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Dissertação de Mestrado
DOI
10.11606/D.46.2010.tde-08112010-091604
Documento
Autor
Nome completo
Marcos Alves dos Santos
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2010
Orientador
Banca examinadora
Gutz, Ivano Gebhardt Rolf (Presidente)
Bertotti, Mauro
Oliveira, André Fernando de
Título em português
Titulações potencio-condutimétricas simultâneas: método, programas para simulação e análise de dados e exemplos reais de aplicação
Palavras-chave em português
Análise de dados de titulações
Condutometria
Programa de análise de titulações
Simulador de titulações
Titulações ácido-base
Titulações condutimétricas
Titulações potenciométricas
Resumo em português
A despeito dos avanços instrumentais, as titulações continuam sendo largamente aplicadas em laboratórios de química analítica. Seu amplo uso está relacionado com a boa exatidão em aplicações bem estabelecidas e freqüente indicação como método de referência (p. ex., farmacopéias), equipamentos simples, comuns e de custo reduzido, consumo moderado de tempo e de reagentes. Entre as técnicas de titulação, destacam-se as potenciométricas (TP), empregadas universalmente para a quantificação de um ou mais componentes ácidos ou básicos em soluções aquosas ou não aquosas, possibilitando ainda determinar as constantes de dissociação de ácidos e de protonação de bases. Na análise de dados de TP são, via de regra, empregados os métodos clássicos (derivadas), porém, para sistemas compreendendo componentes multiprotonáveis, as inflexões das curvas de titulação deixam ser nítidas, especialmente em baixas concentrações. Nestas condições desfavoráveis, ainda assim podem-se obter resultados satisfatórios recorrendo a métodos de linearização das curvas ou analisando os dados por regressão não linear (RNL), facilmente implementáveis em computadores, hoje disseminados nos laboratórios. Outra técnica clássica para acompanhamento de titulações é a condutimétrica (TC), menos utilizada que a TP nos dias atuais, salvo para ácidos ou bases muito fracas, servindo para prover dados complementares em estudos de formação de complexos ou na caracterização de amostras ambientais. Tipicamente os pontos estequiométricos coincidem com a intersecção de segmentos de reta. Para amostras muito diluídas, com sistemas multipróticos ou com elevada concentração de eletrólitos em relação às espécies tituladas, a interpretação gráfica fica dificultada e a precisão decai. Pesquisas recentes mostraram que é possível aproveitar informações obtidas por TP para alimentar modelos de regressão não linear de TC e, assim, obter informações mais completas das amostras estudadas. No presente trabalho, avançou-se nesta linha criando programas computacionais para a análise simultânea de dados obtidos por TC e TP, empregando o método de RNL e minimizando os desvios (ou o quadrado dos desvios) dos dois conjuntos completos de dados para prover caracterização mais completa das amostras e melhoria na precisão dos resultados. Um programa de simulação de dados de TC e TP das mais diversas combinações e concentrações de sistemas ácido-base, com recursos para acrescentar erros aleatórios às variáveis simuladas, foi também desenvolvido. Permitiu verificar a validade e potencialidade do método da TPC-RNL e aperfeiçoar o programa de análise simultânea de dados. O programa de TPC-RNL foi aplicado inicialmente à re-avaliação de dados de titulações de água de chuva anteriormente coletadas e analisadas por outro colaborador do grupo. Como exemplo de aplicação original a amostras reais difíceis tanto para a TC como a TP isoladamente, determinou-se, por TPC, baixas concentrações de ácidos orgânicos de baixo peso molecular em amostras obtidas do produto de oxidação acelerada do biodiesel. Os resultados se mostraram compatíveis com os obtidos por outro pesquisador que recorreu à eletroforese capilar, sendo que o pH, a condutividade e a força iônica das amostras também foi reproduzida pelo programa Peak Master alimentado com as concentrações ajustadas por RNL
Título em inglês
Simultaneous pontetio-condutimetric titrations: method, software for simulation and data analysis and examples of real application
Palavras-chave em inglês
Acid-base titrations
Conductance simulator
Conductimetric titration
Conductommetry
Potentiometric tritration
Regression analysis of titrations
Software for titrations
Resumo em inglês
Despite all the advances in instrumental techniques, titrations are still widely applied in analytical chemistry laboratories. Its widespread use is associated with good accuracy, well established applications, simple, readily available and low cost equipment, moderate consumption of time and reagents and frequent indication as a reference method (eg., Pharmacopoeias). Potentiometric titrations (PT) outstands among other techniques, being universally used for the quantification of one or more basic or acidic components in aqueous or non aqueous samples and enabling further determination of the dissociation constants of acids and bases. Data analysis of PT with the glass electrode is typically done by finding the inflections of the curves with help of simple derivatives. However, PT curves of systems with multiprotonable components, specially at very low concentrations, fail to show sharp inflections. Under such unfavorable conditions, satisfactory results can still be obtained by using curve linearization methods or nonlinear regression (NLR) methods, now at the reach of every laboratory computer. Another classic technique for following titrations is conductivity (CT), less used routinely than PT nowadays except for very weak acids or bases, but still valuable as a complementary technique in equilibrium studies of complex formation or for the characterization of environmental samples. The stoichiometric points of simple CTs are found at the intersection of line segments. For very dilute samples or for multiprotic systems or with high concentrations of electrolytes compared to the species to be titrated, the graphical interpretation becomes difficult and the accuracy declines. Recent research has shown that it is possible to harness information obtained by PT to render non-linear regression models of CT solvable, thus extracting more complete information of the samples. This dissertation is devoted to the development and evaluation of software for the simultaneous analysis of data from CT and PT gathered together in the laboratory or by simulation, using the method of NLR with minimization of the weighted deviations (or their squares) of the two full data sets to provide more complete characterization of the samples and to improve the precision of the results. A simulation program for generating CT and PT curves for freely combined acid-base systems over a wide concentration range, with features to add random errors to the simulated variables was also developed. The simulator was used to evaluate the validity and potentiality of the PCTNLR method and improve the software of simultaneous data analysis. The program of PCT-NLR was applied firstly to the re-evaluation of data from titrations of rainwater collected and analyzed previously by another contributor to the group. As an original application example to real samples that are difficult for CT or PT separately, low concentrations of organic acids of low molecular weight were determined by PCT-NLR in samples from accelerated biodiesel oxidation tests. The results were consistent with those obtained by another researcher who used the capillary electrophoresis. The pH, ionic strength and conductivity of the samples were also reproduced by the program Peak Master using concentrations adjusted by NLR
 
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ErrataMarcosAlves.pdf (78.86 Kbytes)
Data de Publicação
2011-06-15
 
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