Voltametria de remoção análise de poluentes na água em níveis nanomolares

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Voltametria de remoção: análise de poluentes na água em níveis nanomolares

        

        Para garantir água potável, o abastecimento de água deve ser analisado com frequência e há necessidade de realizar análise repetidamente no nível submicromolar também, o que oferece um grande desafio econômico, por ser caro.

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Antes de falar das técnicas eletroquímicas para analisar os poluentes, vamos observar a tabela a seguir, que lista as diretrizes para os níveis máximos aceitáveis de certos elementos encontrados como seus íons na água potável. Ela traz alguns ânions que são motivo de preocupação, no entanto, não podemos relacionar a toxicidade de um elemento apenas com sua concentração. Por exemplo, o cromo em seu estado de oxidação mais alto, o Cr(VI), é muito mais tóxico do que o Cr(III). Por outro lado, a toxicidade do Arsênio(III) excede a do As(V).

E uma observação é que a tabela traz duas unidades, pois os ambientalistas geralmente usam parte por milhão como sua escala de concentração, enquanto os químicos preferem subunidades da escala molar.

Então para lidar com os níveis de concentração desses elementos na água, usamos um método eletroanalitico chamado de análise de redissolução.

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Existem muitas variedades desta técnica, mas todos elas compartilham os seguintes princípios: uma substância derivada da espécie-alvo é acumulada da solução aquosa em um eletrodo de metal durante um estágio de pré-concentração. Após este período, através de uma varredura rápida (de poucos segundos) todo o material coletado é re-oxidado para a solução (stripping). Isto possibilitou que se alcançassem limites ainda menores de concentração.

Variações na técnica de análise de redissolução, surgem de diferentes escolhas de eletrodo, diferentes estratégias de acumulação durante o estágio de pré-concentração e diferentes sinais de redissolução durante o estágio de medição.

A nomenclatura das várias opções não é totalmente padronizada, e as duas opções marcadas com asteriscos, que provavelmente são as mais frequentemente empregadas, geralmente estão implícitas quando os respectivos nomes voltametria de redissolução anódica e voltametria de redissolução catódica adsortiva são usados sem qualificação adicional. 

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Os íons de metal alvo, como os de prata, ouro ou mercúrio podem ser catodicamente eletrodepositados como metais a partir de soluções agitadas em um eletrodo sólido (de platina ou carbono vítreo, por exemplo).

Após um período de espera para permitir que o movimento convectivo diminua, um sinal de tensão de rampa positiva é aplicado, como na Figura. Quando o potencial do eletrodo atinge um valor próximo ao potencial padrão da reação, o depósito se redissolve e surge uma explosão de corrente anódica, como na parte de baixo da figura. O mesmo conceito pode ser aplicado ao contrário: íons como Br (aq), podem ser pré-concentrados anodicamente em um eletrodo de prata e então catodicamente removidos; o mercúrio pode substituir a prata.

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A análise de redissolução raramente é praticada com eletrodos sólidos nus, mas foi discutida aqui como uma introdução conveniente à análise de remoção em mercúrio ou eletrodos revestidos de mercúrio.

Curiosamente, no entanto, a primeira aplicação comercial da análise eletroquímica foi determinar a espessura dos revestimentos de estanho em fios de cobre removendo o depósito de estanho.

Como o único metal líquido à temperatura ambiente, o mercúrio é o único eletrodo na análise de remoção. Para a deposição catódica, o processo difere daquele descrito anteriormente apenas porque o metal produzido se dissolve no eletrodo em vez de ser revestido nele. [pic 6]

Em consequência, há um processo de difusão dentro do amálgama envolvido nas etapas de deposição e remoção. Os cátions de oito metais podem ser determinados com precisão no mercúrio pelo método conhecido como análise de separação anódica, embora apenas três deles - os de cobre, cádmio e chumbo - sejam de séria preocupação ambiental.

 (Os outros cinco, Bismuto, Tálio, Indio, Zinco e estanho, raramente ocorrem em concentrações perigosas na água potável, embora possam ser encontrados em efluentes industriais. Outros metais presentes na água não podem ser analisados por este método, seja porque eles não se amalgamam com o mercúrio ou porque seus íons aquosos não se reduzem na estreita janela potencial entre a redução da água e a oxidação do mercúrio.)

Ao mesmo tempo, eram usados eletrodos suspensos de mercúrio e este é o único eletrodo para o qual existe um corpo teórico estabelecido. Hoje em dia, um substrato de eletrodo sólido, como carbono vítreo, é mais frequentemente empregado e o mercúrio é codificado pela adição de um sal de mercúrio (II) à solução de analito, de modo que o mercúrio está sendo formado ao mesmo tempo, mas talvez a uma taxa 100 vezes mais rápido do que o metal de amalgamação.

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A solução é geralmente agitada durante este estágio para facilitar o transporte, embora nenhuma tentativa seja feita para alcançar a eletrólise exaustiva.

O filme de mercúrio cresceu até atingir apenas cerca de 10 nm de espessura; a finura do filme permite que o metal alcance a superfície e desmalgame durante a decapagem muito mais rápido do que as gotas de mercúrio.

A concentração do metal no amálgama pode atingir mais de 1000 vezes a concentração dos íons em solução; é esse fator de enriquecimento que fornece o poder analítico para a voltametria de redissolução anódica.

Alguma medida de especificidade é possível ajustando o potencial no qual a deposição é conduzida; alternativamente, múltiplos picos de remoção podem ser quantificados individualmente.

Como não se restringe a nenhum estado de oxidação específico do analito, a voltametria de redissolução adsortiva é um método muito versátil.

Os nomes de distinção comuns - voltametria de redissolução anódica versus voltametria de redissolução adsortiva - podem ser confusos. Enquanto o adjetivo “anódico” se refere ao estágio de medição, o “adsortivo” se refere ao estágio de pré-concentração.

        Normalmente, um reagente é adicionado para complexar o íon alvo. O reagente pode ser inorgânico, mas mais geralmente é um composto orgânico como a dimetilglioxima (para cobalto e níquel) ou um fenol. As condições adequadas para a adsorção do complexo no eletrodo podem ser escolhidas otimizando o potencial do eletrodo, o pH e a concentração do reagente. A pré-concentração adsortiva normalmente ocupa 50-100 s, durante os quais menos de uma monocamada é coletada. Embora, em princípio, a análise de remoção adsortiva pudesse ser realizada com eletrodos diferentes de mercúrio, nenhum substituto eficaz foi encontrado, apesar das questões de segurança.