Quando realizamos uma avaliação de agentes químicos no ambiente de trabalho, existe uma tendência de concentrar toda a atenção na coleta. Escolhemos a bomba, o tubo adsorvente, o filtro, ajustamos a vazão, posicionamos o amostrador no trabalhador e acompanhamos a atividade. Tudo isso é fundamental.
Mas existe uma segunda parte da avaliação que muitas vezes fica escondida do profissional de campo: o que acontece com aquela amostra depois que ela chega ao laboratório?
A bomba não mede a concentração do contaminante. O filtro não mede. O tubo de carvão ativado também não. Eles apenas permitem coletar determinada quantidade do agente presente no ar.
Depois da coleta será necessário descobrir o que existe naquela amostra e quanto existe.
É aí que entra a química analítica.
De forma bastante simples, podemos dizer que a química analítica procura responder a duas perguntas: Qual substância está presente? Em que quantidade ela está presente?
A primeira pergunta pertence essencialmente à análise qualitativa. A segunda, à análise quantitativa.
Na higiene ocupacional, conhecer minimamente os princípios utilizados pelo laboratório é importante porque existe uma relação inseparável entre estratégia de amostragem, meio de coleta, preparação da amostra e método analítico. Não adianta fazer uma coleta impecável se o método escolhido não é adequado ao contaminante que se pretende determinar.
Da mesma forma, o melhor equipamento de laboratório do mundo não conserta uma amostra mal coletada.
O resultado começa no campo e termina no laboratório.
MÉTODOS CLÁSSICOS: A QUÍMICA ANTES DOS GRANDES EQUIPAMENTOS
Os métodos analíticos podem ser divididos, de maneira geral, em métodos clássicos e métodos instrumentais. Entre os métodos clássicos encontram-se principalmente os métodos volumétricos e gravimétricos.
Embora atualmente os laboratórios disponham de instrumentos extremamente sofisticados, os métodos clássicos são importantes para compreendermos a lógica da análise química.
Na análise volumétrica, determina-se a quantidade de uma substância por meio da reação com outra substância cuja concentração é conhecida. Temos, portanto, uma espécie de confronto químico controlado.
Conhecemos a concentração e o volume de um reagente. Conhecemos o volume da substância que pretendemos analisar, mas desconhecemos sua concentração. Fazemos os dois reagirem e, pela quantidade necessária para completar a reação, determinamos aquilo que desconhecíamos.
Para isso funcionar, evidentemente, a reação precisa apresentar algumas características fundamentais: deve ser suficientemente rápida, completa e possuir um ponto final claramente identificável. É o princípio das conhecidas titulações.
Nas titulações ácido-base, por exemplo, podemos ter reações de acidimetria ou alcalimetria. A neutralização provoca uma alteração do pH e um indicador permite identificar o chamado ponto de viragem.
O indicador normalmente é um composto que apresenta comportamento ácido ou básico e modifica sua coloração dentro de determinado intervalo de pH.
A mudança de cor que vemos no recipiente não é um enfeite.
Ela está dizendo: a reação chegou ao ponto que procurávamos.
A partir do volume consumido e da concentração conhecida do reagente, podemos calcular a concentração da substância analisada.
GRAVIMETRIA: QUANDO A BALANÇA FAZ PARTE DA ANÁLISE
Outro grande grupo de métodos clássicos é a análise gravimétrica.
Aqui, como o próprio nome sugere, a determinação quantitativa está relacionada à massa.
A ideia parece simples: separar aquilo que interessa dos demais componentes da amostra e determinar sua quantidade por pesagem. Mas justamente aí aparece a dificuldade.
Para pesar corretamente alguma coisa, precisamos antes conseguir separá-la das demais.
Essa separação pode ocorrer por precipitação, complexação ou processos eletroquímicos. Na precipitação, por exemplo, forma-se um composto suficientemente pouco solúvel para que possa ser separado, normalmente por filtração, e posteriormente determinado quantitativamente. Para realizar o cálculo, sua composição química precisa ser conhecida.
Portanto, novamente aparece uma regra básica da química analítica: antes de medir, muitas vezes é necessário separar.
EXTRAÇÃO: TIRAR O ANALITO DE ONDE ELE ESTÁ
Esse princípio de separação aparece também nos processos de extração. Podemos ter extrações sólido-líquido, nas quais um solvente remove determinado componente presente em um sólido. A extração Soxhlet é um exemplo clássico desse processo, no qual solventes orgânicos possuem importante aplicação.
Nas extrações líquido-líquido, utilizam-se dois líquidos imiscíveis. O composto de interesse distribui-se entre eles de acordo com suas diferentes solubilidades.
É a velha química mostrando que uma substância não possui a mesma afinidade por todos os meios.
Um sal metálico presente em uma solução ácida, por exemplo, pode ser transferido para determinado solvente orgânico quando as condições químicas são apropriadas.
Mas existe uma modalidade particularmente interessante para quem trabalha com higiene ocupacional: a interação gás-sólido. Pense no que fazemos quando coletamos vapores orgânicos do ar utilizando carvão ativado.
O contaminante está na atmosfera. Fazemos o ar passar pelo tubo e o composto fica retido no material adsorvente. Temos: AR CONTAMINADO → CARVÃO ATIVADO → CONTAMINANTE RETIDO
É justamente o princípio que encontramos diariamente nas avaliações ambientais.
Depois, naturalmente, será necessário retirar o contaminante daquele carvão para que possa ser analisado.
Por isso, quando falamos em amostragem ambiental, coleta e análise nunca deveriam ser tratadas como mundos independentes.
VOLATILIZAÇÃO TAMBÉM PODE SEPARAR
Outra possibilidade são os métodos baseados na volatilização.
Podemos determinar uma substância pela perda de massa ou pela formação de um produto volátil que posteriormente será determinado. A remoção de água por aquecimento é um exemplo simples. Também podem ser empregados processos de evaporação, sublimação, destilação e aeração.
Em misturas líquidas de compostos orgânicos, por exemplo, os componentes podem ser separados por destilação à pressão atmosférica ou sob vácuo.
Na análise de carbonatos, pode-se gerar dióxido de carbono, removê-lo e posteriormente utilizar sua determinação no procedimento gravimétrico.
O princípio continua o mesmo: transformar uma mistura complexa em algo que possamos medir com segurança.
SEPARAÇÕES ELETROQUÍMICAS
Determinadas substâncias, especialmente constituintes metálicos, também podem ser separadas quantitativamente por processos eletroquímicos.
Na eletrólise, o material de interesse pode ser depositado sobre um eletrodo. Para que o resultado seja confiável, esse depósito precisa ser suficientemente puro e aderente.
E aqui aparecem variáveis que interferem no processo: temperatura, presença de complexos, evolução de hidrogênio, agitação e densidade de corrente.
Quando a deposição termina, o material pode ser seco e pesado.
É interessante perceber como um resultado aparentemente simples — determinada massa de um metal — pode depender de toda uma sequência de fenômenos químicos e físicos anteriores.
MÉTODOS INSTRUMENTAIS: O EQUIPAMENTO NÃO ELIMINOU A QUÍMICA
Com o desenvolvimento tecnológico, a análise química passou a utilizar instrumentos cada vez mais sofisticados. Isso trouxe ganhos enormes de sensibilidade, seletividade e velocidade. Mas existe uma armadilha.
Quanto mais sofisticado é o equipamento, maior a tentação de imaginar que basta colocar a amostra dentro dele e esperar o número aparecer. Não funciona assim.
Antes da leitura final existem coleta, conservação, transporte, preparação, separação, extração, calibração, padrões, interferentes e inúmeras outras variáveis.
O instrumento pode ser sofisticado. A amostra continua precisando ser boa.
Os métodos instrumentais podem realizar análises qualitativas e quantitativas de compostos orgânicos e inorgânicos e utilizam diferentes propriedades físicas e químicas da matéria.
ULTRAVIOLETA E VISÍVEL: MEDINDO A LUZ ABSORVIDA
Na espectrometria ultravioleta-visível, aproveitamos a capacidade das substâncias de absorver seletivamente determinados comprimentos de onda da radiação eletromagnética.
Quando um feixe de luz atravessa uma solução, parte da radiação pode ser absorvida.
Quanto maior a quantidade da espécie absorvente, maior poderá ser essa absorção, dentro das condições de validade do método. A relação básica pode ser expressa pela lei de Beer:
A = kC
em que A representa a absorbância,
C a concentração e
k reúne fatores relacionados ao comprimento de onda, à natureza do sistema absorvente e ao caminho óptico da célula.
Em termos didáticos: mais substância capaz de absorver aquela radiação → maior absorção → possibilidade de determinar sua concentração.
Escolhem-se preferencialmente comprimentos de onda nos quais a substância apresente absorção significativa.
Essa técnica encontra aplicação em laboratórios de saúde ocupacional para diferentes substâncias inorgânicas e contaminantes orgânicos, além de análises biológicas, como metabólitos urinários e determinados componentes do sangue.
INFRAVERMELHO: A IMPRESSÃO DIGITAL DA MOLÉCULA
A espectrofotometria no infravermelho utiliza outro fenômeno. As moléculas não são estruturas imóveis. Seus átomos vibram e apresentam movimentos característicos. Quando uma substância é submetida à radiação infravermelha, determinadas frequências são absorvidas em função das características estruturais da molécula.
Certas bandas de absorção podem ser relacionadas a determinados grupos funcionais. O resultado é extremamente interessante: o espectro infravermelho pode funcionar como uma verdadeira impressão digital química.
Estruturas moleculares diferentes produzem espectros diferentes. Assim, determinadas regiões do espectro ajudam a identificar a presença ou ausência de grupos químicos e, consequentemente, auxiliam na identificação do composto.
Além da análise qualitativa, também é possível realizar determinações quantitativas quando a resposta de determinada banda varia de maneira conhecida com a concentração.
Em outras palavras, o infravermelho pode ajudar a responder às duas perguntas:
quem é? e quanto tem?
RAIOS X: QUANDO A ESTRUTURA CRISTALINA ENTREGA A SUBSTÂNCIA
A difração de raios X utiliza propriedades relacionadas à estrutura dos materiais cristalinos. Quando uma radiação X monocromática incide sobre um material cristalino, os planos de átomos difratam essa radiação em ângulos relacionados aos espaçamentos existentes na estrutura.
O padrão resultante é característico do material. Isso permite identificar componentes cristalinos presentes em misturas.
Para a higiene ocupacional há um exemplo particularmente importante: quartzo, uma forma cristalina de sílica livre. Materiais cristalinos como quartzo e asbestos podem ser identificados a partir de seus padrões de difração.
Mais uma vez, não estamos simplesmente “vendo” a substância.
Estamos observando uma propriedade física característica e, a partir dela, identificando aquilo que existe na amostra.
FLUORESCÊNCIA DE RAIOS X
Na fluorescência de raios X ocorre outro fenômeno. O elemento é irradiado por um feixe intenso de raios X e passa a emitir radiação secundária com comprimentos de onda característicos.
Esses raios X secundários podem ser separados e analisados, permitindo identificar os elementos presentes. A comparação com padrões conhecidos possibilita também a determinação quantitativa.
A sensibilidade depende do elemento e da matriz da amostra, podendo variar bastante. Isso é importante porque nenhum método analítico possui uma sensibilidade universal.
O método que detecta muito bem determinado elemento pode apresentar desempenho completamente diferente para outro.
EMISSÃO E ABSORÇÃO ATÔMICA
A espectroscopia de emissão e a espectrofotometria de absorção atômica são técnicas importantes para determinação de átomos, íons e algumas espécies moleculares.
Na emissão, átomos ou íons são excitados para níveis mais elevados de energia. Quando retornam a estados de menor energia, emitem radiação em comprimentos de onda característicos.
É como se cada elemento possuísse sua própria assinatura luminosa.
Na emissão de chama, uma solução contendo a amostra é aspirada para uma chama e a radiação emitida é monitorada.
A quantidade de luz emitida em determinado comprimento de onda pode ser relacionada à concentração do elemento, permitindo a análise quantitativa.
Na absorção atômica, o raciocínio é diferente. Em vez de medir aquilo que o átomo emite, mede-se aquilo que ele absorve.
Os vapores atômicos absorvem radiação característica do próprio elemento. A redução da intensidade de um feixe de luz apropriado pode ser relacionada à concentração daquele elemento na amostra.
A técnica é particularmente valiosa para determinação de metais e semimetais em amostras que possam ser adequadamente solubilizadas.
Perceba a diferença: emissão: observamos a luz produzida. absorção: observamos a luz retirada do feixe.
Em ambos os casos, a interação entre matéria e energia permite descobrir quanto existe da substância.
CROMATOGRAFIA GASOSA: UMA CORRIDA EM QUE CADA SUBSTÂNCIA CHEGA NUM MOMENTO
Talvez uma das técnicas mais interessantes para quem trabalha com contaminantes orgânicos seja a cromatografia gasosa.
Seu princípio pode ser explicado de maneira bastante simples. Temos uma fase móvel, constituída por um gás, e uma fase estacionária, existente no interior de uma coluna.
A amostra é introduzida, vaporizada e transportada pelo gás através dessa coluna. Hélio, argônio, nitrogênio ou hidrogênio podem ser utilizados como gases de transporte, conforme o sistema.
Os diferentes componentes da amostra interagem de maneiras diferentes com a fase estacionária. Alguns passam mais rapidamente. Outros ficam retidos por mais tempo.
Portanto: entram juntos e saem separados.
Essa talvez seja a melhor maneira de explicar cromatografia para quem não trabalha em laboratório. Ao final da coluna existe um detector.
Cada componente aparece em determinado tempo de retenção, e o sistema registra sinais que podem ser apresentados na forma de picos.
Assim, um cromatograma é muito mais do que um desenho cheio de montanhas.
A posição do pico ajuda a identificar o composto, enquanto sua área pode ser relacionada à quantidade presente.
Para quantificar, o sistema é comparado com padrões analisados sob condições cromatográficas equivalentes.
A cromatografia gasosa é extremamente útil na determinação de contaminantes orgânicos presentes em ambientes e atmosferas industriais.
É aqui que aquele pequeno tubo de carvão ativado utilizado pelo higienista no campo encontra uma tecnologia analítica muito mais complexa no laboratório.
O trabalhador vê uma bomba presa à cintura. Por trás daquela bomba pode existir toda uma cromatografia esperando a amostra.
MÉTODOS ELETROQUÍMICOS
Existe ainda uma grande família de métodos baseados nos fenômenos que ocorrem em uma célula eletroquímica.
Na polarografia ou voltametria, por exemplo, mede-se a corrente elétrica em função de uma tensão aplicada.
Sob determinadas condições, uma substância pode sofrer redução catódica ou oxidação anódica, produzindo um comportamento eletroquímico característico.
Isso permite tanto análises qualitativas quanto quantitativas. Os registros obtidos podem formar os chamados polarogramas.
Entre as aplicações encontram-se determinações de substâncias como chumbo, cádmio, zinco e mercaptanos.
ELETRODOS SELETIVOS: PROCURANDO DETERMINADOS ÍONS
Outra aplicação importante da eletroquímica utiliza eletrodos seletivos de íons.
Eles são desenvolvidos para responder preferencialmente a determinados cátions ou ânions presentes em solução, como potássio, sódio, prata, hidrogênio, cloreto, fluoreto e nitrato.
Podem ser empregados eletrodos com membranas de vidro, líquidas ou sólidas.
O exemplo mais conhecido provavelmente está diante de qualquer pessoa que já mediu o pH de uma solução.
O eletrodo de vidro apresenta resposta altamente seletiva aos íons hidrogênio e constitui a base da medição de pH.
Existem, porém, eletrodos destinados a outros íons, como sódio, potássio, cálcio, nitrato e fluoreto.
No eletrodo de fluoreto, por exemplo, pode ser utilizada uma membrana de fluoreto de lantânio entre a solução de referência e a amostra.
Naturalmente, seletividade não significa ausência absoluta de interferências. Alterações de acidez ou basicidade podem influenciar determinadas respostas, exigindo controle das condições da amostra.
Esse detalhe é importante porque derruba outra crença perigosa: instrumento seletivo não significa instrumento infalível.
O NÚMERO DO LABORATÓRIO TEM UMA HISTÓRIA
Quando recebemos um relatório laboratorial dizendo: Tolueno = X mg/m³
é muito fácil olhar apenas para o número. Mas aquele número possui uma história. Antes dele houve uma estratégia de avaliação. Houve escolha do trabalhador. Houve escolha do momento. Houve bomba. Houve vazão. Houve meio de coleta. Houve tempo de amostragem. Houve transporte. Houve armazenamento. Houve preparação da amostra. Houve separação. Houve padrões. Houve calibração. Houve um método analítico.
E somente depois de tudo isso apareceu o número.
É justamente por isso que resultado analítico não deve ser interpretado isoladamente da metodologia que o produziu.
Dois laboratórios podem utilizar técnicas diferentes. Dois métodos podem possuir sensibilidades diferentes. Determinadas substâncias podem sofrer interferências. Um método pode ser excelente para uma faixa de concentração e inadequado para outra.
E existe ainda algo mais importante. Se o contaminante não foi corretamente coletado, não existe equipamento no laboratório capaz de voltar no tempo e recolocá-lo na amostra.
O MÉTODO COMEÇA ANTES DA COLETA
Para o profissional de higiene ocupacional, talvez esta seja a principal lição.
Não se escolhe primeiro o tubo e depois se pergunta ao laboratório o que ele consegue analisar.
O raciocínio deve começar pelo agente. O que quero determinar? Depois: Qual método é adequado? Qual meio de coleta esse método exige? Qual vazão? Qual volume? Qual tempo? Quais interferentes? Como a amostra deve ser armazenada? Quanto tempo pode decorrer até a análise? Qual técnica analítica será utilizada?
Somente depois disso deveríamos sair para o campo.
Química analítica e higiene ocupacional não são etapas independentes de um trabalho. São partes de uma mesma cadeia.
O profissional de campo não precisa transformar-se em químico analítico nem aprender a operar todos os equipamentos de um laboratório.
Mas precisa compreender o suficiente para saber o que está coletando, por que está coletando daquela maneira e o que o laboratório fará com aquela amostra.
Caso contrário, corre o risco de produzir uma coleta tecnicamente impecável para uma análise que não responde à pergunta que precisava ser respondida.
Na higiene ocupacional, a qualidade do resultado depende da qualidade de toda a cadeia.
A bomba coleta. O laboratório analisa. Mas quem precisa compreender o resultado é o profissional que assina a avaliação.
