Desenvolvimento de um sensor de massa para sulfato em águas de consumo

Abstract

Este trabalho teve como objectivo o desenvolvimento de um sensor químico de massa para a quantificação do anião sulfato em amostras de água para consumo. O sensor era baseado na utilização de um cristal piezoeléctrico de quartzo. Do revestimento aplicado no cristal dependem a sensibilidade e selectividade do sensor. O 2,3,9,10,16,17,23,24-octaquis-(N-tosil)ftalocianinato de zinco (II) foi seleccionado por apresentar forte afinidade para aniões e elevada selectividade ao sulfato. Utilizando a técnica de injecção em fluxo, o sensor demonstrou levar aproximadamente 45s a dar uma resposta e 55s a recuperar a frequência inicial, com um caudal de 0,9 mL min-1. O cristal, tendo um revestimento que correspondia a um decréscimo de frequência de 23,5 kHz, apresentou uma zona de calibração linear entre 2,018x10-5 mol dm-3 e 2,002x10-3 mol dm-3, com uma sensibilidade de 85678 Hz dm3 mol-1, que permite detectar concentrações de sulfato a partir de 4,240x10-5 mol dm-3, e um tempo de vida útil de 5 semanas. Foram determinados os coeficientes de selectividade para o anião sulfato, com o método do “Interferente Fixo” recomendado pela IUPAC, relativamente a diversos aniões interferentes, obtendo-se a seguinte ordem: formato < fosfato < acetato < iodeto < fluoreto < nitrato < cloreto < sulfito < brometo < hidrogenocarbonato < sulfato. O mesmo sensor foi usado na quantificação dos cloretos das águas, após eliminação dos iões sulfato. De acordo com os resultados das análises de oito águas de mesa, concluiu-se que os valores constantes do rótulo para as concentrações de sulfato e cloreto estão, para todas as amostras, compreendidos no intervalo de confiança em torno da média (α=0,05) obtida com o sensor. Também se compararam os valores obtidos com o sensor com os valores obtidos por técnicas volumétricas e concluiu-se que não se pode dizer que um dos métodos conduz a resultados mais precisos do que o outro, para o sulfato, mas que os valores obtidos por volumetria foram sistematicamente inferiores aos do rótulo e inferiores aos do sensor. Relativamente ao cloreto, pode dizer-se que as análises por volumetria conduzem a resultados mais precisos do que as análises pelo sensor de massa, mas menos concordantes com os valores que constam do rótulo das amostras.

The aim of this work was to develop a chemical sensor for measuring the concentration of sulphate anion in drinking water. The sensor was based on a coated piezoelectric quartz crystal. Sensitivity and selectivity of the sensor are dictated by the coating applied onto the piezoelectric crystal. The 2,3,9,10,16,17,23,24-octakis-(N-tosyl)phthalocyaninato zinc (II) was selected for coating because it has a strong affinity to anions and a selectivity to sulfate. Using flow injection and a flow rate of 0.9 mL min-1, the sensor has showed to take about 45s to respond and 55s to recover till the initial frequency, The crystal with a coating that corresponded to a decrease of frequency of 23.5 kHz showed a linear calibration range between 2.018x10-5 mol dm-3 and 2.002x10-3 mol dm-3 with a sensitivity of 85.678 Hz dm3 mol-1. Detection limit for sulfate was 4.240x10-5 mol dm-3 and the sensor showed a lifetime of 5 weeks. Selectivity coefficients for the sulphate anion were determined by the "Fixed Interference", which has been recommended by IUPAC. Selectivity coefficients followed the order: formate < phosphate < acetate < iodide < fluoride < nitrate < chloride < sulphite < bromide < bicarbonate < sulphate. The same sensor was used to determine chloride concentrations in the water samples after sulphate elimination. The results of the analysis of eight waters performed by the new sensor, it was concluded that agree with the label values in bottles for concentrations of sulphate and chloride. The label values were within the confidence interval around the mean (α=0.05) obtained with the sensor for all samples. The concentration values obtained with the sensor were also compared with the values obtained by volumetric techniques. It was concluded that neither of the techniques lead to more precise results than the other, regarding to sulphate analysis, but that the values obtained by titrimetry were systematically lower than the ones in label and the ones obtained with the sensor. For chloride, it can be said that volumetric analysis lead to more precise results than the analysis by the mass sensor, but results were less consistent with the values listed on the label of the bottles.