Desenvolvimento de método analítico para determinação de elementos traço em nafta por espectrometria de absorção atômica de alta resolução com fonte contínua e chama utilizando extração induzida por quebra de microemulsão

Abstract

A presença de espécies metálicas em derivados de petróleo pode ocasionar vários problemas tais como corrosão, envenenamento do catalisador, poluição ambiental e danos à saúde. Portanto, o desenvolvimento de métodos analíticos para determinação de metais é de extrema importância no controle de qualidade dos derivados. Neste trabalho foi investigado um método baseado na quebra de microemulsão para extração e determinação de Pb, Ni, Fe e Cu em amostras de nafta. Primeiramente, uma microemulsão do tipo água em óleo foi formada, através da mistura de uma alíquota da amostra com n-propanol e HNO3. Posteriormente, a quebra da microemulsão foi induzida pela adição de água, formando duas fases imiscíveis: uma fase de nafta / n-propanol (na parte superior) e uma solução de água / n-propanol / HNO3 (na parte inferior). Os analitos presentes na amostra foram extraídos para a fase inferior (extrato), sendo coletados e determinados pela técnica de espectrometria de absorção atômica de alta resolução com fonte contínua e chama. Um diagrama de fases foi utilizado para investigar a composição mais adequada para formação da microemulsão. As condições relacionadas à extração dos analitos, como concentração de HNO3 e o tempo de agitação, e a quantidade de água usada para induzir a quebra da microemulsão, foram otimizadas. Dois métodos de calibração (externa e matrização) com padrões aquosos e orgânicos foram investigados. A composição da microemulsão adotada foi de 7 mL de nafta, 3 mL de n-propanol, 250 μL da solução de 7 mol L‐1 de HNO3 e 300 μL de água ultrapura para induzir a quebra, obtendo-se um volume de 3 mL de extrato. Extrações sucessivas mostraram que a eficiência da extração para todos os analitos foram na faixa de 82 a 100%. Os limites de detecção (LD) para Pb, Ni, Fe e Cu foram de 0,034, 0,015, 0,007 e 0,005 mg L-1, respectivamente. Para avaliar a exatidão do método foram realizados ensaios de recuperação e comparação entre técnicas. Os resultados obtidos foram satisfatórios, pois a recuperação obtida para todos os analitos foi de 84 a 119%. Os resultados obtidos para Fe, que foi o único elemento encontrado em concentrações acima do LD (na faixa de 0,024 a 0,071 mg L-1) nas amostras de nafta analisadas, foram comparados com a técnica de espectrometria de absorção atômica com forno de grafite.

The presence of metallic species in petroleum products can cause several problems such as corrosion, poisoning of the catalyst, environmental pollution and damage to health. Therefore, the development of analytical methods for determining metals is extremely important in the quality control of derivatives. This work reports the investigation of a method based on microemulsion breaking for extraction and determination of Pb, Ni, Fe, and Cu from naphtha samples. Firstly, the water in oil (w/o) microemulsion was formed through simple mixing the sample aliquot with n-propanol and HNO3. Afterward, the microemulsion breaking was induced by the addition of water, yielding two immiscible phases: a naphtha/n-propanol phase (on the top), and a water/n-propanol/HNO3 solution (at the bottom). The analytes present in the sample were extracted for the lower phase (extract), being collected and determined by high-resolution continuum source flame atomic absorption spectrometry. A phase diagram was used to investigate the most suitable composition for forming the microemulsion. The conditions related to the extraction of the analytes, such as HNO3 concentration and stirring time, and the amount of water used to induce the breakdown of the microemulsion, were optimized. Two calibration methods (external and matrix matching) with aqueous or organic standards were investigated. The composition of the microemulsion adopted was 7 mL of naphtha, 3 mL of n-propanol, 250 μL of 7 mol L−1 HNO3 solution and 300 μL of ultrapure water to induce the microemulsion breaking and approximately 3 mL of extract was obtained. Successive extractions were performed to evaluate the efficiency of the extraction and the results found were in the range of 82-100%. The limits of detection (LOD) for Pb, Ni, Fe and Cu were 0.034, 0.015, 0.007 e 0.005 mg L−1, respectively. To evaluate the accuracy of the method, recovery tests and comparison between techniques were performed. The results obtained for Fe, the only element found in concentrations above the LD (in the range of 0.024 to 0.071 mg L-1) in the analyzed naphtha samples, were compared with those obtained by graphite furnace atomic absorption spectrometry.