• 04 de Julho de 2023

Pesquisadores da Embrapa Instrumentação e da Escola de Engenharia de Lorena, da Universidade de São Paulo (EEL/USP), desenvolveram um modelo de calibração (veja explicação abaixo) capaz de quantificar mercúrio em chorume de aterro sanitário e em amostra certificada de solo. O modelo faz a calibração da técnica de espectroscopia de emissão de plasma induzido por laser (LIBS, na sigla em inglês) com uma amostra de solo. Trata-se de um feito inédito no mundo, porque é a primeira vez que um grupo de pesquisa consegue calibrar essa técnica com um tipo de amostra e aplicá-la a outra.

Apesar de ser considerada uma técnica poderosa, a LIBS apresenta baixa sensibilidade para alguns elementos; entre eles, o mercúrio. Para contornar esse obstáculo, os pesquisadores empregaram um sistema LIBS de duplo pulso (DP-LIBS), desenvolvido de forma inédita no Brasil, na Embrapa Instrumentação, com parâmetros otimizados para cada uma das duas amostras – solo e chorume. Um dos principais avanços do estudo foi melhorar o limite de detecção do sistema DP-LIBS para o mercúrio, tornando-o mais preciso e sensível quando comparado a sistemas LIBS convencionais.

O que são modelos de calibração

Modelos de calibração relacionam o sinal medido pela técnica de análise com a concentração do elemento de interesse. Uma vez calibrada, a técnica permite a quantificação do elemento de interesse em outras amostras. Nesse estudo, os pesquisadores desenvolveram um modelo que relaciona o sinal coletado com o que é previsto por equações de mecânica estatística e de mecânica quântica.

O maior desafio da pesquisa foi fazer com que o mesmo protocolo de medida fosse empregado para analisar diferentes tipos de amostra. Além disso, o modelo conseguiu corrigir as variações dos dados causadas pelas condições experimentais. O estudo demonstrou que é possível otimizar o sistema LIBS para cada tipo de amostra, etapa importante para quantificação de mercúrio em concentrações baixas.

Potencial do método

De acordo com o coordenador do estudo, o pesquisador da Embrapa Paulino Ribeiro Villas-Boas, a proposta era confirmar uma teoria, a possibilidade de se usar a técnica LIBS para medir diferentes tipos de amostras, como as de solos e as de chorume, com o mesmo modelo.

Para ele, o modelo desenvolvido abre novas possibilidades para análises usando LIBS. “Esse resultado indica que o modelo tem potencial não apenas para reduzir os efeitos dos tipos de amostras analisadas, mas também para compensar variações do sistema LIBS, permitindo assim otimizar o sistema para cada tipo de amostra e para cada elemento”, diz o pesquisador.

“Os efeitos nos tipos de amostras causados pelas propriedades físico-químicas delas levam a variações nos parâmetros do plasma e nas intensidades das linhas de emissão e podem comprometer a confiabilidade dos resultados”, explica o professor da EEL/USP Carlos Renato Menegatti. Ele contou que, embora as amostras tenham características físico-químicas distintas, não se sabia até que ponto essas diferenças poderiam afetar as intensidades da linha de emissão de mercúrio.

O que é LIBS A espectroscopia de emissão de plasma induzido por laser (LIBS) é uma técnica de química analítica capaz de detectar e quantificar qualquer elemento da tabela periódica. A técnica não requer reagentes químicos, nem exige preparo de amostras, tornando-a ideal para análises em larga escala, de baixo custo, rápida, precisa e que não gera resíduos tóxicos. Por isso, ela apresenta enorme potencial para análises agroambientais. Já os métodos convencionais usam reagentes químicos para extrair os elementos, precisam de preparo de amostra e são mais lentos.

No trabalho atual, os pesquisadores ajustaram o sistema LIBS para cada tipo de amostra, a fim de se obter medições precisas de concentrações de mercúrio variando de 50 a mil partes por milhão (ppm). Segundo Villas-Boas, as variações da composição química das amostras e nos parâmetros do sistema DP-LIBS dificultam muito o desenvolvimento de modelos de quantificação.

Ele lembra que uma das maiores dificuldades é ter um único modelo para solos, considerando que eles têm composições químicas e físicas muito variadas. “Então nós trabalhamos com modelos baseados em princípios físicos, no equilíbrio local termodinâmico e nas distribuições dos estados de energia dos átomos e dos íons, por exemplo. Partimos de modelos físicos de mecânica estatística e mecânica quântica, mostrando que é possível calibrar o sistema com um tipo de matriz e aplicar em outro”, relata o pesquisador.

• Fonte: Joana Silva (MTb 19.554/SP) Embrapa Instrumentação