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Disertación de Maestría
DOI
10.11606/D.59.2017.tde-19072017-135220
Documento
Autor
Nombre completo
Luís Eduardo Bernardes
Dirección Electrónica
Instituto/Escuela/Facultad
Área de Conocimiento
Fecha de Defensa
Publicación
Ribeirão Preto, 2017
Director
Tribunal
Veiga, Márcia Andreia Mesquita Silva da (Presidente)
Andrade, Jose Fernando de
Nobrega, Joaquim de Araujo
Título en portugués
Desenvolvimento de métodos analíticos para determinação de Ca, Mg, Na, K, S e P, em biodiesel, por espectrometria de absorção atômica e molecular de alta resolução e fonte contínua
Palabras clave en portugués
Biodiesel
Digestão ácida
FAAS
Fotodegradação
HR-CS MAS
Resumen en portugués
O crescimento do consumo energético trouxe a necessidade do desenvolvimento de fontes alternativas de energia, uma vez que os combustíveis fósseis, além dos impactos ambientais, constituem uma fonte finita, cuja formação leva milhares de anos para ocorrer. Neste contexto, surge o biodiesel, uma fonte de energia renovável e que pode ser obtido através da reação de transesterificação dos triglicerídeos presentes em óleos vegetais e gorduras animais com álcoois de cadeia curta. Assim como os combustíveis derivados do petróleo, o biodiesel deve seguir alguns parâmetros de qualidade estabelecidos pela Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis (ANP). A estabilidade e a qualidade do biocombustível são afetadas por uma série de fatores, dentre os quais as concentrações de magnésio, cálcio, sódio, potássio, enxofre e fósforo. Visando unificar a determinação destes analitos através da espectrometria de absorção atômica e da espectrometria de absorção molecular de alta resolução e fonte contínua, foram propostos como métodos de preparo de amostra a digestão ácida e a fotodegradação para determinação de Mg, Ca, Na e K por FAAS, e análise direta para determinação de S e P por GF MAS. O preparo de amostra influenciou no limite de detecção dos elementos, visto que os melhores LOD para Na, K e Ca foram observados através da digestão ácida, especialmente na condição 2, empregando 6,0 mL de HNO3, 2,0 mL de H2O2 e 2,0 mL de HCl, enquanto que para Mg o menor LOD ocorreu para a fotodegradação por reação foto-Fenton. Os menores valores de RSD para Mg e Ca foram obtidos por fotodegradação foto-Fenton e por TiO2, respectivamente, e para Na e K por fotodegradação foto-Fenton e digestão ácida na condição 2, respectivamente. O biodiesel estava dentro das especificações exigidas pela legislação, então foram realizados testes de adição e recuperação para avaliar a exatidão dos métodos propostos. O Mg foi o analito cuja determinação apresentou as menores concentrações características, indicando maior sensibilidade, e também os menores LOD, enquanto que o cálcio apresentou a menor sensibilidade. A digestão ácida com 6,0 mL de HNO3 e 4,0 mL de H2O2 e a fotodegração foto-Fenton possibilitaram as melhores recuperações de analito considerando o conjunto dos 4 elementos, com variação de 88 % a 108 %. O padrão de enxofre a base de óleo mineral demonstrou não ser apropriado para a determinação de enxofre em biodiesel por análise direta. O uso de 2-mercaptoetanol como padrão, no entanto, possibilitou o estudo da molécula CS na amostra de biodiesel, apresentando-se mais compatível e com ganho de sensibilidade nas medidas. O emprego de Ir como modificador químico permanente e da mistura Pd/Mg permitiu boa estabilização da molécula CS, um LOD de 1,8 µg g-1 de biodiesel foi obtido, e a concentração de S na amostra não enriquecida foi de 6,2 µg g-1, abaixo do limite máximo permitido. Para o fósforo, somente foi possível obter sinal analítico em 246,40 nm, correspondente a uma transição rotacional da molécula PO, utilizando W como modificador químico. O LOD obtido foi de 2,2 µg g-1, e a concentração estimada na amostra pura pela curva de adição padrão estava entre o LOD e o LOQ calculados, abaixo do limite máximo permitido. Os métodos desenvolvidos mostraram-se apropriados para a determinação dos analitos na amostra de biodiesel via espectrometria de absorção atômica/molecular por chama e forno de grafite, atendendo a legislação vigente
Título en inglés
Development of analytical methods for determination of Ca, Mg, Na, K, S and P, in biodiesel, by atomic absorption spectrometry and high-resolution continuum source molecular absorption spectrometry
Palabras clave en inglés
Acid digestion
Biodiesel
FAAS
HR-CS MAS
Photodegradation
Resumen en inglés
The increase in the energy consumption over the last years led to the research and development of alternatives sources of energy, once the fossil fuels, besides their environmental effects, represent a finite source which takes thousands of years to be formed. In this context, biodiesel arises as a renewable source that can be produced by the transesterification reaction between triglycerides of vegetable oils or animal fat and short chain alcohols. As well as for oil-derived fuels, biodiesel must obey some quality specifications established by the National Petroleum, Natural Gas and Biofuel Agency (NPA). The stability and quality of biofuels are influenced by conditions such as the concentration of magnesium, calcium, sodium, potassium, sulfur and phosphorus. This study aims to unify the determination of these elements by atomic absorption spectrometry and high-resolution continuum source molecular absorption spectrometry techniques. The proposed methods of sample treatment are the acid digestion and the photodegradation for Mg, Ca, Na and K by FAAS, and the direct analysis for S and P by GF MAS. The limits of detection were influenced by the sample treatment. The lowest LOD values for Na, K and Ca were observed through acid digestion, especially second condition (6,0 mL of HNO3, 2,0 mL of H2O2 and 2,0 mL of HCl), while for Mg the lowest LOD was achieved by photo-Fenton photodegradation. The lowest RSD values for Mg and Ca were observed by photo-Fenton and TiO2 photodegradations, respectively, and for Na and K by photo-Fenton photodegradation and acid digestion (condition 2), respectively. The biodiesel sample was within the specifications legally required, therefore recovery tests were used to evaluate the accuracy of the proposed methods. Magnesium was the analyte whose determination showed the lowest characteristic concentrations, which indicates the best sensitivity, and also the lowest detection limits, while calcium was the least sensitive analyte. The acid digestion (6.0 mL of HNO3 and 4.0 mL of H2O2) and photodegradation by photo-Fenton reaction allowed the best recoveries, considering the set of 4 analytes, ranging from 88 % to 108 %. The oil-based standard was not appropriated for sulfur determination in biodiesel sample by direct analysis. The use of 2-mercaptoethanol as a standard led to a better sensitivity, in addition to the compatibility with the sample. Iridium as permanent chemical modifier, along with a mixture of Pd/Mg, provided good stabilization of CS molecule, a LOD of 1.8 µg g-1 was achieved, and the sulfur concentration in the biodiesel sample, obtained by standard addition method, was 6.2 µg g-1, below the limit legally established. Regarding phosphorus study for determination in biodiesel, an acceptable analytic signal was obtained at 246.40 nm, which corresponds to a rotational transition of PO molecule. The calculated LOD was 2.2 µg g-1, and the estimated concentration in the pure sample, obtained by a standard addition curve, was between the LOD and LOQ, below the limit legally established. The developed methods were appropriated for determination of the proposed analytes set in biodiesel sample by atomic/molecular absorption spectrometry, in agreement with current legislation
 
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Fecha de Publicación
2017-08-31
 
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