A química possui papel estratégico na exploração, identificação, desenvolvimento e compreensão da estrutura interna e externa de cada elemento químico que compõem os minerais. É por meio de técnicas utilizadas em química analítica, que se é possível qualificar e quantificar a pureza de um determinado elemento químico em uma dada amostragem de minério.  Dentre as técnicas mais utilizadas, merecem destaque a: a Espectrofotometria no ultravioleta-visível, Ressonância Magnética Nuclear (RMN).

Primeiro Parágrafo

Espectrofotometria de absorção no UV-Visível

A espectrofotometria pode ser definida como toda técnica analítica que usa a luz para medir as concentrações das soluções, através da interação da luz com a matéria. A luz de uma maneira geral é mais bem descrita como sendo uma radiação eletromagnética  em virtude de sua natureza dualística. Ou seja, ela existe e tem um comportamento de campos elétricos e magnéticos oscilantes.

A técnica espectroscópica é baseada no aumento de energia em função do aumento da frequência da radiação incidida. Quando uma espécie química absorve energia na forma de fótons, seus elétrons ficam excitados e ocorre uma transição de um orbital de mais baixa energia para outro de maior energia. Um exemplo disso são compostos químicos que apresentam duplas ligações C=C no benzeno e C=O, a carbonila

Os componentes principais de um espectrofotômetro são e suas respectivas funções

Fonte de Luz: é composta por uma lâmpada de deutério e uma lâmpada de tungstênio (semelhante à lâmpada de carro). A lâmpada de deutério emite radiação UV e a de tungstênio emite luz visível.

Monocromador:  alguns espectrofotômetros ainda possuem um prisma como monocromador, porém os mais modernos possuem dispositivos eletrônicos que transformam a luz incidida em vários comprimentos de onda, em um só comprimento, ou seja, a luz monocromática.

Cubeta: é o recipiente propício para conter a amostra que será utilizada na análise, as cubetas podem ser de quartzo, vidro e acrílico, porém recomenda-se que seja usada uma cubeta de quartzo por que o vidro e o plástico absorvem UV e causa a reflexão da luz visível.

Detector: o detector é um dispositivo que detecta a fração de luz que passou pela amostra e transfere para o visor e para o computador acoplado ao aparelho.

Análise espectrofotométrica

Passo 1: a amostra deve ser preparada com a quebra da amostra por métodos mecânicos, químicos ou físicos;

Passo 2: a amostra é solubilizada no solvente escolhido em um balão volumétrico limpo e seco;

IMPORTANTE: o solvente na maioria das vezes é água, porém, quando tratar-se de amostras apolares que precisam ser diluídas em solvente orgânico nunca utilize alcenos, alcinos, cetonas ou qualquer outro que tenha ligações C=C ou C=O ou triplas.

Passo 3: em uma cubeta é colocado o solvente puro e lido no comprimento de onda o mesmo que será lida a amostra, esse procedimento é chamado leitura em branco, e tem como finalidade minimizar os erros causados, pela absorção luz ocasionados pelo vidro e pela água;

Passo 4: a amostra é filtrada em uma membrana de 0,2 μm, por que a solução deve estar totalmente límpida a fim de diminuir ao máximo o erro causado por partículas em suspensão, a cubeta contendo o branco e retirado do equipamento e sua absorção anotada. Após esse processo a solução de interesse é lida, e dessa absorbância é subtraído a leitura do branco.

Cuidados em espectrofotometria

  • É imprescindível que o equipamento seja calibrado e manuseado de acordo com as instruções do fabricante, por ele já traz a margem de erro que o aparelho tem;
  • Evitar erros de leitura certificar-se de que o equipamento esteja fechado. Antes da leitura a luz do ambiente pode interferir no resultado;
  • Manter sempre limpo e fechado a fim de evitar o acumulo de partículas de poeira que interferem na análise. Em hipótese alguma toque a cubeta com as mãos sem luvas, a nossa mão contém gorduras e interferem na leitura.
  • Só podem ser analisados por espectrofotometria de absorção compostos que absorvem luz.
  • Em caso de soluções fortemente coloridas como permangantos, complexos altamente coloridos, dicromatos, cromatos e outros compostos com cores altamente acentuadas deverão ser feitas no mínimo 5 diluições de concentração conhecida e lidas no espectrofotômetro e uma curva analítica deverá ser traçada afim de determinar o coeficiente de extinção molar. Soluções muito concentradas tendem provocar erros de leitura por que existem muitas moléculas próximas umas das outras.

Ressonância Magnética Nuclear (RMN)

A técnica de ressonância magnética nuclear (RMN) é uma técnica espectroscópica, ou seja, baseia-se no estudo da interação da radiação eletromagnética com a matéria. Especificamente, a RMN estuda a interação da radiação na frequência das ondas de rádio com núcleos atômicos.Quando sujeitos a um campo magnético intenso (B0), alguns núcleos atômicos – como 1H, 13C, 19F, 31P, entre outros – são capazes de absorver a energia de determinada radiação eletromagnética.

A espectroscopia de RMN analisa a frequência correspondente a esta energia (frequência de ressonância) e o tempo em que os núcleos (após irradiação) levam para voltar à temperatura ambiente. Este tempo de resfriamento é conhecido como tempo de relaxação.

Os núcleos atômicos que estão sujeitos a ambientes químicos e magnéticos diferentes absorvem energia em uma frequência específica e podem ser diferenciados dentro de uma mesma molécula. Da mesma forma, a movimentação molecular e as interações com ambientes magnéticos distintos fazem com o tempo de relaxação entre os núcleos seja diferente. O tempo de relaxação fornece informações sobre a composição química e as propriedades físico-químicas da amostra.

Aplicações da RMN

Atualmente a ressonância magnética nuclear é a ferramenta mais poderosa utilizada na determinação estrutural de compostos orgânicos e inorgânicos, sendo também empregada em medidas quantitativas, em análises físico-químicas, entre outras aplicações..

As aplicações espectroscópicas da RMN podem ser subdivididas em alta e baixa resolução. Os experimentos de RMN de alta resolução (RMN-AR) utilizam espectrômetros de campos magnéticos altos (B0 de 5 a 20 Teslas) e homogêneos e são baseados nas informações obtidas pela frequência nuclear.

Os experimentos de baixa resolução (RMN-BR) são obtidos com campos magnéticos baixos (inferiores a 2 Teslas) e pouco homogêneos. Neste caso, as medidas são baseadas principalmente no tempo de relaxação. Por este motivo, a técnica também é conhecida como RMN no domínio do tempo ou RMN-DT.

Conclusão

O conhecimento e domínio dessas técnicas é imprescindível para o êxito nos resultados buscados na análise de minério. Sem o uso destas, a prospecção e caracterização de minério demandariam muito tempo, o que ocasionaria o encarecimento de toda a cadeia produtiva, tornando assim sua exploração e comercialização inviável! É importante salientar, que estudos para o avanço e aprimoramento destas técnicas, proporcionarão uma maior ascensão no desenvolvimento e rendimento da pesquisa mineral, o que consequentemente, aumentará a cadeia produtiva deste setor tão importante para o desenvolvimento econômico e social de um país.

Bibliografia

CAMPO, G.; BERREGI, I.; CARACENA, R.; SANTOS, J. I. Quantitative analysis of malic and citric acids in fruit juices using proton nuclear magnetic resonance spectroscopy. Analytica Chimical Acta, v. 556, p. 462-468, 2006.

Harris, Daniel C.; Análise Química Quantitativa; tradução Carlos Alberto Riehl…[et al.].5.ed. LTC Editora, Rio de Janeiro:1999. cp.19,20,21.

Imagem: Por goncalvesmb (Own work) [CC BY-SA 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], via Wikimedia Commons

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