumental. Dentre eles pode-se citar as propriedades físico-químicas como solubilidade, pKa, especiação, entre outras, do componente de interesse a ser analisado. A matriz analítica com a qual será feita a análise como resíduos industriais, sedimentos, água, ar, solo, fluido biológico, plantas, frutos do mar, entre outras, como o estado físico, se é sólido, líquido ou gasoso. O período de tempo para obtenção dos resultados, se é a curto, médio ou a longo prazo. Necessidade de existirem métodos analíticos desenvolvidos e/ou validados que respondam aos Limites de Detecção ou de Quantificação requeridos pelos instrumentos legais para o componente a ser determinado. Repercussão gerada pelo resultado analítico obtido. Resultados com baixo desvio padrão, indicando a robustez da técnica de análise escolhida, mesmo que as condições de uso sejam variáveis. Técnica destrutiva ou não-destrutiva. Satisfação da resposta analítica. Custo/benefício por análise. Após a avaliação destes aspectos, poderá ter início a análise química.
Técnicas de análise química instrumental
As técnicas instrumentais de análise química são separadas em três grandes áreas principais: A Cromatografia, técnica de separação e identificação de componentes de uma mistura. A Eletroquímica, responsável pelo estudo das reações que abrangem a transferência de elétrons e a transformação de energia química em energia elétrica e a Espectroscopia, que tem como princípio a interação da radiação eletromagnética com a matéria. Cada uma dessas técnicas caracteriza-se por suas peculiaridades e pelos componentes químicos de interesse viáveis de identificação e/ou quantificação.
Aplicações da Análise Química Instrumental
A análise química instrumental está inserida em diversas áreas do conhecimento e apresenta inúmeras aplicações como a determinação da composição, pureza e qualidade, desde a matéria prima até o produto final, favorece o controle e otimiza processos industriais, atua no controle de impurezas e subprodutos, assegura a conformidade com a legislação quanto a composição máxima e mínima, ajuda a monitorar e proteger o meio ambiente, local de trabalho, residência e natureza e quantifica e qualifica as espécies químicas a serem determinadas.
Considerações finais
A química analítica engloba qualquer classe de testes que forneçam conhecimentos sobre a composição química de uma amostra. Frente a isso, as técnicas analíticas instrumentais têm se desenvolvido bastante com o passar dos anos e isso se deve, em parte, ao avanço tecnológico, aliado à automatização analítica, equipamentos menores, lançamento de programas integrados, associado ao custo/benefício e maior acessibilidade na aquisição de equipamentos e materiais de consumo e referência. Diante disso, a análise de rotina tem se intensificado, reafirmando, dessa forma, a importância da Química Analítica.
A análise química instrumental apresenta uma natureza interdisciplinar, o que a torna uma ferramenta essencial em laboratórios acadêmicos, médicos, industriais, governamentais entre outros. Embora o avanço de técnicas analíticas instrumentais tenham trazido amplos benefícios, os métodos analíticos clássicos devem ser compreendidos pois dessa forma, haverá aumento das possibilidades de aplicações e usos das técnicas instrumentais de análises químicas.
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