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Dissertação de Mestrado
DOI
https://doi.org/10.11606/D.3.2023.tde-23022024-081009
Documento
Autor
Nome completo
Vitoria Honorato Franco de Menezes
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2023
Orientador
Banca examinadora
Melo, Hercilio Gomes de (Presidente)
Costa, Virginia
Ferrari, Jean Vicente
Título em português
Uso da voltametria de micropartículas (VMP) para identificação de elementos metálicos presentes em produtos de corrosão e pigmentos.
Palavras-chave em português
Identificação de patrimonio cultural
Metais
Pigmentos
Produtos de corrosão
Voltametria de micropartículas
Resumo em português
A voltametria de micropartículas (VMP) é uma técnica eletroquímica de análise de sólidos que requer pequenas quantidades de material. Por ser considerada não invasiva (ou microinvasiva), dispor de equipamentos portáteis, apresentar baixo custo e fácil interpretação de resultados, tem sido utilizada pela ciência da conservação e aplicada em análises de objetos do patrimônio cultural. Observa-se na literatura, porém, a falta de um procedimento padrão para análise de amostras, com uma grande variedade de técnicas voltamétricas e eletrólitos. Assim, o objetivo desse trabalho é contribuir para a criação de uma base de dados para análise de metais por VMP a partir de amostras de composições conhecidas, e utilizar essa base de dados como referência para identificar a presença de íons metálicos em pigmentos utilizados em obras de arte e em produtos de corrosão. Para isso, inicialmente, foram selecionadas algumas amostras metálicas (prata, cobre, ferro, estanho, chumbo, zinco e tungstênio), que foram analisadas por MEV-EDS (microscopia eletrônica de varredura com análise por energia dispersiva de raios-X para determinação da composição elementar), e eletrólitos comumente utilizados na literatura para ensaios de VMP (ácido oxálico, ácido clorídrico, ácido sulfúrico, cloreto de potássio, hidróxido de sódio e solução tampão de acetato de sódio). A partir dos resultados de VMP utilizando voltametria cíclica e de onda quadrada verificou-se que a solução tampão de acetato de sódio seria a mais adequada para realizar os ensaios com os compostos (pigmentos e produtos de corrosão), pois foi a única que permitiu a identificação de picos anódicos para todos os metais escolhidos. Após esses resultados iniciais foram realizados ensaios de VMP em produtos de corrosão formados em duas peças metálicas anteriormente expostas a condições não controladas, e em pigmentos selecionados a partir de uma coleção de propriedade da Pinacoteca de São Paulo e fornecidos pela Professora Dra. Márcia de Almeida Rizzutto. Os resultados obtidos mostraram que através da coleta de pequenas quantidades de amostra, necessárias para a realização dos ensaios de VMP, foi possível identificar os picos de oxidação associados aos elementos metálicos presentes nas diferentes amostras, cuja presença nos referidos materiais foi confirmada por análises por MEV-EDS e espectroscopia Raman. A representação dos picos obtidos nas medidas voltamétricas em unidades arbitrárias se revelou uma boa metodologia para análise dos resultados, permitindo uma comparação clara entre os picos obtidos a partir dos diferentes materiais ensaiados com aqueles determinados para as amostras metálicas de referência, os quais mostraram boa concordância, confirmando que a VMP pode ser utilizada de modo efetivo para a finalidade inicialmente proposta no projeto. O desenvolvimento do projeto também demonstrou que mudanças nas condições de realização dos ensaios de VMP (tipo de técnica e parâmetros de controle experimentais) podem ser essenciais para revelar aspectos importantes dos processos eletroquímicos interfaciais.
Título em inglês
Use of voltammetry of microparticles (VMP) for the identification of metallic elements present in corrosion products and pigments.
Palavras-chave em inglês
Corrosion products
Cultural heritage
Metal identification
Pigments
Voltammetry of microparticles
Resumo em inglês
Voltammetry of microparticles (VMP) is an electrochemical analytical technique for the analysis of solids that requires small amounts of material. Due to it being considered non-invasive (or microinvasive), having portable equipment, being of low cost and presenting results that are easy to interpret, it has been used by conservation science and applied to the analyzes of cultural heritage objects. However, the literature presents a lack of standard procedures for samples analyzes, with a wide variety of voltammetric techniques and electrolytes being employed. So, the aim of the present work was to contribute to the creation of a database for VMP experiments based on samples of known composition, and to use it as a reference to identify the presence of metallic ions in pigments used in works of art and in corrosion products. For this, initially, some metallic samples were selected (silver, copper, iron, tin, lead, zinc and tungsten), which were analyzed by SEM-EDS (scanning electron microscopy coupled to X-ray energy dispersive spectroscopy for elementary composition analysis), as well as electrolytes commonly used in the literature for VMP experiments (oxalic acid, hydrochloric acid, sulfuric acid, potassium chloride, sodium hydroxide and sodium acetate buffer solution). From the results of VMP using cyclic and square wave voltammetry, it was verified that the sodium acetate buffer solution would be the most adequate to carry out the tests with the compounds (pigments and corrosion products), since it was the only electrolyte that allowed the identification of anodic peaks for all chosen metals. After these initial results, VMP tests were carried out on corrosion products formed on two metallic pieces previously exposed to uncontrolled conditions, and on pigments selected from a collection owned by Pinacoteca de São Paulo and provided by Professor Dr. Márcia de Almeida Rizzutto. The results showed that sampling only small amounts of powder allowed the identification of oxidation peaks associated with the metallic elements present in the different compounds, whose presence in the referred materials was confirmed by SEM-EDS analysis and Raman spectroscopy. The representation of the peaks obtained in the voltammetric measurements in arbitrary units proved to be a good methodology for presenting the results, allowing a clear comparison between the peaks obtained from the different tested materials with those from the metallic reference samples, which were in good agreement, confirming that VMP can be used effectively for the purpose initially proposed in the project. The development of the project also demonstrated that changes in the conditions for carrying out the VMP assays (type of technique and experimental parameters control) can be essential to reveal important features of the interfacial electrochemical processes.
 
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Data de Publicação
2024-02-26
 
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