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OCEANOGRAFIA QUIMICA MÉTODOS DE ANÁLISES DA ÁGUA DO MAR E SEDIMENTO MARINHO

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho

1ª versão completa Prof. Dr. Silvio Tarou Sasaki1 Profa.Dra. Elisabete de Santis Braga da Graça Saraiva2 Prof.aDra. Marcia Caruso Bicego2 Prof.aDra. Rosalinda Carmela Montone2 Prof.Dr. Rubens Cesar Lopes Figueira2 Profa.Dra. Juliana Leonel3 Centro de Formação em Ciências Ambientais – Universidade Federal do Sul da Bahia 2 Instituto Oceanográfico da Universidade de São Paulo 3 Departamento de Geociências – Universidade Federal de Santa Catarina 1

Porto Seguro / São Paulo 2018

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Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho

Prefácio Prezado leitor, este guia de análises em água do mar e sedimento marinho tem como objetivo fornecer ferramentas para que você possa desenvolver pesquisas ou aulas didáticas. Os capítulos estão divididos em práticas que utilizam algumas técnicas em comum. No capítulo 1 são descritos alguns cuidados essenciais na amostragem e análise dos diversos parâmetros que se pretende estudar. O capítulo 2 descreve a análise de alguns parâmetros físico-químicos como salinidade e pH da água do mar. No capítulo 3 a técnica utilizada é a titrimetria que pode ser utilizada na determinação de oxigênio dissolvido, alcalinidade total, cálcio e magnésio dissolvidos em água do mar e na determinação de carbono orgânico em amostras de sedimento marinho. O Capítulo 4 avalia a matéria orgânica em suspensão e no sedimento, além da análise de carbonato de cálcio em sedimento marinho. A técnica utilizada é a gravimetria. No Capítulo 5, apresentamos as análises de fosfato e silicatos inorgânicos, determinação de nitrato e nitrito, análises de clorofila, carboidratos e proteínas em sedimento marinho e determinação de pigmentos fotossintéticos do fitoplâncton utilizando-se a espectrometria na faixa do visível. É abordada também a análise de carbono orgânico dissolvido via leitura na faixa do infravermelho. O Capítulo 6 é destinado a outras técnicas de análise. O primeiro item avalia a determinação de ácidos graxos em agua via cromatografia à gás e hidrocarbonetos policíclicos aromáticos em água usando-se fluorescência. Os metais são determinados em sedimento e água utilizando-se a técnica de ICP-OES. Esperamos que este material possa ser útil em suas pesquisas e aulas didáticas. Os Autores

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Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho

Sumário Capitulo 1: Amostragem e Cuidados Analíticos ............................................................ 11

1.1

Amostragem ..................................................................................................... 12

1.2

Qualidade dos Dados ....................................................................................... 12

1.2.1

Precisão e Exatidão ................................................................................... 12

1.2.2

Algarismos Significativos ........................................................................ 13

1.2.3

Erros ......................................................................................................... 14

Capítulo 2: Parâmetros Físico-Químicos........................................................................ 18

2.1

Determinação de Salinidade na Água do Mar ................................................. 19

2.1.1

Método de Mohr-Knudsen ....................................................................... 20

2.1.2

Método Condutimétrico............................................................................ 27

2.2

Determinação do pH da Água do Mar ............................................................. 36

2.2.1

Método 1 ................................................................................................... 37

2.2.2

Método 2 – Escala Hidrogênio Total ........................................................ 43

Capítulo 3: Titrimetria .................................................................................................... 54

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Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho 3.1

Oxigênio Dissolvido na Água do Mar ............................................................. 55

3.1.1

3.2

Método de Winkler modificado ................................................................ 55

Determinação da Alcalinidade Total em água do mar ..................................... 70

3.2.1

Títulação Potenciométrica ........................................................................ 70

3.2.2

Títulação Simples ..................................................................................... 82

3.3

Determinação de carbono orgânico em sedimentos......................................... 98

3.3.1

Método 1: titulação por oxi-redução ........................................................ 99

3.3.2

Método 2: titulação potenciométrica ...................................................... 105

3.3.3

Método 3: combustão total ..................................................................... 109

3.4

Determinação de cálcio e magnésio dissolvidos em água do mar ................. 113

Capítulo 4: Gravimetria ................................................................................................ 120

4.1

Material Particulado em Suspensão ............................................................... 121

4.1.1

Material Particulado Orgânico em Suspensão ........................................ 126

4.2

Matéria Orgânica no Sedimento .................................................................... 130

4.3

Carbonato de Cálcio (CaCO3) no sedimento ................................................. 134

5

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Capítulo 5: Espectrofotometria na Faixa do Visível .................................................... 138

5.1

Nutrientes ....................................................................................................... 142

5.2

Determinação de Fosfato inorgânico dissolvido na água do mar .................. 143

5.3

Determinação de silicato inorgânico dissolvido na água do mar ................... 149

5.4

Determinação de nitrito dissolvido na água do mar ...................................... 155

5.5

Determinação de nitrato dissolvido na água do mar ...................................... 161

5.6

Determinação de Proteínas Totais em Sedimento ......................................... 172

5.7

Determinação de Carboidratos Totais em Sedimento .................................... 179

5.8

Determinação da concentração de clorofila e feopigmentos em sedimento .. 186

5.9

Determinação da concentração de carbono orgânico dissolvido na água do mar 192

5.10 Determinação de pigmentos fotossintéticos do fitoplâncton ......................... 199

Capítulo 6: Outras técnicas ........................................................................................... 207

6.1

Determinação da concentração de Ácidos Graxos na água do mar ............... 208

6

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho 6.2

Determinação da concentração de Hidrocarbonetos Policíclicos Aromáticos em

água do mar ............................................................................................................... 216

6.3

Determinação de metais em sedimento marinho ........................................... 224

6.4

Comportamento conservativo de metais no em águas de ambiente estuarino 232

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Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho

Lista de Figuras Figura 1: Bureta de Knudsen ......................................................................................... 22

Figura 2: Diagrama de um salinômetro indutivo .......................................................... 27

Figura 3: Cela de um salinômetro indutivo (corte) ....................................................... 28

Figura 4: Esquema de um salinômetro indutivo............................................................ 30

Figura 5: Imagem de um salinômetro Beckmann ......................................................... 31

Figura 6: pHmetro Metrohm ......................................................................................... 39

Figura 7: titulação potenciométrica ............................................................................... 73

Figura 8: titulação potenciométrica de carbono orgânico em sedimentos .................. 105 Figura 9: Tubo em “U” para redução de nitrato a nitrito ............................................ 163

Figura 10: Diagrama de redução do nitrato a nitrito ................................................... 166

Figura 11: Diagrama de funcionamento do equipamento de carbono orgânico. ........ 193

Figura 12: Funil de separação para extração de ácidos graxos da água do mar .......... 211

Figura 13: Funil de separação para extração de ácidos graxos da água do mar .......... 213

Figura 14: Extração de hidrocarbonetos policíclicos aromáticos em água do mar ..... 217

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Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Figura 15: ICP-OES para análises de metais .............................................................. 225

Lista de Tabelas Tabela 1: Valores de k para a correção no cálculo de clorinidade ................................ 25

Tabela 2: Composição das soluções tampão de pH em água do mar sintética para salinidade igual a 35 (massa baseada em 1000 g de H2O) ............................................. 46

Tabela 3: Valores de pH do tampão AMP em determinada salinidade e temperatura .. 51

Tabela 4: Valores de pH do tampão Tris em determinada salinidade e temperatura .... 52 Tabela 5: Solubilidade de oxigênio (mL L-1) ................................................................ 63 Tabela 6: Coeficiente de atividade empírico (fH+)......................................................... 87

Tabela 7: Alcalinidade total. Esta tabela pode ser usada para amostras com clorinidade entre 12o/oo e 18 o/oo ou salinidades entre 22 o/oo e 33 o/oo. .............................................. 88

Tabela 8: Conversão da alcalinidade total para alcalinidade do carbonato. .................. 89

Tabela 9: Fator (FT) para o cálculo de dióxido de carbono total contido em água do mar (CO2 + HCO3- + CO2-). ................................................................................................... 92

Tabela 10: diluições dos padrões de fosfato ................................................................ 145

Tabela 11: diluições dos padrões de silicato ............................................................... 151

9

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Tabela 12: diluições dos padrões de nitrito ................................................................. 157

Tabela 13: diluições dos padrões de nitrato ................................................................ 167

Tabela 14: diluições dos padrões de biftalato de potássio........................................... 194

Tabela 15: diluições dos padrões de ácidos graxos ..................................................... 210

Tabela 16: diluições dos padrões ................................................................................. 218

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Capitulo 1: Amostragem e Cuidados Analíticos

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1.1

Amostragem A malha amostral e a frequência da amostragem dependem do objetivo do

trabalho, mas devem levar em conta a intensidade das variações espaço-temporais na hidrodinâmica local, bem como as características bióticas e abióticas do local de estudo. Fatores como maré, correntes, características geomorfológicas, drenagem continental entre outras, podem interferir no estudo. Além disso, é importante escolher os equipamentos adequados para coleta e as técnicas certas para a estocagem de material. Assim como o material de coleta devem estar limpos e livre de interferentes que possam prejudicar os resultados.

1.2 Qualidade dos Dados Todo valor numérico, que é um resultado de uma medida experimental, terá um grau de incerteza associado ao processo de medição. Não há como evitar essas incertezas, mas é possível melhorar métodos e técnicas para minimizá-los. Os três fatores principais que influenciam na qualidade dos dados obtidos e devem receber atenção especial para garantir a qualidade dos dados gerados são: - delineamento espaço/temporal da amostragem; - armazenamento das amostras; - escolha de métodos analíticos com precisão e exatidão apropriados. 1.2.1 Precisão e Exatidão

Exatidão e precisão são dois conceitos importantes para avaliar um método de análise. Exatidão de uma medida é o quão próximo o valor gerado se aproxima do valor

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Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho real. Por outro lado, precisão (ou repetibilidade) de uma medida pode ser definida como a concordância de uma série de medidas realizadas sob as mesmas condições. Quando a séria de medidas não é realizada sob as mesmas condições (por exemplo, analista ou laboratórios diferentes) e ainda sim a precisão é mantida, diz-se que o método tem reprodutibilidade. 1.2.2 Algarismos Significativos

Os algarismos de um número que são necessários para expressar a precisão da medida são denominados algarismos significativos. Estes são os dígitos que representam uma medida experimental e que possuem significado físico, sendo que o último algarismo é duvidoso. Para expressar toda e qualquer medida experimental é preciso conhecer os algarismos significativos. Na definição de algarismos significativos o zero é considerado significativo quando se encontra entre dois algarismos (1,203 g – quatro algarismos significativos) ou quando se encontra no final do número à direita (15,20 mL - quatro algarismos significativos). No entanto, quando o zero encontra-se à esquerda ele serve apenas para localizar o ponto decimal (0,0670 – três algarismos significativos, pode ser expresso como 6,70 x 10-2). No caso de uma medida direta, por exemplo, medida de massa em balança analítica que possui quatro casas decimais: deve-se expressar os quatro valores após a vírgula. Expressar menos casas estará informando precisão menor do equipamento e adicionar um zero no final informa precisão maior, ambos incorretos. No caso de medidas indiretas, por exemplo, a concentração de oxigênio dissolvido que é calculado em função da quantidade de tiossulfato usado na titulação, deve-se levar em consideração se o cálculo envolve adição, subtração, divisão ou multiplicação. No caso de adição e subtração o resultado deverá conter tantas casas decimais quantos existirem no fator com o menor número delas. No caso da multiplicação e divisão o

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Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho resultado deverá conter tantos algarismos significativos quantos estiverem expressos no fator que possui o menor número de algarismos significativos. Já o algarismo de um número deverá ser expresso com tantos dígitos à direita do ponto decimal quantos forem os algarismos significativos do número original. Para que um resultado analítico seja expresso com número adequado de algarismos significativos, é comum ser necessário realizar o arredondamento do número. Mas este deve ser feito somente no resultado final. Não deve ser aplicado a cálculos e resultados parciais, pois acarreta erros de arredondamentos. Regras para arredondamento: Se o dígito a ser arredondado é < 5: manter o algarismo anterior Exemplo: 0,523 será arredondado para 0,52. Se o dígito a ser arredondado é >5: adicionar uma unidade ao algarismo anterior. Exemplo: 44,8 será adicionado para 45. Se o dígito a ser arredondado é =5: manter o anterior se ele for par. Exemplo: 0,525 será arredondado para 0,52. Adicionar uma unidade ao algarismo anterior se ele for ímpar. Exemplo: 237,5 será arredondado para 238. 1.2.3 Erros

Pessoais e operacionais

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Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho São erros que independem de propriedades físicas e químicas do sistema ou de equipamentos e reagentes químicos, mas dependem do conhecimento e da habilidade do analista. Alguns exemplos: manter um béquer destampado durante as análises; não regular o nível da balança analítica; derramar soluções durante as transferências. Instrumentos e reagentes São erros determinados ocasionados pela inadequada operação do instrumento analítico (instalação, condições de uso, calibração etc.) e pureza dos reagentes químicos. Exemplos: aparelhos como pipetas, buretas e balões volumétricos sem calibração ou com calibração vencida; impurezas em reagentes sólidos podem comprometer a massa medida. Erros de método A escolha do método deve ser cuidadosa e o procedimento deve ser rigorosamente observado. Exemplos: uso de indicador inadequado; aplicação do método a faixas de concentração inadequadas.

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Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Anotações:

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Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Anotações:

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Capítulo 2: Parâmetros Físico-Químicos

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2.1 Determinação de Salinidade na Água do Mar A salinidade absoluta, SA é definida como a relação de massa dos constituintes dissolvidos na água do mar por massa de solução. No entanto, S A não pode ser medida diretamente e a salinidade prática é usada para reportar as observações oceanográficas. A salinidade prática (S), de uma amostra de água do mar é definida em termos da razão K15. Esse termo é igual a razão das condutividades de uma amostra de água do mar e de uma solução de KCl de concentração 32,4356 x 10-3 g g-1, estando ambas as soluções a 15ºC e a pressão de uma atmosfera padrão. O valor de K15 igual a 1 corresponde, por definição, a uma salinidade prática de exatamente 35 x 10-3. Em razão da definição de salinidade prática, a maior parte destas determinações é feitas através de instrumentos denominados salinômetros. Estes instrumentos medem a condutividade da água do mar em relação a uma água do mar padrão. Além da determinação mais precisa de S, a medida de condutividade nos fornece uma estimativa melhor da densidade da água do mar, especialmente se pequenas variações das proporções iônicas relativas ocorrem em águas que apresentam salinidades práticas diferentes da média da água do mar. A salinidade prática oceânica varia na faixa de 33 a 37 x 10-3. Estas variações são determinadas pelo balanço entre a adição e remoção de água da camada superficial oceânica e pelos processos físicos de mistura de todas as camadas dos oceanos. Existem dois métodos para a determinação de salinidade em água do mar: o método químico (Mohr-Nudsen) e o método físico (condutimétrico).

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Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho 2.1.1 Método de Mohr-Knudsen

Princípio do método O presente método baseia-se na titulação dos íons haletos (Cl-, Br-, I-) presentes na água do mar, com solução padronizada de nitrato de prata (AgNO3), usando solução de cromato de potássio (K2CrO4) como indicador. Ocorre precipitação dos seguintes sais: Cl-(aq) + Ag+(aq)

AgCl(s) (branco)

Kps = 1,55 x 10-10

Br-(aq) + Ag+(aq)

AgBr(s) (amarelo)

Kps = 7,76 x 10-13

I-(aq) + Ag+(aq)

Kps = 1,51 x 10-16

AgI(s) (laranja)

O ponto final da titulação é indicado pela formação do cromato de prata: CrO4-2(aq) + Ag+(aq)

Ag2CrO4(s) (marrom avermelhado) Kps = 8,91 x 10-12

Se a concentração do íon cromato (CrO4-2) for mantida em aproximadamente 5,0 x 10-3 mol L-1 durante a titulação, não ocorrerá a precipitação de Ag2CrO4 até que a concentração de íon prata (Ag+) seja igual a 4,2 x 10-5 mol L-1. Amostragem As amostras devem ser coletadas em frascos de vidro de 250 mL, com tampas para evitar contaminação e evaporação. Antes da amostragem, lavar o frasco com a própria amostra três vezes e, após a coleta, secar a borda do frasco com papel absorvente para evitar o acúmulo de sal. Armazenar as amostras e a água do mar padrão no laboratório onde a determinação será realizada para que alcancem a temperatura ambiente.

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Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Materiais Equipamentos •

Bureta com capacidade de 20 mL

•

Agitador magnético

Vidraria •

Frasco âmbar de 1000 mL

•

Frasco conta-gotas

•

Béquer de 150 mL

•

Pisseta

•

Balão volumétrico de 100 mL

•

Balão volumétrico de 1000 mL

•

Frasco de boca larga

•

Proveta de 250 mL

•

Tubos de polietileno

•

Pinça de polietileno

•

Pipeta de 10 mL

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Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Figura 1: Bureta de Knudsen

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Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Reagentes •

Solução de cromato de potássio (K2CrO4) 8% - dissolver 8 gramas de K2CrO4 em 100 mL de água destilada. Guardar em frasco conta-gotas.

•

Solução de nitrato de prata (AgNO3) (0,35 mol L-1) – dissolver 60 gramas de AgNO3 em 1000 mL de água destilada. Conservar em frasco de vidro âmbar com tampa de borracha ou vidro.

•

Água do mar padrão – fornecida pela IAPSO (International Association for the Physical Sciences of the Ocean) e selada em frascos de vidro.

Procedimento Experimental Padronização do nitrato de prata •

Agitar a solução de AgNO3 vigorosamente antes de usar;

•

Pipetar 10 mL da água do mar padrão em um béquer de 150 mL. Antes de coletar o volume definitivo, esta pipeta deve ser cuidadosamente lavada com a solução a ser titulada;

•

Adicionar 25 mL de água destilada e 6 gotas da solução de cromato de potássio;

•

Colocar o bastão magnético no béquer e ligar o agitador. A velocidade do agitador deve ser regulada de modo a proporcionar uma boa agitação sem espirrar a amostra;

•

Adicionar a solução de nitrato de prata até que haja um primeiro sinal de mudança de cor;

•

Interromper a titulação até que a cor volte ao amarelo;

•

Lavar as gotas da parede do béquer com água destilada;

•

Recomeçar a adição de solução de nitrato de prata, gota a gota, cuidadosamente até que a solução se torne marrom avermelhada. Essa cor deverá persistir por 30 segundos, sob agitação;

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Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho •

Anotar o volume de solução consumido “c” e repetir a padronização mais duas vezes. Os resultados não podem diferir mais do que 0,01 mL. A média aritmética é usada no cálculo da concentração da solução;

•

Transferir o conteúdo do béquer para um depósito apropriado e lavá-lo juntamente com o bastão magnético.

Titulação das amostras •

Agitar a amostra antes de abrir e proceder da mesma maneira que a padronização de AgNO3, tomando-se os mesmos cuidados e precauções;

•

Anotar o volume “V” de solução de AgNO3 consumido e repetir a titulação mais uma vez.

Cálculos Cálculo do fator de calibração “F”

FN

Cm

Onde: 𝑁 = clorinidade nominal da água do mar padrão. A água do mar apresenta um valor de salinidade certificada no frasco, para determinar a clorinidade usa-se a fórmula:

𝐶𝑙 =

𝑆 1,80655

Após o cálculo da clorinidade da água padrão usar a fórmula acima para determinar o fator F.

Cm 

C1  C 2  C 3 = média da padronização do AgNO3 3

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Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Cálculo da clorinidade 𝐶𝑙 × 103 = 𝑉𝑚 × 𝐹 + 𝑘 Onde: 𝑉𝑚 = média dos volumes de titulação com AgNO3 𝑘 =valor de correção (Tabela 1) Cálculo de salinidade 𝑆 × 103 = 1,80655 × 𝐶𝑙 × 103 O método descrito atende praticamente todo o intervalo de clorinidade em águas marinhas naturais, ou seja, de 0 a 22 x 10-3. O desvio padrão é igual a ±0,01 x 10-3. Tabela 1: Valores de k para a correção no cálculo de clorinidade Volumes (faixas) 0,00 - 0,18 0,18 - 0,58 0,58 - 0,99 0,99 - 1,42 1,42 - 1,88 1,88 - 2,36 2,36 - 2,88 2,88 - 3,45 3,45 - 4,08 4,08 - 4,79 4,79 - 5,64 5,64 - 6,74 6,74 - 8,82 8,82 - 10,29 10,29 - 12,39 12,39 - 13,32 13,32 - 14,40 14,40 - 15,13

Volumes (faixas) 15,78 - 16,37 16,37 - 16,91 16,91 - 17,41 17,41 - 17,89 17,89 - 18,34 18,34 - 18,77 18,77 - 19,17 19,17 - 19,57 19,57 - 19,94 19,94 - 20,31 20,31 - 20,67 20,67 - 21,01 21,01 - 21,35 21,35 - 21,66 21,66 - 21,98 21,98 - 22,29 22,29 - 22,59 22,59 - 22,89

k 0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,10 0,11 0,12 0,13 0,12 0,11 0,10 0,09

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k 0,07 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 0,00 -0,01 -0,02 -0,01 -0,04 -0,05 -0,06 -0,07 -0,08 -0,09 -0,10

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho 15,13 - 15,78

0,08

22,89 - 23,18

Anotações:

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-0,11

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho 2.1.2 Método Condutimétrico

Princípio do método A água pura é um pobre condutor de eletricidade. No entanto, a presença de íons na água, como ocorre na água do mar, permite a passagem de uma corrente elétrica. A condutividade de uma solução eletrolítica é, normalmente, determinada por meio de uma ponte de circuito (Fig 1.), equipada com uma corrente alternada de alta frequência, onde a resistência da cela contendo o eletrólito é comparada com a resistência de uma solução padrão.

Figura 2: Diagrama de um salinômetro indutivo

Um oscilador de 10 kHz alimenta a bobina primária W1 do transformador T1. Um segundo transformador T2 está associado ao T1 e consiste na amostra de água do mar com uma resistência Rw, de corrente alternada. A resistência Rw é controlada pela geometria da cela que contém os transformadores T1 e T2 fixos em uma resina de epóxi e são magneticamente separadas uma da outra (Fig. 2).

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Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho

Figura 3: Cela de um salinômetro indutivo (corte)

A resistência Rw é inversamente relacionada com a salinidade prática da amostra e, obviamente, fortemente dependente da temperatura. A resistência da água do mar em uma cela de salinômetro indutivo comum é aproximadamente 60 Ω com uma salinidade prática igual a 35 x 10-3 e a uma temperatura de, aproximadamente, 20ºC. As bobinas W2 e W3 dos transformadores T1 e T2 são conectadas de uma maneira cruzada. A bobina W2 tem várias válvulas que podem ser conectadas à rede de resistência através de uma chave década. Rt é um sensor de temperatura instalado na cela e a resistência progressivamente variável Rc compensa para o efeito da temperatura sobre Rw. A resistência Rs é também progressivamente variável e é utilizada para a padronização do instrumento. O efeito magnético da corrente ic no transformador T2 atua em oposição aquela da corrente iw no “loop” da água. Os efeitos combinados do W3 e o “loop” da água

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Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho atuam através de T2 na bobina W4, que alimenta o sinal dentro do amplificador do detector. O sinal da corrente alternada é retificado e mostrado em um voltímetro. Através de uma saída variável de W2, as correntes iw e ic são igualadas e assim o fluxo em T2 é zero, indicado pelo medidor no circuito de detecção. Amostragem As amostras para salinidade prática devem ser coletadas em frascos de vidro de borosilicato, com capacidade de 250 mL e com tampas que as mantenham herméticas, evitando problemas de contaminação e evaporação. Antes da coleta lava-se o frasco três vezes com a própria amostra. Materiais Equipamento 1. Galvanômetro 2. Cuba de amostra 3. Torneiras de 3 vias: Fill (encher), Shut (fechada), Drain (esvaziar) 4. Ajuste da bomba de vácuo 5. Cuba para excesso de água 6. Luz indicadora de que a cuba (5) está cheia 7. Stir (agitação), Off (desligado), Fill (liga a bomba de vácuo) 8. Seletor de modo de operação (Salinity e Temperature) 9. Ajuste para razão de condutividade 10. Calibração de condutividade 11. Calibração da temperatura de compensação 12. Indicador de temperatura de cuba da amostra 13. Fusível 14. Luz indicadora de que o aparelho está ligado

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Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho 15. Botão Liga/Desliga 16. Entrada de força do aparelho

Figura 4: Esquema de um salinômetro indutivo

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Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho

Figura 5: Imagem de um salinômetro Beckmann

Reagentes Água do mar padrão da International Association of Physical Sciences of the Ocean (IAPSO/Standard Seawater Service). Procedimento Experimental O salinômetro deve ser ligado pelo menos uma hora antes do início da operação para estabilização técnica do circuito elétrico. Calibração do equipamento •

Abra a água do mar padrão e adapte na mangueira mais curta da amostra;

•

Coloque a torneira (3) na posição Fill;

•

Deixe a cuba encher e coloque a torneira (3) na posição Shut;

•

Ligue a agitação (7 – Stir) e deixe agitando por cerca de 30 segundos;

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Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho •

Desligue a agitação e coloque a torneira (3) na posição Drain;

•

Repita a mesma operação mais uma vez;

•

Encha novamente a cuba com o restante da água do mar padrão, feche a torneira (3) e ligue a agitação (7 – Stir);

•

Ajuste o aparelho com o valor de condutividade indicado na ampola com os botões (9);

•

Coloque o seletor (8) na posição temperatura;

•

Com o indicador de temperatura (12) ajuste o galvanômetro na posição zero e anote o valor da temperatura;

•

Coloque o seletor (8) na posição salinidade;

•

Ajuste o galvanômetro na posição zero (10) e fixe o valor no painel;

•

Antes de escoar a água da cuba, volte o botão (8) para a posição temperatura (evitando que o ponteiro do galvanômetro fique sob tensão no fundo de escala) e desligue a agitação;

•

Escoe a cuba.

Análise das amostras •

Encha a cuba com a amostra, agite e escoe a água duas vezes;

•

Ao encher a cuba pela terceira vez, deixe a água sob agitação, coloque na posição de temperatura (8) e ajuste o galvanômetro em zero com o botão (12);

•

Mude para salinidade e ajuste o galvanômetro em zero através dos ajustes de condutividade (9);

•

Anote os valores de temperatura e razão de condutividade na ficha de salinidade;

•

Antes de escoar a cuba, volte (8) para a posição temperatura e desligue a agitação.

Cálculos A salinidade (S x 10-3) é obtida pelo seguinte polinômio:

32

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho 𝑖

𝑖

𝑆 × 10−3 = ∑ 𝑎𝑖 (𝑅𝑡 )2 + ∆𝑆 ∑ 𝑏𝑖 (𝑅𝑡 )2 𝑖

1

3

5

∑ 𝑎𝑖 (𝑅𝑡 )2 = 𝑎0 + 𝑎1 𝑅𝑡 2 + 𝑎2 𝑅𝑡 + 𝑎3 𝑅𝑡 2 + 𝑎4 𝑅𝑡 2 + 𝑎5 𝑅𝑡 2 𝑖

∆𝑆 ∑ 𝑏𝑖 (𝑅𝑡 )2 =

1 3 5 (𝑡 − 15) (𝑏0 + 𝑏1 𝑅𝑡 2 + 𝑏2 𝑅𝑡 + 𝑏3 𝑅𝑡 2 + 𝑏4 𝑅𝑡 2 + 𝑏5 𝑅𝑡 2 ) 1 + 𝐴(𝑡 − 15)

Onde: 𝑡 = temperatura da amostra 𝑅𝑡 = Razão de condutividade da amostra 𝐴 = 0,0162 𝑎0 =

0,0080

𝑎1 =

-0,01692

𝑎2 =

25,3851

𝑎3 =

14,0941

𝑎4 =

-7,0261

𝑎5 =

2,7081

∑𝑎𝑖

35,0000

𝑏0 =

0,0005

𝑏1 =

-0,0056

𝑏2 =

-0,0066

𝑏3 =

-0,0375

𝑏4 =

0,0636

33

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho 𝑏5 =

-0,0144

∑𝑏𝑖

0,0000 Para transformar a razão de condutividade em salinidade prática, também podem

ser usadas as tabelas internacionais da UNESCO (1981). Precisão A salinidade prática pode ser determinada no intervalo 2≤S≤42 e com temperatura no intervalo -2º≤T≤35ºC. A maioria dos salinômetros indutivos apresenta uma reprodutibilidade de ±0,003 à ±0,002 x 10-3S. Na amostragem de campo, a água do mar está sujeita a mudanças do sistema carbonato e na concentração de alguns micro-constituintes. A mudança de pH, causada pela adição ou remoção de dióxido de carbono do sistema, causa uma mudança na razão de condutividade e, portanto, uma aparente mudança na salinidade. Sendo assim, somando-se os efeitos de outros micro-constituintes, as determinações de salinidade na água do mar não apresentam uma exatidão maior do que ±0,02 x 10-3, mesmo quando não ocorrem erros sistemáticos no procedimento. Referência Bibliográfica UNESCO (1981). Tech. Pap. Mar. Sci., vol. 37, Paris.

34

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Anotações:

35

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho

2.2 Determinação do pH da Água do Mar Teoricamente, o pH é definido como o cologarítimo decimal da atividade dos íons hidrogênio: 𝑝𝐻 = − log 𝑎𝐻 + Onde: 𝑎𝐻 + = 𝑓𝐻 + × [𝐻 + ] 𝑓𝐻 + = coeficiente de atividade do íon hidrogênio na solução [𝐻 + ] = concentração de íon hidrogênio O pH é um parâmetro oceanográfico que reflete o estado termodinâmico dos sistemas ácido-base presentes no ambiente marinho e, particularmente, do sistema carbonato. Em escala de tempo de centenas ou milhares de anos, o sistema carbonato é responsável pelo controle do pH oceânico e pela habilidade da solução marinha atuar como uma solução tampão devido à reação de equilíbrio: HCO3-

CO32- + H+

Existem dois métodos de determinação de pH em água do mar: método 1 que não considera a influencia dos íons sulfato e método 2 que considera o sulfato.

36

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho 2.2.1

Método 1

Princípio do método A definição prática de pH é fundamentada na diferença da f.e.m. (força eletromotriz) medida mergulhando um sistema de eletrodos – indicador e de referência – numa solução padrão, S, de pH conhecido (𝑝𝐻𝑠 ) e na solução X de qual se deseja determinar o pH (𝑝𝐻𝑥 ). O pHx é encontrado utilizando-se a equação de “pH operacional”: 𝑝𝐻𝑥 = 𝑝𝐻𝑠 +

𝐸𝑥 − 𝐸𝑠 𝐾

Onde: 𝐸𝑠 = f.e.m. da solução tampão 𝐸𝑥 = f.em. da solução x 𝐾 = 2,303 RT/F R = constante dos gases ideais (8,3143 J.K-1 mol-1) T = temperatura em Kelvin (K) F = valor de Faraday (96 487 C mol-1) Amostragem As amostras são coletadas diretamente da garrafa hidrográfica em frascos de vidro com capacidade para 100 mL, tampa de vidro esmerilhada e boca larga (~3cm). A coleta deve ser feita imediatamente após a amostragem do oxigênio, utilizando um tubo de plástico ou vidro com a ponta afilada adaptada à garrafa hidrográfica. Antes da amostragem, lavar o frasco com a própria amostra duas vezes. Retirar a amostra

37

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho lentamente, deixando extravasar um volume da mesma antes de tampar. A contaminação atmosférica deve ser rigorosamente evitada e não deve haver bolhas de ar sob a tampa. As amostras devem ser armazenadas ao abrigo da luz e mantidas na mesma temperatura ambiente que o pHmetro, a fim de se evitar choque térmico do eletrodo. A medida de pH deve ser efetuada o mais rápido possível e no máximo até duas horas após a amostragem. Materiais Equipamentos •

pHmetro;

•

Eletrodo de vidro combinado

Vidraria •

Frascos de vidro de 100 mL, com tampa esmerilhada e boca larga

•

Balões volumétricos de 100 mL

•

Frascos de 100 mL

•

Lenços de papel

•

Pisseta

38

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho

Figura 6: pHmetro Metrohm

Reagentes •

Solução tampão fosfato (pH~6,9) - dissolver 0,3533g de Na2HPO4 e 0,3387g de KH2PO4, previamente secos a 80ºC, em água destilada isenta de CO2 e completar para 100 mL. Guardar em refrigeração.

•

Solução tampão de fosfato (pH~7,4) - dissolver 0,4300g de Na2HPO4 e 0,1179g de KH2PO4, previamente secos a 80ºC, em água destilada isenta de CO2 e completar para 100 mL. Guardar em refrigeração.

•

Solução tampão de bórax (pH~9,0) - dissover 0,3803g de Na2B4O7.10H2O em água destilada isenta de CO2 e completar para 100 mL. Armazenar em frasco plástico à temperatura ambiente.

•

Solução de KCl 3M - dissolver 22,365g de KCl em 100 mL de água destilada.

OBS: para se obter água destilada isenta de CO2, fazer a ebulição da mesma durante 10 minutos. Procedimento Experimental

39

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Calibração do pHmetro Metrohm – Modelos 826 e 827 •

Colocar o eletrodo de vidro combinado na solução de KCl 3M durante 48 horas.

•

Ligar o pHmetro, com o eletrodo de vidro combinado já conectado, com pelo menos 2 horas de antecedência para permitir a sua estabilização.

•

Iniciar a calibração clicando no comando .

•

Imergir o eletrodo no 1º tampão de calibração (buffer) e pressionar

•

Aguardar a leitura (el. in buffer) e e seguida pressionar para a medição da temperatura.

•

Aguardar a leitura (measuring temp ...) e em seguida pressionar . O pH do 1º tampão está sendo medido (measuring U...).

•

Após o resultado, remover o eletrodo do 1º tampão, lavá-lo com água destilada, enxugar levemente com lenço de papel imergir no 2º tampão. Pressionar e aguardar a leitura.

•

Pressionar para a leitura da temperatura (measuring temp ...). Aguardar e em seguida pressionar para que o pH do 2º tampão seja medido (measuring U...).

•

Caso exista a necessidade de um 3º tampão configurar em Parameters.

•

Se a calibração estiver correta, o display deverá indicar a sensibilidade do eletrodo entre 85% e 102% e a temperatura entre 0 e 50oC. Caso contrário, aparecerá uma mensagem de ERRO, e a calibração deverá ser repetida.

•

Para finalizar a calibração, clicar em ou .

•

Lavar o eletrodo com água destilada e enxugar levemente com lenço de papel.

Determinação de pH das amostras •

Lavar o eletrodo com água destilada e enxugar levemente com lenço de papel.

•

Medir a temperatura e o pH da amostra, mergulhando o eletrodo no frasco contendo a amostra de água do mar. Após estabilizar (desaparecimento da palavra Drifting) anotar o valor de pH e temperatura.

40

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho •

Lavar o eletrodo com água destilada e enxugar com lenço de papel. O eletrodo está pronto para nova determinação.

•

Após a leitura de todas as amostras, desconectar o eletrodo do pHmetro, tampar a saída lateral com a tampa de borracha e mantê-lo em solução de KCl 3M.

Cálculos Como o valor de pH varia com a temperatura, este valor precisa ser corrigido para a temperatura “in situ”, segundo a seguinte equação: 𝑝𝐻 = 𝑝𝐻𝑡1 + 0,0114(𝑡1 + 𝑡2 ) Onde: 𝑡1 = temperatura da amostra medida em laboratório (ºC) 𝑡2 = temperatura da amostra “in situ” (ºC) Precisão O desvio padrão é de ±0,005 unidades de pH.

41

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Anotações:

42

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho 2.2.2 Método 2 – Escala Hidrogênio Total Princípio de determinação A definição prática de pH é fundamentada na diferença da f.e.m. (força eletromotriz) medida mergulhando um sistema de eletrodos – indicador e de referência – numa solução padrão, S, de pH conhecido (𝑝𝐻𝑠 ) e na solução X de qual se deseja determinar o pH (𝑝𝐻𝑥 ). O pHx é encontrado utilizando-se a equação de “pH operacional”: 𝑝𝐻𝑥 = 𝑝𝐻𝑠 +

𝐸𝑥 − 𝐸𝑠 𝐾

Onde: 𝐸𝑠 = f.e.m. da solução tampão 𝐸𝑥 = f.em. da solução x 𝐾 = 2,303 RT/F R = constante dos gases ideais (8,3143 J K-1 mol-1) T = temperatura em Kelvin (K) F = valor de Faraday (96 487 C mol-1) A determinação de pH, utilizando a escala de concentração do íon hidrogênio total, inclui a contribuição do íon sulfato e é definida por: 1 + 𝑆𝑟 [𝐻 + ] = [𝐻 + ]𝐿 ( ) 𝐾𝑠 Onde: [𝐻 + ]𝐿 = concentração de íon hidrogênio livre na água do mar 𝑆𝑟 = concentração total do íon sultato ([HSO4-] + [SO42-] 𝐾𝑠 = constante de dissociação para o HSO4Um pHmetro corretamente calibrado converte, automaticamente, as medidas de f.e.m. em unidades de pH.

43

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho De acordo com a equação de Nernst, a variação da f.e.m. por unidade de pH é de 59,16 mV a 25ºC. Neste caso, só uma solução tampão devia ser suficiente para a calibração do pHmetro. Entretanto, a resposta dos eletrodos difere do valor ideal em maior ou menor extensão, tornando-se necessária a calibração com duas soluções tampão. A medida é feita usando-se um eletrodo de vidro e um eletrodo de referência (prata-cloreto de prata), que tenha um potencial conhecido e constante. Atualmente, o eletrodo indicador e o de referência podem ser combinados num só, sendo denominado como eletrodo de vidro combinado. Amostragem As amostras para determinação de pH devem ser coletadas em frascos de vidro de borosilicato de cor âmbar, com capacidade de 100 mL, com tampa de vidro esmerilhada e de boca larga (~3cm). A coleta é feita logo após a amostragem de O2 dissolvido usando-se o mesmo dispositivo, ou seja, um tubo de plástico ou vidro com ponta afilada adaptada à saída da garrafa hidrográfica, que possa ser mergulhado no fundo do frasco. Os frascos de coleta são lavados duas vezes com a água a ser coletada antes da amostra definitiva. A amostra deve ser retirada lentamente, deixando-se extravasar um volume da mesma antes de tampar. A contaminação atmosférica deve ser rigorosamente evitada, não deve haver bolhas de ar sob a tampa e o frasco deve ser fechado hermeticamente. O pH é um parâmetro que se mede o mais rapidamente possível (máximo de 2 horas após a amostragem). Após a coleta, as amostras devem ser levadas imediatamente ao laboratório onde se encontra o pHmetro, para alcançarem temperatura ambiente e assim, evitar o choque

44

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho térmico nos eletrodos, o que poderia inutiliza-los. Durante esse período, mantê-las ao abrigo da luz. Materiais Equipamentos •

Eletrodo de vidro combinado

•

pHmetro (precisão de ±0,001 unidades de pH)

Vidraria •

Frascos de coleta

•

Pisseta

•

Balões volumétricos de 1000 mL

•

Lenços de papel

Reagentes •

NaCl, Na2SO4 e KCl, previamente secos a 110ºC;

•

Soluções de MgCl2 (~1mol L-1) e CaCl2 (~0,5mol L-1). Essas soluções são padronizadas com solução de AgNO3 (~0,5mol L-1). A solução de AgNO3 é previamente padronizada com solução de NaCl (0,500 mol L-1), utilizando dicromato de potássio como indicador.

•

Água destilada, deionizada e isenta de CO2. Para preparar água destilada isenta de CO2, fazer ebulição da mesma durante 15 minutos. Resfriá-la em recipiente protegido de CO2. A água deve ser imediatamente usada para preparação das soluções.

•

2-amino-2-hidroximetil-1,3-propanodiol – TRIS, previamente seco, à temperatura ambiente com pentóxido de fósforo;

45

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho •

2-aminopiridina – AMP, previamente seco, à temperatura ambiente com pentóxido de fósforo;

•

Solução HCl (~0,5 mol L-1). Essa solução é padronizada com solução de TRIS (0,500 mol L-1) utilizando alaranjado de metila como indicador.

Procedimento experimental Preparação das soluções tampão em água do mar sintética A composição dos tampões TRIS/HCl e AMP/HCl, em uma água do mar de salinidade 35, é apresentada na Tabela 2. Tabela 2: Composição das soluções tampão de pH em água do mar sintética para salinidade igual a 35 (massa baseada em 1000 g de H2O) Constituinte

Quantidade em mol

massa (g)

NaCl

0,38762

22,6446

KCl

0,01058

0,7884

MgCl2

0,05474

-

CaCl2

0,01075

-

Na2SO4

0,02927

4,1563

HCl

0,04000

-

TRIS

0,08000

9,6837

AMP

0,08000

7,5231

Uma de:

Massa total de Cada solução TRIS

1044,09

46

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho AMP

1041,93

Para o preparo de soluções tampão com salinidade diferente de 35, deve-se utilizar a seguinte expressão:

𝑚𝑠 = 𝑚35 ×

25,5695 × 𝑆 1000 − 1,0019 × 𝑆

Onde: 𝑚𝑠 = número de mol do composto na nova salinidade 𝑚35 = número de mol do composto na salinidade 35 𝑆 = salinidade a qual se deseja preparar as soluções tampão As soluções devem ser conservadas sob refrigeração. Calibração •

Colocar o eletrodo de vidro combinado em uma solução de KCl 3M durante 48 horas.

•

Se encontrar bolhas de ar dentro da membrana, agitar o eletrodo em sentido vertical até que elas desapareçam.

•

Se houver eletrólitos cristalizados no diafragma, enxaguar com água destilada até dissolvê-los totalmente.

•

Destampar e conservar a tampa de borracha lateral do eletrodo sempre aberta durante a realização das medidas.

•

Manter o eletrólito de referência no nível da tampa de borracha, utilizando solução de KCl 3M.

•

Conectar o eletrodo de vidro combinado e o sensor de temperatura ao pHmetro.

•

Mergulhar o eletrodo e o sensor de temperatura na solução tampão de AMP.

•

Esperar estabilizar a leitura.

•

Lavar o eletrodo com água destilada e enxugar levemente com lenço de papel;

47

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho •

Mergulhar o eletrodo e o sensor de temperatura na solução tampão TRIS.

•

Esperar estabilizar a leitura. OBS: Essa calibração deve ser feita diariamente, pois o eletrodo vai se

modificando com o envelhecimento. Se as amostras e soluções tampão não forem termostatizadas, esta calibração deve ser feita mais de uma vez por dia, se houver uma diferença de temperatura maior do que 3ºC entre elas. Determinação de pH das amostras Após a calibração, proceder da seguinte maneira: •

Lavar o eletrodo com água destilada e enxugar levemente com lenço de papel.

•

Mergulhar o eletrodo e o sensor de temperatura no frasco contendo a amostra. Aguardar até estabilizar e anotar o valor do pH e a temperatura.

•

Enxugar o eletrodo levemente com lenço de papel.

•

Fazer a leitura de uma nova amostra como descrito.

•

Após a leitura de todas as amostras, desconectar o eletrodo do pHmetro, tampar a saída lateral com a tampa de borracha e mantê-lo em solução de KCl 3M.

Cálculos Os valores de pH dos tampões são definidos pelas seguintes expressões: • pHS 

•

TRIS 11997  3,7668  S  0,00178  S 2  381.3088  0,011634  S  67,63163  ln T  0,121538  T  log(1  0,00106  S ) T

AMP

48

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho

𝑝𝐻𝑠 =

111,35 + 5,44875 × 𝑆 + 41,6775 − 0,015683 × 𝑆 − 6,208151 × ln 𝑇 𝑇 − log(1 − 0,00106 × 𝑆)

Onde: 𝑆 = salinidade do tampão 𝑇 = temperatura em Kelvin A resposta do eletrodo (slope) pode ser calculada pela seguinte expressão:

𝑠=

𝐸𝐴𝑀𝑃 − 𝐸𝑇𝑅𝐼𝑆 𝑝𝐻(𝑆) 𝑇𝑅𝐼𝑆 − 𝑝𝐻(𝑆)𝐴𝑀𝑃

Onde: 𝑠 = resposta do eletrodo 𝐸𝐴𝑀𝑃 = potencial do tampão AMP 𝐸𝑇𝑅𝐼𝑆 = potencial do tampão TRIS 𝑝𝐻(𝑆) 𝑇𝑅𝐼𝑆 = pH na salinidade S do tampão TRIS 𝑝𝐻(𝑆)𝐴𝑀𝑃 = pH na salinidade S do tampão AMP Como o valor do pH varia com a temperatura, este precisa ser corrigido para a temperatura “in situ”. Isso é feito utilizando-se o software CO2SYS de Lewis & Wallace (1998). Para essa correção é necessário utilizar dois parâmetros do sistema carbonato: pH e um dos outros parâmetros (Alcalinidade Total, Pressão Parcial do CO2 ou Carbono Inorgânico Total Dissolvido), além da temperatura “in situ” de análise e salinidade da amostra. Precisão A precisão do método é de ±0,003 unidades de pH. No entanto, essa precisão é válida para pHmetros de precisão ±0,001 unidades de pH. Referência Bibliográfica

49

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Lewis, E & Wallace,D. 1998. http://cdiac.ornl.gov/oceans/co2rprt.html#preface (acesso em 18/8/2014).

50

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Tabela 3: Valores de pH do tampão AMP em determinada salinidade e temperatura S

T

pH AMP

S

T

pH AMP

S

T

pH AMP

S

T

pH AMP

20

0,0

7,3519

20

18,3

6,8987

20

22,2

6,8062

20

26,1

6,7150

20

1,0

7,3263

20

18,4

6,8963

20

22,3

6,8038

20

26,2

6,7127

20

2,0

7,3007

20

18,5

6,8939

20

22,4

6,8015

20

26,3

6,7104

20

3,0

7,2753

20

18,6

6,8915

20

22,5

6,7991

20

26,4

6,7080

20

4,0

7,2500

20

18,7

6,8891

20

22,6

6,7968

20

26,5

6,7057

20

5,0

7,2248

20

18,8

6,8867

20

22,7

6,7944

20

26,6

6,7034

20

6,0

7,1997

20

18,9

6,8844

20

22,8

6,7921

20

26,7

6,7011

20

7,0

7,1747

20

19,0

6,8820

20

22,9

6,7897

20

26,8

6,6988

20

8,0

7,1497

20

19,1

6,8796

20

23,0

6,7874

20

26,9

6,6965

20

9,0

7,1249

20

19,2

6,8772

20

23,1

6,7850

20

27,0

6,6942

20

10,0

7,1002

20

19,3

6,8748

20

23,2

6,7827

20

27,1

6,6918

20

11,0

7,0756

20

19,4

6,8724

20

23,3

6,7803

20

27,2

6,6895

20

12,0

7,0510

20

19,5

6,8701

20

23,4

6,7780

20

27,3

6,6872

20

13,0

7,0266

20

19,6

6,8677

20

23,5

6,7756

20

27,4

6,6849

20

14,0

7,0023

20

19,7

6,8653

20

23,6

6,7733

20

27,5

6,6826

20

15,0

6,9780

20

19,8

6,8629

20

23,7

6,7709

20

27,6

6,6803

20

16,0

6,9539

20

19,9

6,8606

20

23,8

6,7686

20

27,7

6,6780

20

16,1

6,9515

20

20,0

6,8582

20

23,9

6,7663

20

27,8

6,6757

20

16,2

6,9491

20

20,1

6,8558

20

24,0

6,7639

20

27,9

6,6734

20

16,3

6,9466

20

20,2

6,8534

20

24,1

6,7616

20

28,0

6,6711

20

16,4

6,9442

20

20,3

6,8511

20

24,2

6,7593

20

28,1

6,6688

20

16,5

6,9418

20

20,4

6,8487

20

24,3

6,7569

20

28,2

6,6665

20

16,6

6,9394

20

20,5

6,8463

20

24,4

6,7546

20

28,3

6,6642

20

16,7

6,9370

20

20,6

6,8440

20

24,5

6,7522

20

28,4

6,6619

20

16,8

6,9346

20

20,7

6,8416

20

24,6

6,7499

20

28,5

6,6596

20

16,9

6,9322

20

20,8

6,8392

20

24,7

6,7476

20

28,6

6,6573

20

17,0

6,9298

20

20,9

6,8369

20

24,8

6,7452

20

28,7

6,6550

20

17,1

6,9274

20

21,0

6,8345

20

24,9

6,7429

20

28,8

6,6527

20

17,2

6,9250

20

21,1

6,8321

20

25,0

6,7406

20

28,9

6,6504

20

17,3

6,9226

20

21,2

6,8298

20

25,1

6,7383

20

29,0

6,6481

20

17,4

6,9202

20

21,3

6,8274

20

25,2

6,7359

20

29,1

6,6458

20

17,5

6,9178

20

21,4

6,8250

20

25,3

6,7336

20

29,2

6,6435

20

17,6

6,9154

20

21,5

6,8227

20

25,4

6,7313

20

29,3

6,6412

20

17,7

6,9130

20

21,6

6,8203

20

25,5

6,7289

20

29,4

6,6389

20

17,8

6,9106

20

21,7

6,8180

20

25,6

6,7266

20

29,5

6,6366

20

17,9

6,9082

20

21,8

6,8156

20

25,7

6,7243

20

29,6

6,6343

20

18,0

6,9058

20

21,9

6,8132

20

25,8

6,7220

20

29,7

6,6320

20

18,1

6,9035

20

22,0

6,8109

20

25,9

6,7196

20

29,8

6,6297

20

18,2

6,9011

20

22,1

6,8085

20

26,0

6,7173

20

29,9

6,6274

20

30,0

6,6251

51

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho 20

30,1

6,6229

Tabela 4: Valores de pH do tampão Tris em determinada salinidade e temperatura S

T

pH Tris

S

T

pH Tris

S

T

pH Tris

S

T

pH Tris

20

1,0

8,8483

20

18,4

8,2671

20

22,3

8,1452

20

26,2

8,0257

20

2,0

8,8130

20

18,5

8,2639

20

22,4

8,1421

20

26,3

8,0227

20

3,0

8,7779

20

18,6

8,2608

20

22,5

8,1390

20

26,4

8,0197

20

4,0

8,7431

20

18,7

8,2576

20

22,6

8,1359

20

26,5

8,0166

20

5,0

8,7085

20

18,8

8,2545

20

22,7

8,1328

20

26,6

8,0136

20

6,0

8,6742

20

18,9

8,2513

20

22,8

8,1297

20

26,7

8,0106

20

7,0

8,6401

20

19,0

8,2482

20

22,9

8,1267

20

26,8

8,0075

20

8,0

8,6063

20

19,1

8,2450

20

23,0

8,1236

20

26,9

8,0045

20

9,0

8,5727

20

19,2

8,2419

20

23,1

8,1205

20

27,0

8,0015

20

10,0

8,5393

20

19,3

8,2387

20

23,2

8,1174

20

27,1

7,9985

20

11,0

8,5061

20

19,4

8,2356

20

23,3

8,1143

20

27,2

7,9955

20

12,0

8,4732

20

19,5

8,2325

20

23,4

8,1113

20

27,3

7,9924

20

13,0

8,4405

20

19,6

8,2293

20

23,5

8,1082

20

27,4

7,9894

20

14,0

8,4079

20

19,7

8,2262

20

23,6

8,1051

20

27,5

7,9864

20

15,0

8,3756

20

19,8

8,2230

20

23,7

8,1020

20

27,6

7,9834

20

16,0

8,3435

20

19,9

8,2199

20

23,8

8,0990

20

27,7

7,9804

20

16,1

8,3403

20

20,0

8,2168

20

23,9

8,0959

20

27,8

7,9774

20

16,2

8,3371

20

20,1

8,2136

20

24,0

8,0928

20

27,9

7,9744

20

16,3

8,3339

20

20,2

8,2105

20

24,1

8,0898

20

28,0

7,9713

20

16,4

8,3307

20

20,3

8,2074

20

24,2

8,0867

20

28,1

7,9683

20

16,5

8,3275

20

20,4

8,2043

20

24,3

8,0836

20

28,2

7,9653

20

16,6

8,3243

20

20,5

8,2011

20

24,4

8,0806

20

28,3

7,9623

20

16,7

8,3211

20

20,6

8,1980

20

24,5

8,0775

20

28,4

7,9593

20

16,8

8,3179

20

20,7

8,1949

20

24,6

8,0745

20

28,5

7,9563

20

16,9

8,3147

20

20,8

8,1918

20

24,7

8,0714

20

28,6

7,9533

20

17,0

8,3115

20

20,9

8,1887

20

24,8

8,0683

20

28,7

7,9503

20

17,1

8,3083

20

21,0

8,1855

20

24,9

8,0653

20

28,8

7,9473

20

17,2

8,3052

20

21,1

8,1824

20

25,0

8,0622

20

28,9

7,9443

20

17,3

8,3020

20

21,2

8,1793

20

25,1

8,0592

20

29,0

7,9413

20

17,4

8,2988

20

21,3

8,1762

20

25,2

8,0561

20

29,1

7,9383

20

17,5

8,2956

20

21,4

8,1731

20

25,3

8,0531

20

29,2

7,9353

20

17,6

8,2924

20

21,5

8,1700

20

25,4

8,0500

20

29,3

7,9324

20

17,7

8,2893

20

21,6

8,1669

20

25,5

8,0470

20

29,4

7,9294

20

17,8

8,2861

20

21,7

8,1638

20

25,6

8,0440

20

29,5

7,9264

20

17,9

8,2829

20

21,8

8,1607

20

25,7

8,0409

20

29,6

7,9234

20

18,0

8,2798

20

21,9

8,1576

20

25,8

8,0379

20

29,7

7,9204

20

18,1

8,2766

20

22,0

8,1545

20

25,9

8,0348

20

29,8

7,9174

20

18,2

8,2734

20

22,1

8,1514

20

26,0

8,0318

20

29,9

7,9144

20

18,3

8,2703

20

22,2

8,1483

20

26,1

8,0288

20

30,0

7,9115

52

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho 20

Anotações:

53

30,1

7,9085

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho

Capítulo 3: Titrimetria

54

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho

3.1 Oxigênio Dissolvido na Água do Mar O oxigênio (O2) é o gás mais estudado no ambiente marinho devido à facilidade de sua medida e ao interesse dos oceanógrafos que estudam processos físicos (processos advectivos) e biológicos (fotossíntese e oxidação da matéria orgânica). A concentração de oxigênio dissolvido (OD) na água do mar depende de fatores físicos (temperatura, salinidade e pressão) e biológicos (fotossíntese, respiração e oxidação da matéria orgânica). Sua concentração varia entre 0 e 8 ml L-1. 3.1.1 Método de Winkler modificado Princípio da determinação A determinação de O2 dissolvido em águas naturais é feita pela técnica desenvolvida por Winkler, em 1888. Algumas modificações foram introduzidas no decorrer dos anos para facilitar o trabalho a bordo e minimizar algumas fontes de erros. A amostra coletada é rapidamente fixada com cloreto ou sulfato de manganês e hidróxido de potássio alcalino (KI + KOH). O Mn(OH)2 reage com o oxigênio presente na amostra formando um composto de manganês trivalente. Assim, o O2 dissolvido é fixado. Na análise, após acidificação, o composto trivalente de manganês é dissolvido, oxidando I- a I2, que é estabilizado pela formação de I3- devido ao excesso de I-. A quantidade de I3- formado é proporcional à quantidade de O2 da amostra e é determinado pela titulação com solução padronizada de tiossulfato de sódio (Na2S2O3). Uma solução de amido, que forma um complexo azul com I2, é utilizada para indicar o ponto de equivalência desta titulação. As equações estequiométricas envolvidas nesta determinação são: Mn2+ + 2OH-  Mn(OH)2

55

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho 1

2Mn(OH)2 + O2 + H2O  2Mn(OH)3 2

2Mn(OH)3 +6H+ + 2I-  2Mn2+ + I2 +6H2O I3- + 2S2O32-  3I- + S4O62IO3- + 8I- + 6H+  I3- + 3H2O Amostragem As amostras devem ser coletadas em frascos de vidro de borosilicato de cor âmbar, com capacidade nominal de, aproximadamente, 70 mL, com tampa de viro esmerilhada. A amostra para análise de OD deve ser a primeira a ser retirada da garrafa de coleta para evitar-se a expulsão dos gases devido ao aumento da temperatura. A coleta deve ser feita com o máximo de cuidado, a fim de se impedir a perda ou adição de O2. Para tanto, um tubo de borracha de, aproximadamente 10 cm, com bico estreito na ponta, é adaptado à torneira de descarga. Deve-se retirar todo o ar do tubo com a própria água da garrafa e, em seguida, lavar o fundo do frasco de coleta e encher lentamente até escorrer, evitando a formação de bolhas de ar. Logo em seguida, adicionar 0,5 mL de cloreto de manganês (II) e 0,5 mL de iodeto alcalino e colocar a tampa sem deixar bolhas de ar. Agitar o frasco vigorosamente para que todo o hidróxido de manganês reaja com o oxigênio da amostra. Após fixação do oxigênio dissolvido, aguardar toda a precipitação antes de processar a análise durante pelo menos meia hora. As amostras podem ser armazenadas por até 12 horas após a fixação, desde que protegidas da luz e de grandes variações térmicas.

56

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Materiais Equipamentos •

Bureta de pistão calibrada com 10 mL de capacidade e escala de 0,01 mL;

•

Agitador mecânico; Vidraria

•

Frascos âmbar de coleta com tampa esmerilhada;

•

Balões volumétricos de 100 e 1000 mL;

•

Béqueres de 150 mL;

•

Proveta de 50 mL;

•

Pipetas volumétricas de 1 e 10 mL;

•

Seringa de 5 mL;

•

Pisseta. Reagentes Os reagentes utilizados na determinação do O2 dissolvido devem ser de muito boa

qualidade para que não apresentem interferências. Alguns reagentes contêm oxigênio dissolvido, o que pode introduzir um erro na análise. A solução de manganês pode conter esse composto num estado de oxidação mais elevado levando a um aumento na concentração de O2 na amostra. A solução acidificada de iodeto é sensível a foto-oxidação e por isso, deve-se evitar a sua exposição à luz solar. O iodo liberado deve ser rapidamente titulado em presença de luz elétrica ou luz solar difusa.

57

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho A concentração dos reagentes depende da capacidade dos frascos de amostra utilizados. As quantidades, aqui recomendadas, são para os frascos com capacidade em torno de 70 mL. Solução de cloreto de manganês II (2 M) - Dissolver 40 g de MnCl2.4H2O ou 32 g de MnSO4.H2O com uma pequena quantidade de água destilada e completar o volume em balão volumétrico de 100 mL. Solução de iodeto alcalino (KI = 3,6 M e KOH = 5,4 M) - Dissolver 60 g de KI e 30 g de KOH, separadamente, na menor quantidade de água possível, tendo o cuidado para que a soma das alíquotas não ultrapasse 100 mL. Transferir para um balão volumétrico de 100 mL e completar o volume com água destilada. Ácido sulfúrico - Adicionar, cuidadosamente, 50 mL de H2SO4 (95 - 97%) a 50 mL de água destilada (usar resfriamento durante o processo). Solução de tiossulfato de sódio (0,02 M) - Dissolver 5 g de Na2S2O3 em alíquotas e completar o volume em um balão volumétrico de 1000 mL. Solução de amido - Dispersar 1g de amido solúvel em 100 mL de água destilada e aquecer a solução, deixando ebulir durante 1 minuto. Esta solução não se conserva por mais de uma semana. Solução de iodato de potássio (0,1667x10-2 M) - Dissolver, cuidadosamente 356,7 mg de KIO3, transferir para um balão volumétrico de 1000 mL e completar com água destilada. Procedimento experimental Determinação do branco de reagentes

58

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Colocar 50 mL de água destilada em um béquer de 150 mL. Adicionar separadamente, pela ordem, 1 mL de ácido sulfúrico, 0,5 mL de iodeto alcalino e 0,5 mL de cloreto de manganês II. Agitar a amostra entre a adição de cada reagente para evitar a precipitação do hidróxido de manganês. Em seguida adicionar, com o auxílio de uma pipeta, 1 mL de solução de iodato de potássio (padrão). O iodo é titulado com solução de tiossulfato de sódio até obter uma coloração ligeiramente amarela. Em seguida, adicionar 0,5 mL do indicador de amido e continuar a titulação até a descoloração. Anotar o volume gasto de tiossulfato de sódio (V1). Adicionar, com o auxílio de uma pipeta, mais 1 mL de solução de iodato de potássio e continuar a titulação até a descoloração. Anotar o volume gasto de tiossulfato de sódio (V2). O volume do branco de reagentes, Vbranco, é: 𝑉𝑏𝑟𝑎𝑛𝑐𝑜 = 𝑉2 − 𝑉1 A concentração de oxigênio dissolvido, DOR, nos reagentes utilizados para a fixação das amostras é:

𝐷𝑂𝑅 =

1000. 𝑉𝑅 × 0,0017 𝑉0

Onde: 𝑉𝑅 = soma dos volumes usados de iodeto alcalino e cloreto de manganês II 𝑉0 = volume de amostra. Padronização do tiossulfato de sódio Colocar 50 mL de água destilada em um béquer de 150 mL. Adicionar separadamente, pela ordem, 1 mL de ácido sulfúrico, 0,5 mL de iodeto alcalino e 0,5 mL de cloreto de manganês II. Agitar a amostra entre a adição de cada reagente para evitar a precipitação do hidróxido de manganês. Em seguida adicionar 10 mL de solução 0,166 7 x 10-2 M de iodato padrão com uma pipeta volumétrica.

59

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho O iodo formado é titulado com solução de tiossulfato de sódio até se obter uma coloração ligeiramente amarela. Adicionar 0,5 mL do indicador de amido e continuar a titulação até a descoloração. Repetir a padronização três vezes. Anotar os volumes gastos. As equações estequiométricas envolvidas na padronização são: IO3- + 5I- + 6H+  3I2 + 3H2O I2 + I-  I3I3- + 2S2O32-  3I- + S4O62De acordo com estas equações, 1 mol de KIO3 reage com 6 moles de Na2S2O3. Deste modo, o cálculo da concentração da solução de tiossulfato de sódio é:

𝑀𝑆2 𝑂32− =

6. 𝑀𝐼𝑂3 − × 𝑉𝐼𝑂3 − 𝑉𝑆2 𝑂3 2− − 𝑉𝐵𝑟𝑎𝑛𝑐𝑜

Onde: 𝑀𝑆2 𝑂3 2− = concentração da solução de tiossulfato de sódio (mol L-1) MIO3 − =concentração de solução de iodato padrão (mol L-1) VIO3 − = volume da solução de iodato padrão (mL) VS2 O32− = média dos volumes de solução de tiossulfato gastos na titulação (mL) VBranco = volume gasto na determinação do branco de reagentes (mL) Análise das amostras Adicionar 1 mL de ácido sulfúrico no próprio frasco e agitar até a completa dissolução do precipitado. Transferir a amostra para um béquer de 150 mL. Lavar o frasco e a tampa com o menor volume possível de água destilada e transferir para o béquer da amostra. Evitar qualquer perda nesta operação.

60

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Titular a amostra com a solução de tiossulfato de sódio até a cor amarelo claro. Adicionar 0,5 mL de amido e continuar a titulação até o ponto de equivalência (azul para incolor).

61

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Cálculos Concentração de O2 Um mol de oxigênio equivale a quatro moles de tiossulfato, de acordo com as equações envolvidas nesta determinação. A concentração de oxigênio dissolvido, em ml L-1 (CNTP), é expressa do seguinte modo:

[𝑂𝐷] =

5603,5 × 𝑀𝑆2 𝑂32− × (𝑉 − 𝑉𝑏𝑟𝑎𝑛𝑐𝑜 ) 𝑉0 − 𝑉𝑅

Onde: [𝑂𝐷] = concentração de oxigênio dissolvido (ml L-1) 5603,5 = é o volume ocupado por ¼ de mol de oxigênio dissolvido (mL) – CNTP MS2 O32− = concentração da solução de tiossulfato de sódio 𝑉 = volume de tiossulfato gasto na titulação da amostra (mL) Vbranco = volume gasto na determinação do branco (mL); 𝑉0 = volume total da amostra (volume do frasco) 𝑉𝑅 = volume de reagentes adicionados antes da liberação do iodo (1 mL) Porcentagem de Saturação de oxigênio Frequentemente, o oxigênio é dado como porcentagem de saturação, que é referente ao conteúdo de água em dada temperatura e salinidade, quando em contato com um ar padrão na pressão atmosférica normal. [𝑂𝐷]

%Saturação = [𝑂𝐷]𝑠𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎çã𝑜 𝑥100

Onde: [OD] = [OD] calculado

62

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho [OD]saturação = volume máximo de oxigênio dissolvido a 0oC e 1 atm em 1 litro de água (mL L-1). A concentração de saturação ou solubilidade do oxigênio encontra-se listada na Tabela 5 para diversas condições de temperatura e salinidade. Tabela 5: Solubilidade de oxigênio (mL L-1) Temperatura (oC)/Salinidade

O

2

4

6

8

10

12

14

16

0

10,2

10,1

9,9

9,8

9,7

9,5

9,4

9,3

1

9,94

9,8

9,7

9,5

9,4

9,3

9,2

9

2

9,67

9,54

9,4

9,3

9,2

9

8,9

3

9,41

9,28

9,2

9

8,9

8,8

8,7

4

9,16

9,04

8,9

8,8

8,7

8,6

5

8,93

8,81

8,7

8,6

8,5

8,4

6

8,7

8,59

8,5

8,4

8,3

7

8,49

8,38

8,3

8,2

8

8,28

8,17

8,1

8

18

20

22

24

26

28

30

32

34

36

38

40

9,2

9

8,9

8,8

8,7

8,6

8,4

8,3

8,2

8,9

8,8

8,7

8,6

8,4

8,3

8,2

8,1

8

8,1

8

7,9

7,8

7,9

7,8

7,7

7,6

8,8

8,7

8,6

8,5

8,3

8,2

8,1

8

7,9

8,6

8,5

8,3

8,2

8,1

8

7,9

7,8

7,7

7,8

7,7

7,6

7,5

7,4

7,6

7,5

7,4

7,3

7,2

8,5

8,4

8,2

8,1

8

7,9

7,8

7,7

7,6

8,3

8,1

8

7,9

7,8

7,7

7,6

7,5

7,4

7,5

7,4

7,3

7,2

7,1

7

7,3

7,2

7,1

7

7

6,9

8,2

8,1

7,9

7,8

7,7

7,8

7,5

7,4

7,3

7,3

7,2

7,1

7

6,9

6,8

6,7

8,1

8

7,9

7,8

7,7

7,6

7,5

7,4

7,3

7,2

7,9

7,8

7,7

7,6

7,5

7,4

7,3

7,2

7,1

7

7,1

7

6,9

6,8

6,7

6,6

6,6

6,9

6,8

6,7

6,7

6,6

6,5

6,4

9

8,08

7,98

7,9

7,8

7,7

7,6

7,5

7,4

7,3

7,2

7,1

7

6,9

6,8

6,8

6,7

6,6

6,5

6,4

6,3

6,3

10

7,89

7,79

7,7

7,6

7,5

7,4

7,3

7,2

7,1

7

7

6,9

6,8

6,7

6,6

6,5

6,4

6,4

6,3

6,2

6,1

11

7,71

7,61

7,5

7,4

7,3

7,2

7,2

7,1

7

6,9

6,8

6,7

6,6

6,5

6,5

6,4

6,3

6,2

6,1

6,1

6

12

7,53

7,44

7,4

7,3

7,2

7,1

7

6,9

6,8

6,7

6,7

6,6

6,5

6,4

6,3

6,2

6,2

6,1

6

5,9

5,9

13

7,37

7,27

7,2

7,1

7

6,9

6,8

6,8

6,7

6,6

6,5

6,4

6,3

6,3

6,2

6,1

6

6

5,9

5,8

5,7

14

7,2

7,12

7

6,9

6,9

6,8

6,7

6,6

6,5

6,5

6,4

6,3

6,2

6,1

6,1

6

5,9

5,8

5,8

5,7

5,6

15

7,05

6,96

6,9

6,8

6,7

6,6

6,6

6,5

6,4

6,3

6,2

6,2

6,1

6

5,9

5,9

5,8

5,7

5,7

5,6

5,5

16

6,9

6,81

6,7

6,7

6,6

6,5

6,4

6,3

6,3

6,2

6,1

6

6

5,9

5,8

5,8

5,7

5,6

5,5

5,5

5,4

17

6,75

6,67

6,6

6,5

6,4

6,8

6,3

6,2

6,1

6,1

6

5,9

5,8

5,8

5,7

5,6

5,6

5,5

5,4

5,4

5,3

18

6,61

6,54

6,5

6,4

6,3

6,2

6,2

6,1

6

5,9

5,9

5,8

5,7

5,7

5,6

5,5

5,5

5,4

5,3

5,3

5,2

19

6,48

6,4

6,3

6,3

6,2

6,1

6

6

5,9

5,8

5,8

5,7

5,6

5,6

5,5

5,4

5,4

5,3

5,2

5,2

5,1

20

6,35

6,28

6,2

6,1

6,1

6

5,9

5,9

5,8

5,7

5,6

5,6

5,5

5,5

5,4

5,3

5,3

5,2

5,1

5,1

5

21

6,23

6,15

6,1

6

5,9

5,9

5,8

6,7

5,7

5,6

5,5

5,5

5,4

5,4

5,3

5,2

5,2

5,1

5

5

4,9

22

6,11

6,04

6

5,9

5,8

5,8

5,7

5,6

5,6

5,5

5,4

5,4

5,3

5,3

5,2

5,1

5,1

5

5

4,9

4,8

23

5,99

5,92

5,9

5,8

5,7

5,7

5,6

5,5

5,5

5,4

5,3

5,3

5,2

5,2

5,1

5

5

4,9

4,9

4,8

4,8

24

5,88

5,81

5,7

5,7

5,6

5,6

5,5

5,4

5,4

5,3

5,2

5,2

5,1

5,1

5

5

4,9

4,8

4,8

4,7

4,7

25

5,77

5,7

5,6

5,6

5,5

5,5

5,4

5,3

5,3

5,2

5,2

5,1

5

5

4,9

4,9

4,8

4,8

4,7

4,7

4,6

26

5,66

5,6

5,5

5,5

5,4

5,4

5,3

5,2

5,2

5,1

5,1

5

5

4,9

4,8

4,8

4,7

4,7

4,6

4,6

4,5

27

5,56

5,5

5,4

5,4

5,3

5,3

5,2

5,1

5,1

5

5

4,9

4,9

4,8

4,8

4,7

4,7

4,6

4,5

4,5

4,4

28

5,46

5,4

5,3

5,3

5,2

5,2

5,1

5,1

5

4,9

4,9

4,8

4,8

4,7

4,7

4,6

4,6

4,5

4,5

4,4

4,4

29

5,37

5,31

5,3

5,2

5,1

5,1

5

5

4,9

4,9

4,8

4,8

4,7

4,7

4,6

4,6

4,5

4,5

4,4

4,4

4,3

30

5,28

5,22

5,2

5,1

5,1

5

4,9

4,9

4,8

4,8

4,7

4,7

4,6

4,6

4,5

4,5

4,4

4,4

4,3

4,3

4,2

31

5,19

5,13

5,1

5

5

4,9

4,9

4,8

4,8

4,7

4,7

4,6

4,6

4,5

4,5

4,4

4,4

4,3

4,3

4,2

4,2

32

5,1

5,04

5

4,9

4,9

4,8

4,8

4,7

4,7

4,6

4,6

4,5

4,5

4,4

4,4

4,3

4,3

4,2

4,2

4,2

4,1

33

5,01

4,96

4,9

4,9

4,8

4,8

4,7

4,7

4,6

4,6

4,5

4,5

4,4

4,4

4,3

4,3

4,2

4,2

4,1

4,1

4

34

4,93

4,88

4,8

4,8

4,7

4,7

4,6

4,6

4,5

4,5

4,4

4,4

4,3

4,3

4,3

4,2

4,2

4,1

4,1

4

4

63

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho 35

4,85

4,8

4,8

4,7

4,7

4,6

4,6

4,5

4,5

4,4

4,4

4,3

4,3

4,2

4,2

4,1

4,1

4,1

4

Conversão de unidades de concentração de OD A concentração de oxigênio dissolvido na água do mar deve ser reportada em unidades de micromol por quilograma de água do mar (mol kg-1). Para a conversão das concentrações calculadas em ml L-1 para mol kg-1, é necessária a utilização da densidade da água do mar na temperatura de coleta da amostra.

𝜌𝑆𝑊 =

𝜌𝑆𝑀𝑂𝑊 + [𝐴 × 𝑆] + [𝐵 × (𝑆 1,5 )] + [𝐶 × 𝑆 2 ] 1000

𝜌𝑆𝑀𝑂𝑊 = 999,842594 + 6,793952 × 10−2 𝑡 − 9,095290 × 10−3 𝑡 2 + 1,001685 × 10−4 𝑡 3 − 1,120083 × 10−6 𝑡 4 + 6,536332 × 10−9 𝑡 5 𝐴 = 8,24493 × 10−1 − 4,0899 × 10−3 𝑡 + 7,6438 × 10−5 𝑡 2 − 8,2467 × 10−7 𝑡 3 + 5,3875 × 10−9 𝑡 4 𝐵 = −5,72466 × 10−3 + 1,0227 × 10−4 𝑡 − 1,6546 × 10−6 𝑡 2 𝐶 = 4,8314 × 10−4 Onde: 𝜌𝑆𝑊 = densidade da água do mar (kg L-1) 𝜌𝑆𝑀𝑂𝑊 = densidade da água padrão pura (Standard Mean Ocean Water), com composição isotópica específica e livre de gases dissolvidos 𝐴, 𝐵 e 𝐶 = variáveis dependentes da temperatura 𝑆 = salinidade 𝑡 = temperatura de coleta da amostra de água do mar (°C). Assim, para a conversão da concentração de oxigênio dissolvido de ml L-1 para mol kg-1, utiliza-se a equação abaixo:

[𝑂2 ] =

44,615 × [𝑂𝐷] 𝜌𝑆𝑊

64

4

3,9

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Onde: [𝑂2 ] = concentração de oxigênio dissolvido na água do mar em mol kg-1 44,615 =

1000 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑚𝑜𝑙𝑎𝑟 𝑑𝑜 𝑜𝑥𝑖𝑔ê𝑛𝑖𝑜 𝑒𝑚 𝐶𝑁𝑇𝑃

Para uma amostra de água do mar a 25ºC e salinidade igual a 35, a 𝜌𝑆𝑊 é igual a 1,02334 kg L-1. Precisão e possíveis fontes de erro A precisão da determinação de OD, expressa através do desvio padrão, é ±0,02 ml L-1 para concentrações de OD menores que 2 ml L-1 e ±0,04 ml L-1 para concentrações acima de 2 ml L-1. As principais fontes estão listadas abaixo: •

Perda de iodo por volatilização da solução acidificada antes ou durante a titulação. Este erro pode ser reduzido, mas não eliminado, pela utilização da solução de iodeto alcalino, que se complexa com o iodo formando o íon tri-iodeto;

•

Foto-oxidação do iodeto pode ocorrer se a solução acidificada estiver exposta à luz forte, o que levaria a resultados mais elevados na concentração do O2. A velocidade de oxidação cresce com o pH por isso, o mesmo deve ser menor que 2,7. Por outro lado, o excesso de ácido deve ser evitado, pois o íon tiossulfato é uma base fraca e combina com H+ para formar o ácido tiossulfato, que é instável e se decompõe em enxofre e ácido sulfuroso ou dióxido de enxofre, respectivamente;

•

Erros sérios podem ser produzidos pelas impurezas dos reagentes. Por exemplo, a solução de manganês (II) pode conter alguma quantidade de manganês num estado de oxidação mais elevado, introduzindo um erro no sentido de aumentar o

65

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho conteúdo de oxigênio. Devido a esse fato, deve-se trabalhar com reagentes de alto grau de pureza e verificar as interferências através do branco dos reagentes; •

A limpeza do material a ser utilizado é importante para evitar erros. Por exemplo, se houver uma contaminação com resíduos de manganês na vidraria, o resultado pode dar mais alto que o valor correto.

66

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho VOLUME DO FRASCO FRASCO 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35

o

0C 59.15 59.60 60.49 60.39 58.56 58.47 59.57 59.55 60.76 60.19 61.28 61.31 59.51 59.24 60.23 60.06 58.54 58.20 61.18 62.02 61.02 60.73 60.11 60.18 57.36 58.39 63.39 61.57 58.57 58.68 57.90 58.27 59.04 58.91 55.95

10oC 59.16 59.61 60.50 60.40 58.56 58.47 59.58 59.56 60.76 60.20 61.28 61.32 59.52 59.24 60.24 60.06 58.55 58.20 61.18 62.02 61.03 60.73 60.11 60.19 57.36 58.39 63.39 61.58 58.58 58.69 57.91 58.27 59.04 58.92 55.95

67

20oC 59.17 59.61 60.51 60.40 58.57 58.48 59.58 59.56 60.77 60.20 61.29 61.32 59.53 59.25 60.24 60.07 58.56 58.21 61.19 62.03 61.03 60.74 60.12 60.19 57.37 58.40 63.40 61.58 58.59 58.69 57.91 58.28 59.05 58.93 55.96

30oC 59.17 59.62 60.51 60.41 58.57 58.48 59.59 59.57 60.78 60.21 61.30 61.33 59.53 59.25 60.25 60.07 58.56 58.21 61.19 62.03 61.04 60.75 60.13 60.20 57.38 58.40 63.40 61.59 58.59 58.70 57.92 58.28 59.05 58.93 55.96

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Anotações:

68

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Anotações:

69

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho

3.2

Determinação da Alcalinidade Total em água do mar A alcalinidade total (AT) é definida como a concentração de íon hidrogênio, em

mol, necessária para neutralizar as bases fracas em 1 kg de água do mar. AT = [HCO3-] + 2[CO32-] + [B(OH)4-] + [OH-] + [Si(OH)3-] + [HPO42-] + 2[PO43-] – [H+] – [HSO4-] – [HF] – [H3PO4] Na faixa de pH entre 5,5 – 8,5 as concentrações de OH-, H+, HSO4- e HF são negligenciáveis. Em águas anóxicas, as concentrações de HS-, HPO42- e NH3 podem ser consideradas bases fracas. Os valores de AT nos oceanos estão, geralmente, na faixa de 2,3 a 2,6 mmol kg-1. Apesar dessa pequena variação, sua determinação tem sido utilizada no estudo de águas costeiras afetadas pelo fenômeno da ressurgência e pelo influxo de águas doces, ou ainda, como índices em análises de massas d’água. A maior importância da determinação da AT é que esta permite estimar variações nas concentrações de CO2, HCO3-, CO32- e também, da pressão parcial do CO2 na água do mar. Estes parâmetros são de interesse para o estudo da produção primária do fitoplâncton, pH, processos de troca oceano-atmosfera e composição dos sedimentos marinhos. 3.2.1 Títulação Potenciométrica Princípio do método O princípio desta determinação baseia-se na titulação potenciométrica de uma amostra de água do mar, de massa conhecida, com solução de ácido clorídrico 0,1 mol L1

. O ácido é preparado com a adição de cloreto de sódio, para se aproximar ao valor da

70

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho força iônica da água do mar e, assim, manter os coeficientes de atividade aproximadamente constantes durante a titulação. O progresso da titulação é monitorado utilizando-se um eletrodo combinado de vidro- Ag/AgCl. A alcalinidade total é, então, determinada pelas medidas de volume de titulante e da f.e.m. (E) obtidas durante a titulação. Para tal cálculo, utiliza-se o método de Gran simples, que permite a linearização dos dados, para a determinação do ponto de equivalência da titulação. Amostragem As amostras para determinação de AT devem ser coletadas em frascos de vidro de borosilicato de cor âmbar, com capacidade de 300 mL, com tampa de vidro esmerilhada e de boca estreita. A coleta é feita logo após a amostragem de pH usando-se o mesmo dispositivo, ou seja, um tubo de plástico ou vidro com ponta afilada adaptada à saída da garrafa hidrográfica, que possa ser mergulhado no fundo do frasco. A amostra deve ser retirada lentamente, deixando-se extravasar um volume da mesma antes de tampar. A contaminação atmosférica deve ser rigorosamente evitada, não deve haver bolhas de ar sob a tampa e o frasco deve ser fechado hermeticamente. Materiais Equipamento •

pHmetro com precisão de, no mínimo, 0,1 mV;

•

Bureta de pistão, com precisão de 0,01 mL;

•

Banho termostatizado;

71

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho •

Agitador magnético;

•

Eletrodo de vidro combinado;

72

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Vidraria •

Béquer de 200 mL;

•

Balão volumétrico de 1000 mL;

•

Pipeta volumétrica de 100 mL.

Figura 7: titulação potenciométrica

Reagentes As soluções preparadas devem apresentar forças iônicas próximas à da água do mar a ser analisada. Para isso, adiciona-se cloreto de sódio (NaCl), cuja concentração será dependente da salinidade das amostras a serem analisadas. Os cálculos de determinação da força iônica da água do mar e da massa de NaCl a ser adicionada são mostrados no item Cálculos. Para se obter água destilada isenta de CO2, deve-se ferve-la por 10 a 15 minutos, deixar esfriar até atingir a temperatura ambiente. Antes de ser pesado, o NaCl deve ser seco a 280°C por, no mínimo, 2 horas e deixar esfriar em dessecador. O 2-amino-2-hidroximetil-1,3-propanodiol (Tris) deve ser seco em dessecador à temperatura ambiente.

73

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho •

Solução de ácido clorídrico (0,1 mol L-1) - adicionar, cuidadosamente, 8,30 mL de HCl (36,5 – 38,0 %) a 500 mL de água destilada e completar o volume em balão volumétrico de 1000 mL. Ajustar o valor da força iônica dessa solução à da água do mar a ser analisada, adicionando NaCl.

•

Solução padrão de 2-amino-2-hidroximetil-1,3-propanodiol (Tris) (2,5x10-3 mol L-1): dissolver 0,3028 g de Tris e quantidade suficiente de NaCl, para ajuste da força iônica da solução, em 1000 mL de água destilada, isenta de CO2.

Procedimento Experimental Padronização do ácido Com o auxílio de uma pipeta volumétrica, colocar 100 mL da solução padrão de Tris em um béquer de 200 mL. Introduzir o eletrodo e o sensor de temperatura na solução e começar a agitação com o auxílio do agitador magnético. Fazer a leitura do potencial e do pH da solução, sempre mantendo a temperatura constante. A titulação inicia-se com a adição de uma alíquota de 2,50 mL de ácido titulante. Esperar até que o potencial da solução esteja estabilizado. Anotar esse potencial, o pH da solução e a temperatura. Em seguida, adicionar uma alíquota de ácido titulante de 0,05 mL e anotar o potencial de estabilização, o pH da solução e a temperatura. Repita esse procedimento até que o pH da solução atinja um valor aproximado de 3,50. Aumentar a adição de ácido titulante para alíquotas de 0,10 mL, sempre anotando o potencial de estabilização, o pH e a temperatura da solução . Repita esse procedimento até que o pH da solução atinja um valor aproximado de 3,00. Análise das amostras

74

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Com o auxílio de uma pipeta volumétrica, colocar 100 mL de amostra da água do mar em um béquer de 200 mL. Introduzir o eletrodo na solução e o sensor de temperatura e começar a agitação com o auxílio do agitador magnético. Fazer a leitura do potencial, pH e temperatura da solução, sempre mantendo a temperatura constante. Controlando o pH da solução, adicione, lentamente, uma alíquota de 1,50 mL do ácido titulante. Esperar até que o potencial da solução esteja estabilizado. Anotar o potencial, pH e temperatura da solução. Adicionar alíquotas de 0,10 mL de ácido, até que o pH da solução atinja um valor próximo de 5,00, sempre anotando o valor do pH e do potencial de estabilização e temperatura. Quando o pH da solução atingir um valor próximo de 5,00, as alíquotas de ácido a serem adicionadas devem ser de 0,05 mL. Anotar o potencial de estabilização, o pH e temperatura da solução. Repita esse procedimento até que o pH da solução atinja um valor aproximado de 3,50. Aumentar a adição de ácido titulante para alíquotas de 0,10 mL. Repita esse procedimento até que o pH da solução atinja um valor aproximado de 3,00. Esse procedimento é variável para águas de diferentes salinidades. Cada água apresenta uma resposta diferente a adição de ácido. Portanto, o volume da primeira alíquota de ácido adicionado é variável. Cálculos Força iônica A força iônica da água do mar, natural ou artificial, é determinada pela equação: 𝐼𝑆𝑊 = 1,9927 × 10−2 × 𝑆 Onde: 𝐼𝑆𝑊 = força iônica da água do mar (mol/kg - H2O)

75

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho S = salinidade da água do mar. A força iônica de uma solução é determinada pela equação: 𝑀𝑖 × 𝑧𝑖2 𝐼=∑ 2 onde: I = força iônica da solução (mol kg-1 - H2O); Mi = concentração de cada tipo de íon em solução (mol kg-1 - H2O) zi = carga de cada tipo de íon em solução. Método de Gran simples Tanto para a padronização do ácido clorídrico, quanto para o cálculo da alcalinidade total da água do mar, utiliza-se o método de Gran simples. A função G, mostrada na equação abaixo, expressa o balanço de massa para os íons hidrogênio (H+), assumindo que, após o volume de equivalência, esses íons formem apenas íons H+ livres em solução. (𝐸 × 𝐹) 𝐺 = {(𝑣0 + 𝑣) × 10𝑒𝑥𝑝 [ ]} × 0,001 ln(10 × 𝑅𝑇 × 1000) Onde: G = função de Gran v0= volume de amostra titulada (mL); v = volume de ácido adicionado (mL); E = potencial da solução (mV); F = constante de Faraday (96,4853 x 103 C mol-1); R = constante universal dos gases ideais (8,31451 J K-1 mol-1); T = temperatura absoluta da solução (K). Para cada adição de ácido da titulação (da padronização ou de uma amostra) utiliza-se a equação da função G. Confecciona-se um gráfico V x G com os dados da titulação e, utilizando apenas os dados que estão após o volume de equivalência

76

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho (aproximadamente, os últimos dez dados), traça-se uma curva, desprezando-se os dois últimos pontos. Através da equação da reta obtida, calcula-se o volume de equivalência e, de posse desse valor, calcula-se a concentração do ácido e o valor de AT da amostra.

𝑀𝐻𝐶𝑙 =

[𝑇𝑟𝑖𝑠] × 𝑣0 𝑣𝑒𝑞

Onde: MHCl = concentração do ácido titulante (mol L-1) [Tris] = concentração do padrão (mol L-1); v0 = volume de amostra titulada (mL); veq = volume de equivalência (mL).

𝐴𝑇 =

𝑀𝐻𝐶𝑙 × 𝑣𝑒𝑞 𝜌𝑆𝑊 × 𝑣0

onde: 𝐴𝑇 é = valor da alcalinidade total da amostra (mol kg-1 - H2O mar); 𝑀𝐻𝐶𝑙 = concentração do ácido titulante (mol L-1); 𝑣0 = volume de amostra titulada (mL); 𝑣𝑒𝑞 = volume de equivalência (mL) 𝜌𝑆𝑊 = densidade da água do mar (kg L-1). Para a conversão das concentrações calculadas em mol L-1 para mol/kg - H2O mar, é necessária a utilização da densidade da água do mar na temperatura de análise da amostra, utilizando-se a equação:

𝜌𝑆𝑊 =

𝜌𝑆𝑀𝑂𝑊 + [𝐴 × 𝑆] + [𝐵 × (𝑆 1,5 )] + [𝐶 × 𝑆 2 ] 1000

77

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho 𝜌𝑆𝑀𝑂𝑊 = 999,842594 + 6,793952 × 10−2 𝑡 − 9,095290 × 10−3 𝑡 2 + 1,001685 × 10−4 𝑡 3 − 1,120083 × 10−6 𝑡 4 + 6,536332 × 10−9 𝑡 5

𝐴 = 8,24493 × 10−1 − 4,0899 × 10−3 𝑡 + 7,6438 × 10−5 𝑡 2 − 8,2467 × 10−7 𝑡 3 + 5,3875 × 10−9 𝑡 4 𝐵 = −5,72466 × 10−3 + 1,0227 × 10−4 𝑡 − 1,6546 × 10−6 𝑡 2 𝐶 = 4,8314 × 10−4 Onde: 𝜌𝑆𝑊 = densidade da água do mar (kg L-1) 𝜌𝑆𝑀𝑂𝑊 = densidade da água padrão pura (Standard Mean Ocean Water), com composição isotópica específica e livre de gases dissolvidos. A, B e C = variáveis dependentes da temperatura S = salinidade t = temperatura de coleta da amostra de água do mar (°C). Precisão A precisão do método é de  0,5 %. O erro de precisão pode ser minimizado com a utilização de equações mais sofisticadas para a determinação do ponto de equivalência desta análise. Interferentes Gases dissolvidos que contribuem para a acidez ou para a alcalinidade, tais como dióxido de carbono, sulfeto de hidrogênio ou amônio, podem interferir nas análises. Alguns cuidados devem ser tomados para evitar esse tipo de interferência: - a amostra deve ser titulada tão prontamente seja aberto o frasco. - controlar a temperatura do ambiente de titulação evitando aumento.

78

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho

79

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Anotações:

80

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Anotações:

81

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho 3.2.2 Títulação Simples Amostragem As amostras para determinação de AT devem ser coletadas em frascos de vidro de borosilicato de cor âmbar, com capacidade de 300 mL, com tampa de vidro esmerilhada e de boca estreita. A coleta é feita logo após a amostragem de pH usando-se o mesmo dispositivo, ou seja, um tubo de plástico ou vidro com ponta afilada adaptada à saída da garrafa hidrográfica, que possa ser mergulhado no fundo do frasco. A amostra deve ser retirada lentamente, deixando-se extravasar um volume da mesma antes de tampar. A contaminação atmosférica deve ser rigorosamente evitada, não deve haver bolhas de ar sob a tampa e o frasco deve ser fechado hermeticamente. Materiais Equipamentos •

pHmetro

•

eletrodo de vidro combinado

•

termômetro

•

agitador magnético Vidraria

•

frascos de vidro de 100 mL, com tampa esmerilhada e boca larga

•

balões volumétricos de 100 mL e 1000 mL

•

pipetas volumétricas de 5,0 e 10,0 mL

82

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho •

frascos de 100 mL

•

erlenmeyer de 50 mL

•

bureta de 50 mL

•

lenços de papel

•

pisseta

•

bureta Reagentes

•

solução tampão de biftalato (pH~4,0) - dissolver 1,0120 g de KHC8H4O4, previamente seco a 110°C, em água destilada isenta de CO2 e completar para 100 ml. Guardar em refrigerador.

•

solução tampão de fosfato (pH ~6,9) - dissolver 0,3533 g de Na2HPO4 e 0,3387 g de KH2PO4, previamente secos a 80°C, em água destilada isenta de CO2 e completar para 100 mL. Guardar em refrigerador

•

solução tampão de fosfato (pH~7,4) - dissolver 0,4300 g de Na2HPO4 e 0,1179 g de KH2PO4, previamente secos a 80°C, em água destilada isenta de CO2 e completar para 100 mL. Guardar em refrigerador

•

solução de bórax 0,05 M - dissolver 1,9061 g de (Na2B4O7.10H2O) em água destilada e completar para 100 mL. Recomenda-se recristalizar o bórax antes de usá-lo. Armazenar em frasco plástico à temperatura ambiente.

•

solução de ácido clorídrico (HCl 0,025 M) - diluir 2,10 ml de HCl concentrado pa. (d = 1,19 g mL-1) em uma alíquota de água destilada e completar para 1000 mL

•

indicador vermelho de metila- misturar 100 mg de vermelho de metila com 3,7 ml de NaOH 1 M. Diluir para 100 ml com água destilada.

Obs.: Para obter água destilada isenta de CO2, fazer a ebulição da mesma durante 10 minutos.

83

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Procedimento experimental Padronização da solução de HCl •

pipetar 10,0 ml de solução padrão de bórax 0,05 M em um erlenmeyer de 50 ml e adicionar 5 gotas de indicador vermelho de metila.

•

colocar o bastão magnético no erlenmeyer e ligar o agitador

•

titular com a solução de ácido clorídrico até o ponto de viragem (amarelo p/ vermelho) e anotar o volume gasto na titulação (VHCl)

•

repetir a padronização mais duas vezes Calibração do pHmetro Metrohm – Modelos 826 e 827

•

Colocar o eletrodo de vidro combinado na solução de KCl 3M durante 48 horas.

•

Ligar o pHmetro, com o eletrodo de vidro combinado já conectado, com pelo menos 2 horas de antecedência para permitir a sua estabilização.

•

Iniciar a calibração clicando no comando .

•

Imergir o eletrodo no 1º tampão de calibração (buffer) (tampão pH ~ 6,9) e pressionar

•

Aguardar a leitura (el. in buffer) e e seguida pressionar para a medição da temperatura.

•

Aguardar a leitura (measuring temp ...) e em seguida pressionar . O pH do 1º tampão está sendo medido (measuring U...).

•

Após o resultado, remover o eletrodo do 1º tampão, lavá-lo com água destilada, enxugar levemente com lenço de papel imergir no 2º tampão (tampão pH ~ 4,0). Pressionar e aguardar a leitura.

•

Pressionar para a leitura da temperatura (measuring temp ...). Aguardar e em seguida pressionar para que o pH do 2º tampão seja medido (measuring U...).

84

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho •

Após o resultado, remover o eletrodo do 2º tampão, lavá-lo com água destilada, enxugar levemente com lenço de papel imergir no 3º tampão (tampão pH ~ 7,4). Pressionar e aguardar a leitura.

•

Pressionar para a leitura da temperatura (measuring temp ...). Aguardar e em seguida pressionar para que o pH do 3º tampão seja medido (measuring U...).

•

Se a calibração estiver correta, o display deverá indicar a sensibilidade do eletrodo entre 85% e 102% e a temperatura entre 0 e 50oC. Caso contrário, aparecerá uma mensagem de ERRO, e a calibração deverá ser repetida.

•

Para finalizar a calibração, clicar em ou .

•

Lavar o eletrodo com água destilada e enxugar levemente com lenço de papel. Determinação da alcalinidade total das amostras

•

pipetar 5,00 ml de solução de HCl padronizado em frasco de 100 ml de boca larga e adicionar 50 ml de amostra de água do mar. Fechar o frasco e agitar suavemente.

•

lavar o eletrodo com água destilada e enxugar levemente com lenço de papel.

•

Medir a temperatura e o pH da amostra, mergulhando o eletrodo no frasco contendo a amostra de água do mar. Após estabilizar (desaparecimento da palavra Drifting) anotar o valor de pH e temperatura.

•

Lavar o eletrodo com água destilada e enxugar com lenço de papel. O eletrodo está pronto para nova determinação. OBS: Para amostras em duplicata não é necessário lavar o eletrodo com água destilada. Apenas enxugar levemente com o lenço de papel e efetuar a medida.

•

Após a leitura de todas as amostras, desconectar o eletrodo do pHmetro, tampar a saída lateral com a tampa de borracha e mantê-lo em solução de KCl 3M.

85

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Cálculos Molaridade do HCl

𝑀𝐻𝐶𝑙 =

𝑉𝑏 × 𝑁𝑏 𝑉𝐻𝐶𝑙

Onde: 𝑀𝐻𝐶𝑙 = Molaridade de HCl 𝑉𝑏 = Volume da solução de bórax (mL) 𝑀𝑏 = Molaridade da solução de bórax 𝑉𝐻𝐶𝑙 = volume de HCl gasto na titulação (mL) Alcalinidade Total 𝑉𝐻𝐶𝑙 × 𝑀𝐻𝐶𝑙 𝑎𝐻 + 𝐴𝑇 = 1000 ( + 𝑉𝐻𝐶𝑙 − ) 𝑉0 𝑓𝐻 + Onde: 𝐴𝑇 = Alcalinidade total 𝑉𝐻𝐶𝑙 = Volume de HCl utilizado (mL) 𝑀𝐻𝐶𝑙 = Molaridade do HCl 𝑉0 = Volume da amostra (mL) 𝑎𝐻 + = Atividade do íon hidrogênio 𝑓𝐻 + = coeficiente de atividade empírico Determinar a atividade do íon hidrogênio ( aH+ = 10- pH) onde o pH é medido após a adição do ácido. - Encontrar o valor do coeficiente de atividade empírico (fH+) na Tabela 6, usando o valor de pH após a adição de HCl e a salinidade da amostra. Alcalinidade do carbonato 𝐴𝐶 = 𝐴𝑇 − 𝐴 Onde:

86

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho 𝐴𝐶 = Alcalinidade do carbonato 𝐴𝑇 = Alcalinidade total 𝐴 = Correção da contribuição do borato obtida na Tabela 8 Dióxido de carbono total ∑ 𝐶𝑂2 = 𝐴𝐶 × 𝐹𝑇 Onde: ∑ 𝐶𝑂2 = Dióxido de carbono total (mmol L-1) 𝐴𝑇 = Alcalinidade total 𝐹𝑇 = Fator encontrado na Tabela 9 Obs: Para salinidades entre 22 e 33x103 a alcalinidade total pode ser encontrada na Tabela 7 sem introduzir erros apreciáveis. Precisão A precisão do método está em torno de 1 %. Tabela 6: Coeficiente de atividade empírico (fH+) Faixa de pH 2,8 - 2,9 3,0 - 3,9 4

Clo/oo o

Sl /oo

2

4

6

8

10

12 - 18

20

3,5  0,865 0,845 0,890

7  0,800 0,782 0,822

11  0,785 0,770 0,810

14,5  0,775 0,760 0,800

18  0,770 0,755 0,795

21 - 33  0,768 0,753 0,793

36  0,773 0,758 0,798

87

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Tabela 7: Alcalinidade total. Esta tabela pode ser usada para amostras com clorinidade entre 12o/oo e 18 o/oo ou salinidades entre 22 o/oo e 33 o/oo. pH

Alcalinidade

2,80 2,82 2,84 2,86 2,88 2,90 2,92 2,94 2,96 2,98 3,00 3,02 3,04 3,06 3,08 3,10 3,12 3,14 3,16 3,18

Total 0,00 0,08 0,18 0,27 0,36 0,45 0,54 0,61 0,69 0,76 0,84 0,92 0,99 1,06 1,12 1,19 1,24 1,30 1,35 1,40

pH

Alcalinidade

3,20 3,22 3,24 3,26 3,28 3,30 3,32 3,34 3,36 3,38 3,40 3,42 3,44 3,46 3,48 3,50 3,52 3,54 3,56 3,58

Total 1,45 1,50 1,55 1,59 1,63 1,67 1,71 1,74 1,77 1,81 1,84 1,87 1,90 1,93 1,95 1,98 2,00 2,02 2,04 2,06

88

pH

Alcalinidade

3,60 3,62 3,64 3,66 3,68 3,70 3,72 3,74 3,76 3,78 3,80 3,82 3,84 3,86 3,88 3,90 3,92 3,94 3,96 3,98 4,00

Total 2,08 2,10 2,12 2,14 2,15 2,17 2,18 2,20 2,21 2,23 2,24 2,25 2,26 2,27 2,28 2,29 2,30 2,31 2,32 2,33 2,34

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Tabela 8: Conversão da alcalinidade total para alcalinidade do carbonato. S=10o/oo pH

7,3

7,4

7,5

7,6

7,7

7,8

7,9

8,0

8,1

8,2

8,3

8,4

8,5

8,6

8,7

8,8

o

T=0 C

0

0

0

0

0

0

1

1

1

1

1

2

2

2

3

3

T=2

0

0

0

0

0

0

1

1

1

1

1

2

2

2

3

3

T=4

0

0

0

0

0

0

1

1

1

1

1

2

2

3

3

4

T=6

0

0

0

0

0

1

1

1

1

1

1

2

2

3

3

4

T=8

0

0

0

0

0

1

1

1

1

1

2

2

2

3

3

4

T=10

0

0

0

0

0

1

1

1

1

1

2

2

2

3

3

4

T=12

0

0

0

0

0

1

1

1

1

1

2

2

2

3

3

4

T=14

0

0

0

0

0

1

1

1

1

1

2

2

3

3

4

4

T=16

0

0

0

0

1

1

1

1

1

1

2

2

3

3

4

4

T=18

0

0

0

0

1

1

1

1

1

2

2

2

3

3

4

4

T=20

0

0

0

0

1

1

1

1

1

2

2

2

3

3

4

5

T=22

0

0

0

0

1

1

1

1

1

2

2

2

3

3

4

5

T=24

0

0

0

0

1

1

1

1

1

2

2

2

3

4

4

5

T=26

0

0

0

1

1

1

1

1

1

2

2

2

3

4

4

5

T=28

0

0

0

1

1

1

1

1

2

2

2

2

3

4

4

5

T=30

0

0

0

1

1

1

1

1

2

2

2

2

3

4

4

5

S=20o/oo pH

7,3

7,4

7,5

7,6

7,7

7,8

7,9

8,0

8,1

8,2

8,3

8,4

8,5

8,6

8,7

8,8

T=0oC

0

0

1

1

1

1

1

2

2

3

3

4

5

6

7

8

T=2

0

1

1

1

1

1

2

2

2

3

4

4

5

6

7

9

T=4

0

1

1

1

1

1

2

2

3

3

4

5

5

6

8

9

T=6

0

1

1

1

1

1

2

2

3

3

4

5

6

7

8

9

T=8

0

1

1

1

1

1

2

2

3

3

4

5

6

7

8

10

T=10

1

1

1

1

1

2

2

2

3

4

4

5

6

7

9

10

T=12

1

1

1

1

1

2

2

2

3

4

4

5

6

8

9

10

T=14

1

1

1

1

1

2

2

3

3

4

5

6

7

8

9

10

T=16

1

1

1

1

1

2

2

3

3

4

5

6

7

8

9

11

T=18

1

1

1

1

1

2

2

3

3

4

5

6

7

8

10

11

T=20

1

1

1

1

2

2

2

3

4

4

5

6

7

9

10

11

T=22

1

1

1

1

2

2

2

3

4

4

5

6

8

9

10

11

T=24

1

1

1

1

2

2

3

3

4

5

6

7

8

9

10

12

T=26

1

1

1

1

2

2

3

3

4

5

6

7

8

9

11

12

T=28

1

1

1

1

2

2

3

3

4

5

6

7

8

9

11

12

T=30

1

1

1

1

2

2

3

3

4

5

6

7

8

10

11

12

89

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho

90

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho S=25o/oo pH

7,3

7,4

7,5

7,6

7,7

7,8

7,9

8,0

8,1

8,2

8,3

8,4

8,5

8,6

8,7

8,8

T=0oC

1

1

1

1

1

2

2

3

3

4

5

6

7

8

10

11

T=2

1

1

1

1

1

2

2

3

3

4

5

6

7

9

10

12

T=4

1

1

1

1

2

2

2

3

4

4

5

6

8

9

10

12

T=6

1

1

1

1

2

2

2

3

4

5

5

7

8

9

11

12

T=8

1

1

1

1

2

2

3

3

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5

6

7

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11

13

T=10

1

1

1

1

2

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3

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13

T=12

1

1

1

1

2

2

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3

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5

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7

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14

T=14

1

1

1

2

2

2

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5

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11

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14

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1

1

1

2

2

2

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11

13

14

T=18

1

1

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2

2

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3

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13

15

T=20

1

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1

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1

2

2

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5

6

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12

14

15

T=24

1

1

2

2

2

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4

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9

11

12

14

16

T=26

1

1

2

2

2

3

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4

5

7

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9

11

12

14

16

T=28

1

1

2

2

3

3

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5

6

7

8

9

11

13

14

16

T=30

1

1

2

2

3

3

4

5

6

7

8

9

11

13

15

16

S=30o/oo pH

7,3

7,4

7,5

7,6

7,7

7,8

7,9

8,0

8,1

8,2

8,3

8,4

8,5

8,6

8,7

8,8

T=0oC

1

1

1

1

2

2

3

3

4

5

6

8

9

11

12

14

T=2

1

1

1

2

2

2

3

4

4

5

7

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9

11

13

15

T=4

1

1

1

2

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5

6

7

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12

13

15

T=6

1

1

1

2

2

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5

6

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9

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16

T=8

1

1

1

2

2

3

3

4

5

6

7

9

11

12

14

16

T=10

1

1

2

2

2

3

4

4

5

6

8

9

11

13

15

17

T=12

1

1

2

2

2

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4

5

6

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13

15

17

T=14

1

1

2

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3

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5

6

7

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10

12

14

16

18

T=16

1

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2

2

3

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10

12

14

16

18

T=18

1

1

2

2

3

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5

6

8

9

11

12

14

17

19

T=20

1

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2

2

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13

15

17

19

T=22

1

2

2

2

3

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5

6

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11

13

15

17

19

T=24

1

2

2

3

3

4

5

6

7

8

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12

14

16

18

20

T=26

1

2

2

3

3

4

5

6

7

9

10

12

14

16

18

20

T=28

1

2

2

3

3

4

5

6

7

9

10

12

14

16

18

20

T=30

1

2

2

3

3

4

5

6

8

9

11

13

14

17

19

21

91

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho S=35o/oo pH

7,3

7,4

7,5

7,6

7,7

7,8

7,9

8,0

8,1

8,2

8,3

8,4

8,5

8,6

8,7

8,8

T=0oC

1

1

1

2

2

3

4

4

5

7

8

9

11

13

15

18

T=2

1

1

2

2

2

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5

6

7

8

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12

14

16

18

T=4

1

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2

2

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3

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5

6

7

9

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19

T=6

1

1

2

2

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3

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5

6

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11

13

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20

T=8

1

1

2

2

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4

5

6

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11

13

15

18

20

T=10

1

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2

2

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5

6

7

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14

16

18

21

T=12

1

2

2

3

3

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5

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7

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10

12

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16

19

21

T=14

1

2

2

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5

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7

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15

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22

T=16

1

2

2

3

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5

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8

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15

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20

22

T=18

1

2

2

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4

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7

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10

11

13

16

18

20

23

T=20

2

2

2

3

4

5

6

7

8

10

12

14

16

18

21

23

T=22

2

2

3

3

4

5

6

7

8

10

12

14

16

19

21

24

T=24

2

2

3

3

4

5

6

7

9

10

12

15

17

19

22

24

T=26

2

2

3

3

4

5

6

7

9

11

13

15

17

20

22

24

T=28

2

2

3

3

4

5

6

8

9

11

13

15

18

20

22

25

T=30

2

2

3

4

4

5

7

8

10

11

13

16

18

20

23

25

Tabela 9: Fator (FT) para o cálculo de dióxido de carbono total contido em água do mar (CO2 + HCO3- + CO2-). S=5 pH

7,3

7,4

7,5

7,6

7,7

7,8

7,9

8,0

8,1

8,2

8,3

8,4

8,5

8,6

8,7

8,8

T=0oC

1,15

1,12

1,09

1,07

1,06

1,05

1,04

1,03

1,02

1,02

1,01

1,01

1,00

1,00

1,00

0,99

T=2

1,14

1,11

1,09

1,07

1,06

1,04

1,03

1,03

1,02

1,01

1,01

1,01

1,00

1,00

0,99

0,99

T=4

1,13

1,11

1,08

1,07

1,05

1,04

1,03

1,02

1,02

1,01

1,01

1,00

1,00

1,00

0,99

0,99

T=6

1,13

1,10

1,08

1,06

1,05

1,04

1,03

1,02

1,02

1,01

1,01

1,00

1,00

0,99

0,99

0,98

T=8

1,12

1,10

1,08

1,06

1,05

1,04

1,03

1,02

1,01

1,01

1,00

1,00

0,99

0,99

0,98

0,98

T=10

1,12

1,09

1,07

1,06

1,04

1,03

1,02

1,02

1,01

1,01

1,00

1,00

0,99

0,99

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0,97

T=12

1,11

1,09

1,07

1,05

1,04

1,03

1,02

1,02

1,01

1,00

1,00

0,99

0,99

0,98

0,97

0,96

T=14

1,11

1,08

1,07

1,05

1,04

1,03

1,02

1,01

1,01

1,00

0,99

0,99

0,98

0,97

0,97

0,96

T=16

1,10

1,08

1,06

1,05

1,04

1,03

1,02

1,01

1,00

1,00

0,99

0,98

0,98

0,97

0,96

0,95

T=18

1,10

1,08

1,06

1,05

1,03

1,02

1,02

1,01

1,00

0,99

0,99

0,98

0,97

0,96

0,95

0,93

T=20

1,09

1,07

1,06

1,04

1,03

1,02

1,01

1,00

1,00

0,99

0,98

0,97

0,96

0,95

0,94

0,92

T=22

1,09

1,07

1,05

1,04

1,03

1,02

1,01

1,00

0,99

0,98

0,97

0,96

0,95

0,94

0,92

0,91

T=24

1,09

1,07

1,05

1,04

1,02

1,01

1,00

1,00

0,99

0,98

0,97

0,95

0,94

0,93

0,91

0,89

T=26

1,08

1,06

1,05

1,03

1,02

1,01

1,00

0,99

0,98

0,97

0,96

0,94

0,93

0,91

0,89

0,87

T=28

1,08

1,06

1,04

1,03

1,02

1,01

1,00

0,98

0,97

0,96

0,95

0,93

0,92

0,90

0,88

0,85

T=30

1,08

1,06

1,04

1,03

1,01

1,00

0,99

0,98

0,97

0,95

0,94

0,92

0,90

0,88

0,86

0,83

92

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho

S=10 pH

7,3

7,4

7,5

7,6

7,7

7,8

7,9

8,0

8,1

8,2

8,3

8,4

8,5

8,6

8,7

8,8

o

T=0 C

1,12

1,10

1,08

1,06

1,05

1,03

1,03

1,02

1,01

1,01

1,00

0,99

0,99

0,98

0,97

0,97

T=2

1,12

1,09

1,07

1,06

1,04

1,03

1,02

1,02

1,01

1,00

1,00

0,99

0,98

0,98

0,97

0,96

T=4

1,11

1,09

1,07

1,05

1,04

1,03

1,02

1,01

1,01

1,00

0,99

0,99

0,98

0,97

0,96

0,95

T=6

1,10

1,08

1,06

1,05

1,04

1,03

1,02

1,01

1,00

1,00

0,99

0,98

0,98

0,97

0,96

0,95

T=8

1,10

1,08

1,06

1,05

1,03

1,02

1,02

1,01

1,00

0,99

0,99

0,98

0,97

0,96

0,95

0,94

T=10

1,09

1,07

1,06

1,04

1,03

1,02

1,01

1,01

1,00

0,99

0,98

0,98

0,97

0,96

0,94

0,93

T=12

1,09

1,07

1,05

1,04

1,03

1,02

1,01

1,00

1,00

0,99

0,98

0,97

0,96

0,95

0,94

0,92

T=14

1,09

1,07

1,05

1,04

1,03

1,02

1,01

1,00

0,99

0,98

0,97

0,96

0,95

0,94

0,93

0,91

T=16

1,08

1,06

1,05

1,04

1,02

1,01

1,01

1,00

0,99

0,98

0,97

0,96

0,95

0,93

0,92

0,90

T=18

1,08

1,06

1,05

1,03

1,02

1,01

1,00

0,99

0,98

0,97

0,96

0,95

0,94

0,92

0,91

0,89

T=20

1,08

1,06

1,04

1,03

1,02

1,01

1,00

0,99

0,98

0,97

0,96

0,95

0,93

0,91

0,89

0,87

T=22

1,07

1,06

1,04

1,03

1,02

1,01

1,00

0,99

0,98

0,96

0,95

0,94

0,92

0,90

0,88

0,86

T=24

1,07

1,05

1,04

1,02

1,01

1,00

0,99

0,98

0,97

0,96

0,94

0,93

0,91

0,89

0,87

0,85

T=26

1,07

1,05

1,03

1,02

1,01

1,00

0,99

0,98

0,97

0,95

0,94

0,92

0,90

0,88

0,86

0,83

T=28

1,06

1,05

1,03

1,02

1,01

1,00

0,98

0,97

0,96

0,95

0,93

0,91

0,89

0,87

0,85

0,82

T=30

1,06

1,04

1,03

1,02

1,00

0,99

0,98

0,97

0,95

0,94

0,92

0,90

0,88

0,86

0,84

0,81

S=20 pH

7,3

7,4

7,5

7,6

7,7

7,8

7,9

8,0

8,1

8,2

8,3

8,4

8,5

8,6

8,7

8,8

T=0oC

1,09

1,07

1,06

1,04

1,03

1,02

1,01

1,00

0,99

0,98

0,97

0,96

0,95

0,93

0,92

0,90

T=2

1,09

1,07

1,05

1,04

1,03

1,02

1,01

1,00

0,99

0,98

0,97

0,96

0,94

0,93

0,91

0,89

T=4

1,08

1,06

1,05

1,03

1,02

1,01

1,00

0,99

0,98

0,97

0,96

0,95

0,94

0,92

0,90

0,88

T=6

1,08

1,06

1,04

1,03

1,02

1,01

1,00

0,99

0,98

0,97

0,96

0,95

0,93

0,92

0,90

0,88

T=8

1,07

1,06

1,04

1,03

1,02

1,01

1,00

0,99

0,98

0,97

0,96

0,94

0,93

0,91

0,89

0,87

T=10

1,07

1,05

1,04

1,03

1,01

1,00

0,99

0,99

0,97

0,96

0,95

0,94

0,92

0,90

0,88

0,86

T=12

1,07

1,05

1,04

1,02

1,01

1,00

0,99

0,98

0,97

0,96

0,95

0,93

0,91

0,90

0,87

0,85

T=14

1,06

1,05

1,03

1,02

1,01

1,00

0,99

0,98

0,97

0,96

0,94

0,93

0,91

0,89

0,87

0,84

T=16

1,06

1,04

1,03

1,02

1,01

1,00

0,99

0,98

0,96

0,95

0,94

0,92

0,90

0,88

0,86

0,83

T=18

1,06

1,04

1,03

1,02

1,00

0,99

0,98

0,97

0,96

0,95

0,93

0,91

0,89

0,87

0,85

0,82

T=20

1,06

1,04

1,03

1,01

1,00

0,99

0,98

0,97

0,96

0,94

0,92

0,91

0,89

0,86

0,84

0,81

T=22

1,05

1,04

1,02

1,01

1,00

0,99

0,98

0,96

0,95

0,94

0,92

0,90

0,88

0,86

0,83

0,80

T=24

1,05

1,03

1,02

1,01

1,00

0,99

0,97

0,96

0,95

0,93

0,91

0,89

0,87

0,85

0,82

0,79

T=26

1,05

1,03

1,02

1,01

0,99

0,98

0,97

0,96

0,94

0,93

0,91

0,89

0,86

0,84

0,81

0,78

T=28

1,05

1,03

1,02

1,00

0,99

0,98

0,97

0,95

0,94

0,92

0,90

0,88

0,86

0,83

0,80

0,78

T=30

1,04

1,03

1,01

1,00

0,99

0,98

0,96

0,95

0,93

0,92

0,90

0,88

0,85

0,83

0,80

0,77

93

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho S=30 pH

7,3

7,4

7,5

7,6

7,7

7,8

7,9

8,0

8,1

8,2

8,3

8,4

8,5

8,6

8,7

8,8

T=0oC

1,08

1,06

1,04

1,03

1,02

1,00

0,99

0,98

0,97

9,96

0,95

0,93

0,91

0,89

0,87

0,85

T=2

1,07

1,05

1,04

1,02

1,01

1,00

0,99

0,98

0,97

0,96

0,94

0,93

0,91

0,89

0,87

0,84

T=4

1,07

1,05

1,03

1,02

1,01

1,00

0,99

0,98

0,97

0,95

0,94

0,92

0,90

0,88

0,86

0,84

T=6

1,06

1,05

1,03

1,02

1,01

1,00

0,99

0,97

0,96

0,95

0,93

0,92

0,90

0,88

0,85

0,83

T=8

1,06

1,04

1,03

1,02

1,01

0,99

0,98

0,97

0,96

0,95

0,93

0,91

0,89

0,87

0,85

0,82

T=10

1,06

1,04

1,03

1,01

1,00

0,99

0,98

0,97

0,96

0,94

0,93

0,91

0,89

0,86

0,84

0,81

T=12

1,05

1,04

1,02

1,01

1,00

0,99

0,98

0,97

0,95

0,94

0,92

0,90

0,88

0,86

0,83

0,80

T=14

1,05

1,03

1,02

1,01

1,00

0,99

0,97

0,96

0,95

0,93

0,92

0,90

0,87

0,85

0,82

0,80

T=16

1,05

1,03

1,02

1,01

0,99

0,98

0,97

0,96

0,94

0,93

0,91

0,89

0,87

0,84

0,82

0,79

T=18

1,04

1,03

1,02

1,00

0,99

0,98

0,97

0,95

0,94

0,92

0,90

0,88

0,86

0,83

0,81

0,78

T=20

1,04

1,03

1,01

1,00

0,99

0,98

0,96

0,95

0,94

0,92

0,90

0,88

0,85

0,83

0,80

0,77

T=22

1,04

1,02

1,01

1,00

0,99

0,97

0,96

0,95

0,93

0,91

0,89

0,87

0,85

0,82

0,79

0,76

T=24

1,04

1,02

1,01

1,00

0,98

0,97

0,96

0,94

0,93

0,91

0,89

0,86

0,84

0,81

0,78

0,76

T=26

1,04

1,02

1,01

0,99

0,98

0,97

0,95

0,94

0,92

0,90

0,88

0,86

0,83

0,81

0,78

0,75

T=28

1,03

1,02

1,01

0,99

0,98

0,97

0,95

0,94

0,92

0,90

0,88

0,85

0,83

0,80

0,77

0,74

T=30

1,03

1,02

1,00

0,99

0,98

0,96

0,95

0,93

0,91

0,89

0,87

0,85

0,82

0,79

0,76

0,73

pH

7,3

7,4

7,5

7,6

7,7

7,8

7,9

8,0

8,1

8,2

8,3

8,4

8,5

8,6

8,7

8,8

T=0oC

1,07

1,05

1,04

1,02

1,01

1,00

0,99

0,98

0,96

0,95

0,94

0,92

0,90

0,88

0,86

0,83

T=2

1,07

1,05

1,03

1,02

1,01

1,00

0,99

0,97

0,96

0,95

0,93

0,92

0,90

0,87

0,85

0,82

T=4

1,06

1,04

1,03

1,02

1,01

0,99

0,98

0,97

0,96

0,94

0,93

0,91

0,89

0,87

0,84

0,82

T=6

1,06

1,04

1,03

1,01

1,00

0,99

0,98

0,97

0,96

0,94

0,92

0,91

0,89

0,86

0,84

0,81

T=8

1,05

1,04

1,02

1,01

1,00

0,99

0,98

0,97

0,95

0,94

0,92

0,90

0,88

0,86

0,83

0,80

T=10

1,05

1,04

1,02

1,01

1,00

0,99

0,97

0,96

0,95

0,93

0,92

0,90

0,87

0,85

0,82

0,80

T=12

1,05

1,03

1,02

1,01

0,99

0,98

0,97

0,96

0,94

0,93

0,91

0,89

0,87

0,84

0,82

0,79

T=14

1,04

1,03

1,02

1,00

0,99

0,98

0,97

0,95

0,94

0,92

0,90

0,88

0,86

0,84

0,81

0,78

T=16

1,04

1,03

1,01

1,00

0,99

0,98

0,96

0,95

0,94

0,92

0,90

0,88

0,85

0,83

0,80

0,77

T=18

1,04

1,02

1,01

1,00

0,99

0,97

0,96

0,95

0,93

0,91

0,89

0,87

0,85

0,82

0,79

0,76

T=20

1,04

1,02

1,01

1,00

0,98

0,97

0,96

0,94

0,93

0,91

0,89

0,86

0,84

0,81

0,78

0,75

T=22

1,03

1,02

1,01

0,99

0,98

0,97

0,95

0,94

0,92

0,90

0,88

0,86

0,83

0,80

0,78

0,75

T=24

1,03

1,02

1,00

0,99

0,98

0,96

0,95

0,93

0,92

0,90

0,87

0,85

0,82

0,80

0,77

0,74

T=26

1,03

1,02

1,00

0,99

0,98

0,96

0,95

0,93

0,91

0,89

0,87

0,84

0,82

0,79

0,76

0,73

T=28

1,03

1,01

1,00

0,99

0,97

0,96

0,94

0,93

0,91

0,89

0,86

0,84

0,81

0,78

0,75

0,72

T=30

1,03

1,01

1,00

0,98

0,97

0,96

0,94

0,92

0,90

0,88

0,86

0,83

0,81

0,78

0,75

0,72

S=35

94

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Referências: Grasshoff, K., Ehrhardt, M. & Kreamling, K. 1983. Methods of seawater analysis. Weihein, Verlag Chemie. 419 p. Millero, F. & Sohn, M.L. 1992. Chemical Oceanography. CRC Press. Boca Raton. Florida USA., 531. Parsons, T.R., Maita, Y. & Lalli, C.M. 1984. A manual of chemical and biological methods for seawater analysis. Pergamon Press.

95

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Anotações:

96

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Anotações:

97

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho

3.3 Determinação de carbono orgânico em sedimentos Este método é uma modificação do método de Walkley - Black para determinação de carbono orgânico em solos. O método baseia-se na oxidação (exotérmica) com dicromato de potássio e ácido sulfúrico concentrado. A quantidade de dicromato consumido na oxidação do carbonato orgânico é determinada titulando-se o excesso de dicromato com sulfato ferroso amoniacal. A equação química representativa do método é dada por: 2Cr2O72- + 16H+ + 3C  4Cr3+ + 8H2O + 3CO2 O ponto final da titulação é bem pronunciado e o método apresenta resultados similares aos métodos de combustão total (analisador de C e N). Uma vantagem deste método é que pode ser aplicado diretamente aos sedimentos sem que haja necessidade de remoção do carbonato por lavagem ácida. Preparo das Amostras A água em excesso deve ser removida por centrifugação, compressão ou filtração. A amostra é então seca a 40-50°C por aproximadamente 8 horas, pulverizada e homogeneizada num almofariz com pistilo. Materiais Vidraria •

Balões volumétricos de 100 e 1000 mL

•

Frascos de 100 e 1000 mL

•

Provetas de 50 e 100 mL

•

Pipetas volumétricas de 10 mL

98

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho •

Erlenmeyer de 500 mL

•

Bureta

•

Pisseta Reagentes

•

Ácido sulfúrico pa. (livre de agentes redutores)

•

Ácido fosfórico concentrado (85%)

•

Fluoreto de sódio sólido (NaF)

•

Solução de Dicromato de Potássio 0,17 M - Dissolver 49,4 g de K2Cr2O7 em água destilada e deionizada e diluir para 1000 mL. Guardar a solução em frasco de vidro ou polietileno.

•

Solução de Sulfato Ferroso Amoniacal 0,50 M - Dissolver 196,1 g de Fe(NH4)2(SO4)2 . 6H2O em 800 ml de água destilada contendo 20 mL de ácido sulfúrico concentrado e diluir a 1000mL.

•

Indicador de Difenila - Dissolver 0,5 g de difenilamina (ou do seu sal sódio difenilamino sulfanato) em 20 mL de água destilada e 100 mL de ácido sulfúrico concentrado.

3.3.1 Método 1: titulação por oxi-redução

Procedimento experimental Branco do método: um branco do método deve ser feito para casa batelada de titulações: •

pipetar exatamente 10 mL de solução de dicromato e misturar bem.

•

adicionar 20 mL de ácido sulfúrico concentrado de modo lento e continuado a rotação do frasco para homogeneizar a mistura. Continuar a rotação após adicionar o ácido por mais um minuto, evitando jogar a solução nas laterais do frasco.

99

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho •

deixar os frascos em repouso por 30 minutos.

•

diluir as amostras com 200 mL de água destilada.

•

adicionar 10 mL de ácido fosfórico 85%, uma pitada de fluoreto de sódio e 7 gotas de indicador de difenilamina.

•

titular com solução de sulfato ferroso amoniacal. A cor da solução passa de verde escuro a verde durante a adição de Fe(II). A medida que o ponto final se aproxima a coloração passa a cinza azulada. A partir deste ponto, a adição de Fe(II) deve ser feita de gota a gota e a mudança de azul para verde brilhante indica o ponto final.

Amostra •

pesar em balança analítica entre 0,2 e 0,5 g de sedimento seco (ou úmido) e transferir para um erlenmeyer de 500 mL. Caso o sedimento esteja úmido será necessário verificar a porcentagem de água contida nas amostras: pesar uma alíquota de sedimento úmido, colocar em estufa (60 oC) por 3 ou 4 dias e pesar novamente obtendo assim a % de água na amostra. Converter a %Corg de peso úmido para peso seco.

•

pipetar exatamente 10 mL de solução de dicromato e misturar bem com o sedimento girando lentamente o erlenmeyer.

•

adicionar 20 mL de ácido sulfúrico concentrado de modo lento e continuado a rotação do frasco para homogeneizar a mistura. Continuar a rotação após adicionar o ácido por mais um minuto., evitando jogar o sedimento nas laterais do frasco

•

deixar os frascos em repouso por 30 minutos

•

diluir as amostras com 200 mL de água destilada

•

adicionar 10 mL de ácido fosfórico 85%, uma pitada de fluoreto de sódio e 7 gotas de indicador de difenilamina

100

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho •

titular com solução de sulfato ferroso amoniacal. A cor da solução passa de verde escuro a verde durante a adição de Fe(II). A medida que o ponto final se aproxima a coloração passa a cinza azulada. A partir deste ponto, a adição de Fe(II) deve ser feita de gota a gota e a mudança de azul para verde brilhante indica o ponto final.

Nota: como as colorações azul e verde são no início muito escuras, o uso de uma placa de vidro iluminada por baixo facilita a visualização das mudanças de cor durante a titulação. Cálculos O carbono orgânico (Corg) é determinado utilizando-se o equivalente em massa do K2Cr2O7 que reage com o sedimento para oxidar o Corg, que é a diferença entre o equivalente em massa total de K2Cr2O7 adicionado ao sedimento e o equivalente em massa de Fe(NH4)2(SO4)2, que titula K2Cr2O7 que não sofreu reação de oxido-redução.

%𝐶𝑜𝑟𝑔 =

𝑔𝐶 )𝑥 100 𝑚𝑒𝑞

(𝑚𝑒𝑞𝐾2 𝐶𝑟2 𝑂7 −𝑚𝑒𝑞𝐹𝑒(𝑁𝐻4 )2 (𝑆𝑂4 )2 ) 𝑥 (0,03 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑠𝑒𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜

(1)

O estado de oxidação do C na matéria orgânica é zero (0). O carbono na matéria orgânica é oxidado para CO2 com estado de oxidação de +4. Desta maneira o equivalente em massa do C é 3 g (neq=MM/E (12/4) , onde MM é a massa molar do C e E o estado de oxidação). A diferença na massa equivalente de K2Cr2O7 que reage com o sedimento e a massa equivalente após oxidação do Carbono pode ser mostrada como: 1𝑁

𝑣𝑙𝑎

(𝑚𝑒𝑞𝐾2 𝐶𝑟2 𝑂7 − 𝑚𝑒𝑞𝐹𝑒(𝑁𝐻4 )2 (𝑆𝑂4 )2 ) = (10 − 𝑣𝑙𝑎)(10) (𝑣𝑙𝑏) = 10(1 − 𝑣𝑙𝑏) (2) onde: vlb é o volume de titulação do branco (mL) e vla é o volume de titulação da amostra (mL). 10 é o volume adicionado de K2Cr2O7.

101

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Substituindo a equação 2 na equação 1 obtém-se a equação para o cálculo da %Corg:

%𝐶𝑜𝑟𝑔 = 10 (1 −

𝑣𝑙𝑎 0,03 )× 𝑣𝑙𝑏 𝑚

Onde: m = massa da amostra de sedimento seco (g) Interferentes Altas concentrações de cloreto interferem neste método.

102

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Anotações:

103

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Anotações:

104

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho 3.3.2 Método 2: titulação potenciométrica

Figura 8: titulação potenciométrica de carbono orgânico em sedimentos

Procedimento experimental Branco do método: um branco do método deve ser feito para casa batelada de titulações: •

pipetar exatamente 10 mL de solução de dicromato e misturar bem.

•

adicionar 20 mL de ácido sulfúrico concentrado de modo lento e continuado a rotação do frasco para homogeneizar a mistura. Continuar a rotação após adicionar o ácido por mais um minuto, evitando jogar a solução nas laterais do frasco.

•

deixar os frascos em repouso por 30 minutos.

•

diluir as amostras com 200 mL de água destilada.

•

adicionar 10 mL de ácido fosfórico 85%, uma pitada de fluoreto de sódio e 7 gotas de indicador de difenilamina.

•

titular com solução de sulfato ferroso amoniacal. Inserir o eletrodo especifico e iniciar a titulação até que o potencial mude bruscamente e se mantenha constante.

Amostra

105

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho •

pesar em balança analítica entre 0,2 e 0,5 g de sedimento seco (ou úmido) e transferir para um erlenmeyer de 500 mL. Caso o sedimento esteja úmido será necessário verificar a porcentagem de água contida nas amostras: pesar uma alíquota de sedimento úmido, colocar em estufa (60 oC) por 3 ou 4 dias e pesar novamente obtendo assim a % de água na amostra. Converter a %Corg de peso úmido para peso seco.

•

pipetar exatamente 10 mL de solução de dicromato e misturar bem com o sedimento girando lentamente o erlenmeyer.

•

adicionar 20 mL de ácido sulfúrico concentrado de modo lento e continuado a rotação do frasco para homogeneizar a mistura. Continuar a rotação após adicionar o ácido por mais um minuto., evitando jogar o sedimento nas laterais do frasco

•

deixar os frascos em repouso por 30 minutos

•

diluir as amostras com 200 mL de água destilada

•

adicionar 10 mL de ácido fosfórico 85%, uma pitada de fluoreto de sódio e 7 gotas de indicador de difenilamina

•

titular com solução de sulfato ferroso amoniacal. Inserir o eletrodo especifico e iniciar a titulação até que o potencial mude bruscamente e se mantenha constante.

Cálculos

%𝐶𝑜𝑟𝑔 = 10 (1 −

𝑣𝑙𝑎 0,03 )× 𝑣𝑙𝑏 𝑚

Onde: vla = volume de titulação do branco (mL) vlb = volume de titulação do branco (mL) m = massa da amostra de sedimento seco (g)

106

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Anotações:

107

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Anotações:

108

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho 3.3.3 Método 3: combustão total

Secagem das amostras As amostras congeladas de sedimento devem ser secas em estufa à 60oC por três dias. Remoção do carbonato Primeiramente os tubos (falcon) vazios de 20 mL devem ser pesados em balança analítica. O peso de cada tubo deve anotado em uma planilha e a balança deve ser tarada. Com o auxilio de uma espátula deve ser pesado cerca de 1 grama da amostra seca e anotado na planilha o peso exato para posterior cálculo da porcentagem de carbonato de cálcio (CaCO3). Para cada amostra devem ser adicionados com pipeta automática 2 mL de HCl 1M e efetuada a homogeneização através de um vórtex (por exemplo: Whirli Mixer da Fisherbrand), sendo mantida em repouso durante a noite para permitir a acidificação de todo o sedimento. No dia seguinte deve ser adicionado com pipeta pasteur 1 gota de HCl concentrado e as amostras inspecionadas de modo a não haver mais reação química e fragmentos de carbonato, caso necessário mais algumas gotas de HCl (concentrado) devem ser adicionadas a fim de dissolver todo o CaCO3. Em seguida devem ser adicionados 8 mL de água Mili-Q e as amostras devem ser homogeneizadas novamente, sendo colocadas em centrifuga por 10 minutos a 2000 rpm. O liquido sobrenadante deve ser descartado e as amostras lavadas com água Mili-Q por 5 vezes até que todo o ácido seja retirado do sedimento (verificado com papel universal de pH).

109

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Após as lavagens os tubos com as amostras devem ser colocadas na estufa a 60oC por 3 dias. Após essa secagem os tubos devem ser pesados para calcular a % de CaCO3. Análise de carbono orgânico Após a remoção de carbonato, o sedimento seco deve ser homogeneizado em almofariz com pistilo. Cerca de 10 mg de amostra deve ser pesado em cápsula de estanho, este valor deve ser anotado, pois será utilizado no preenchimento do método do software. As amostras serão analisadas no analisador elementar (EA) de carbono e nitrogênio da Costech Instruments – Modelo 4010. É necessário um controle analítico de injeção para verificar a repetibilidade e reprodutibilidade do equipamento, para isso a bandeja que conterá as cápsulas de amostra também deverá conter: uma cápsula branco (capsula vazia), uma capsula com solo LECO (2 mg) uma capsula com padrão USGS 40 (1 mg), a cada 10 amostras analisadas coloca-se um sedimento padrão, cujo teor de carbono orgânico é conhecido, no caso o Solo Ubatuba (1 mg). Ao final das amostras, injetar também um padrão IAEA (1 mg), solo LECO (2 mg) e uma cápsula branco. Cálculos (1)

% CaCO3= (tubo + amostra acidificada/tubo + amostra) x 100

(2)

%Corg= %Corg do sedimento acidificado* x (1-(% CaCO3/100))

*

Dados obtidos do EA

110

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Anotações:

111

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Anotações:

112

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho

3.4

Determinação de cálcio e magnésio dissolvidos em água do mar O cálcio e o magnésio são elementos macro constituintes da água do mar e sua

concentração é aproximadamente 0,4 e 1,3 g L-1 respectivamente. O cálcio não é conservativo porque está envolvido em processos biológicos, está presente na água do mar principalmente na forma livre, Ca+2 que corresponde a 90%, combinada na forma de sulfato (9%) e uma pequena parte (1%) nas frações de carbonato. A concentração de cálcio é maior nas águas profundas do que em águas superficiais. Isto é devido, principalmente, à extração do cálcio das águas superficiais pela atividade biológica, a maior solubilidade do CaCO3 em temperaturas mais baixas e a decomposição da matéria orgânica em águas profundas. A especiação química do magnésio parece ser similar à do cálcio: Mg2+ livre (87-89%), fração combinada com íon sulfato (9-12%). Princípio do método Análise de Cálcio: O EDTA forma complexos muito estáveis e solúveis com quase todos os cátions metálicos polivalentes, inclusive com os alcalinos terrosos. Todos os complexos contêm o metal e o EDTA na relação 1:1 independente da valência do íon metálico. O meio deve estar alcalino (pH=12) para impedir a acidificação do meio com a liberação dos íons H + durante a titulação. Geralmente são utilizados indicadores como a murexida (purpurato de amônio). Este indicador possui coloração azul violeta em solução alcalina, mas tornase rosa em presença de íons Ca+2. O ponto final é dado pela restauração da cor original do indicador. O magnésio precipita como Mg(OH)2 e quantidades de 1/5 de Ca/Mg não interferem. H4Y + Ca+2  CaY

113

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Análise de Magnésio + Cálcio: O método descrito está baseado na diferença entre as concentrações de cálcio e cálcio + magnésio. A amostra é titulada com EDTA em meio alcalino (pH=10) com negro de eriocromo como indicador. A detecção do ponto final ocorre quando a cor vermelha muda para azul. Materiais Equipamentos •

bureta automática com capacidade de 50 mL

•

agitador e bastão magnético Vidraria

•

balões volumétricos de 500 e 1000 ml

•

frascos de 1000 ml

•

proveta de 5 ou 10 ml

•

pipetas de 25 ml

•

erlenmeyer de 125 ml

•

pisseta Reagentes

•

Solução padrão de cálcio 0,008 M - pesar 0,8007 g de carbonato de cálcio (CaCO3) em um pouco de água destilada contendo 1,6 mL de HCl concentrado. Completar a solução para 1 litro com água destilada.

•

Solução de ácido etilenodiamino tetracético (EDTA)- 0,01 M - dissolver 3,72 g de EDTA (Na2H2C10H12O8N2.2H2O) em 1000 mL de água destilada. Guardar em frasco plástico.

114

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho •

Solução de tampão bórax - dissolver 10 g de bórax pa (Na4B2O7.10H2O) e 30 g de hidróxido de sódio pa (NaOH) em 500 mL de água destilada.

•

Solução de tampão de hidróxido de amônio/cloreto de amônio – em um balão de 250 mL, adicionar 17,5 g de cloreto de amônio (NH4Cl) e dissolver em 90 mL de água destilada. Adicionar 142 mL de solução concentrada de hidróxido de amônia (NH4OH) e completar o volume com água destilada.

•

IndicadorMurexida – dissolver ~ 0,1 g de murexida em pó em 50 mL de água destilada

•

Indicador Negro de Eriocromo – dissolver 0,2 g de negro de eriocromo em 50 mL de etanol.

Procedimento Experimental Padronização da solução de EDTA •

pipetar 5 mL de solução de carbonato de cálcio em um erlenmeyer de 125 mL.

•

Adicionar 30 mL de água destilada

•

adicionar 4 mL de solução tampão bórax.

•

adicionar 5 gotas do indicador murexida

•

titular com solução de EDTA até o ponto de viragem ( rosa para violeta)

•

repetir a padronização mais uma vez Titulação das amostras

Cálcio: •

pipetar 5 mL da amostra em um erlenmeyer de 125 mL.

•

Adicionar 30 mL de água destilada

•

adicionar 4 mL de solução tampão bórax.

•

adicionar 5 gotas do indicador murexida

•

titular com solução de EDTA até o ponto de viragem ( rosa para violeta)

115

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho •

Anotar o volume de solução de EDTA consumido e repetir a titulação mais duas vezes.

Cálcio + Magnésio: •

pipetar 5 mL da amostra em um erlenmeyer de 125 mL.

•

Adicionar 30 mL de água destilada

•

adicionar 4 mL de solução tampão de cloreto de amônio/hidróxido de amônio

•

adicionar 5 gotas do indicador negro de eriocromo

•

titular com solução de EDTA até o ponto de viragem (vermelho para azul claro)

•

Anotar o volume de solução de EDTA consumido e repetir a titulação mais duas vezes.

Cálculos Cálculo da concentração do EDTA

𝑀𝐸𝐷𝑇𝐴 =

𝑀𝐶𝑎 × 𝑎 𝑏

Onde: 𝑀𝐶𝑎 = molaridade da solução de cálcio 𝑎 = volume (mL) da solução de cálcio 𝑏 = volume (mL) de EDTA usado na titulação Cálculo da concentração de cálcio na amostra

𝐶𝑎 =

𝑏 × 𝑀𝐸𝐷𝑇𝐴 × 40,08 𝑉

Onde: MEDTA = molaridade de EDTA V= volume da amostra (mL)

116

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Cálculo da concentração de magnésio na amostra

𝑀𝑔 =

(𝑐 − 𝑏) × 𝑀𝐸𝐷𝑇𝐴 × 24,3 𝑉

Onde: MEDTA = molaridade de EDTA b = volume de EDTA (mL) gasto na titulação de cálcio c = volume de EDTA (mL) gasto na titulação de cálcio + magnésio

Precisão do método A precisão do método está em torno de 0,1%.

117

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Anotações:

118

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Anotações:

119

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho

Capítulo 4: Gravimetria

120

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho

4.1 Material Particulado em Suspensão O material em suspensão, ou seston, são pequenas partículas que se encontram em água do mar. O material em suspensão pode ser constituído de uma fração mineral ou inorgânica e outra orgânica. As concentrações na água são bastante variáveis dependendo da hidrodinâmica, da constituição do substrato. Princípio do Método A separação entre material em particulado e material dissolvido é operacional: partículas com diâmetro maiores que 0,45 µm são consideradas em suspensão e partículas menores dissolvidas. Portanto, a separação e quantificação do material particulado em suspensão e realizado pela filtração de um volume conhecido de água. Material Equipamento •

Balança analítica

•

Bomba de pressão à vácuo

•

Estufa

•

Dessecador de sílica-gel desidratada

•

Pinça

•

Filtros de fibra d vidro (GFC ou GFF)

Vidraria Frasco tipo Kitassato Proveta (500 mL ou 1000 mL ) Suporte poroso

121

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Rolha de Borracha Garra Béquer para conter a amostra a ser filtrada Placa de Petry Procedimento •

Calcinar os filtros a 450°C por 4 horas

•

Armazenar em dessecador até estarem frios

•

Pesar o filtro em balança analítica manuseando com pinça

•

Anotar o peso de cada filtro (P1)

Filtração das Amostras •

Montar o equipamento de filtragem e posicionar um filtro sobre o suporte poroso

•

Agitar vagarosamente a amostra para homogeneizar

•

Medir o volume a ser filtrado na proveta (V)

•

Ligar a bomba e começar a derramar lentamente a amostra sobre o béquer do equipamento

•

Após filtrar a amostra retirar a amostra do kitassato e armazenar adequadamente para futuras análises

•

Reposicionar o kitassato e enxaguar o filtro com aproximadamente 5 mL (para amostras estuarinas) de água destilada para remoção dos cloretos do filtro – quanto mais salina for a amostra mais volume de água deve ser utilizado para a lavagem

Secagem e Pesagem do Filtro

122

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho •

Após a filtragem retirar cuidadosamente o filtro com a bomba desligada. Colocar o filtro sobre uma placa de Petry já etiquetada ou sobre um envelope de papel

•

Secar em estufa a 60°C

•

Após retirar da estufa colocar no dessecador até esfriar

•

Pesar em balança analítica (P2)

Branco do Método Para cada grupo de amostras deve-se fazer um branco do método. Nesse procedimento o filtro é calcinado e pesado (B1), mas não é colocado no equipamento. Esse filtro também e lavado com água destilada, seco em estufa e repesado (B2). A diferença entre B2 e B1 e o valor Br (a ser usado no cálculo do material em suspensão das amostras). Cálculo [(𝑃2 − 𝑃1) − 𝐵𝑟]. 106 𝑉 Onde: P2(g) = peso do filtro com material em suspensão seco P1(g) = peso do filtro vazio e seco V(mL) = volume da amostra filtrada 106= fator de conversão de unidade de g mL-1 para mg L-1 Br = valor da prova em branco

123

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Anotações:

124

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Anotações:

125

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho 4.1.1 Material Particulado Orgânico em Suspensão

A água do mar contém material orgânico em suspensão originário de fitoplâncton, bactérias e outros pequenos organismos heterotróficos como microzooplâncton. Além desses organismos, partículas detríticas e agregados originários de processos de vida do zooplâncton (pelotas fecais, conchas). O matrial particulado orgânico também pode formar a "neve marinha" (pequenas partículas em suspensão e dissolvidos ou na forma de colóides). A medição desses particulados é importante para auxiliar no fluxo de carbono orgânico nos oceanos. Princípio do método Para a quantificação do material particulado orgânico em suspensão o filtro contendo o material em suspensão total é calcinado para a queima dos compostos orgânicos. Pesa-se o resíduo e calcula-se o que volatizou. Material •

Forno tipo mufla

•

Filtro contendo o material em suspensão

Procedimento •

Para cada amostra calcinar um cadinho por 4 horas a 550°C para eliminar quaisquer interferentes

•

Resfriá-lo em dessecador

•

Pesar (P3)

•

Colocar o filtro (já pesado) contendo o material em suspensão no cadinho e calcinar por 4 horas a 550°C

•

Resfriar em dssecador e pesar o cadinho (P4)

126

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Branco do Método Para cada grupo de amostras usar o filtro do branco do método de determinação do material em suspensão e fazer o mesmo procedimento realizado com a amostra. Anotando P3br e P4br. Cálculos 𝑃𝑏𝑟 = 𝑃4𝑏𝑟 − 𝑃3𝑏𝑟 (Branco)

%𝑀𝐼𝑆 =

(𝑃4 − 𝑃3) − 𝑃𝑏𝑟 × 100 (𝑃2 − 𝑃1)

Sendo MIS = material inorgânico em suspensão % 𝑀𝑂𝑆 = 100 − %𝑀𝐼𝑆

Sendo MOS = material orgânico em suspensão

127

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Anotações:

128

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Anotações:

129

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho

4.2 Matéria Orgânica no Sedimento As características da matéria orgânica depositada em sedimentos superficiais de áreas marinhas têm sido largamente utilizadas na interpretação de diversos processos: produtividade de águas superficiais, aporte de materiais de origem continental para o oceano, dinâmica de massas d’água, variações temporais nos processos sedimentares, taxas de sedimentação, processos geoquímicos, processos diagenéticos e distribuição sedimentar. Cerca de 0,1% do carbono gerado na produtividade primário fica preservada no sedimento marinho.

Princípio do método O método se baseia na oxidação da matéria orgânica com peróxido de hidrogênio. Material Equipamento Chapa quente Balança Analítica Vidraria Béquers (50 mL) Colher para manusear sedimento Pipeta de Pauster e ponteiras

Reagentes Solução de água oxigenada a 30% Procedimento

130

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho •

Pesar o béquer etiquetado (P1)

•

Adicionar aproximadamente 3 g de sedimento seco e homogeneizado e pesar novamente (P2)

•

Adicionar peróxido de hidrogênio (30% em água destilada) e deixar reagir por 30 minutos

•

Colocar sobre uma chapa quente (60 a 70°C) e deixar reagir

•

Conforme o peróxido for evaporando adicionar mais

•

Quando parar de borbulhar a reação finalizou

•

Centrifugar e retirar o sobrenadante com uma pipeta

•

Secar em estufa a 60°C

•

Pesar o béquer (P3)

Cálculos

%𝑀𝑂 = 100 𝑥

131

(𝑃2 − 𝑃1) (𝑃3 − 𝑃1)

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Anotações:

132

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Anotações:

133

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho

4.3 Carbonato de Cálcio (CaCO3) no sedimento O carbonato de cálcio é um dos componentes biogênicos mais importantes em sedimento marinho. Sedimentos contendo teores superiores a 30% são considerados como ricos em carbonato, indicando elevada acumulação de sedimento no local. A acumulação é dependente da produção fitoplanctônica e bentônica do CaCO3 e da dissolução na coluna de água durante a sedimentação. Princípio do método A amostra é tratada com ácido clorídrico e a porcentagem de carbonato de cálcio é determinada gravimetricamente.

Material Equipamento Balança analítica Centrífuga Estufa Pinça Tubos falcon Piceta para água destilada Vidraria Pipeta de Pauster Reagentes Ácido clorídrico 1% em volume Procedimento •

pesar o tubo falcon (P1)

•

pesar uma alíquota de sedimento de aproximadamente 1 mg (P2 = P1 + amostra)

134

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho •

adiconar 2 mL de HCl 1 mol L-1 e homogeneizar

•

aguardar 1 hora

•

adicionar de duas a três gotas de HCl concentrado (P.A.) a fim de certificar a total eliminação do CaCO3

•

se a amostra não estiver mais borbulhando todo o CaCO3 foi removido

•

centrifugar a 2500 rpm durante 5 minutos

•

descartar o sobrenadante

•

adicionar água destilada (~5 mL) para lavar a amostra

•

centrifugar novamente

•

descartar o sobrenadante

•

repetir o processo de lavagem com água destilada 3 vezes para retirada total do HCl

•

secar a amostra em estuda à 60°C

•

pesar novamente (P3)

Cálculos

%𝐶𝑎𝐶𝑂3 = 100 𝑥

135

(𝑃2 − 𝑃1) (𝑃3 − 𝑃1)

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Anotações:

136

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Anotações:

137

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho

Capítulo 5: Espectrofotometria na Faixa do Visível

138

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho A metodologia utilizada na quantificação dos nutrientes em água do mar e algumas outras práticas baseiam-se na colorimetria e na Lei de Beer-Lambert. À água do mar, são adicionados compostos que reagem com os compostos de interesse, gerando um produto que absorve radiação na faixa do UV-visível (faixa do ultravioleta próximo e infravermelho próximo). Geralmente esses compostos são coloridos. Nesse tipo de análise é utilizado o equipamento espectrofotômetro. O mesmo funciona, resumidamente, da seguinte forma: •

Um feixe de radiação eletromagnética de comprimento de onda definido é emitido;

•

O feixe atravessa a amostra, contida em uma cubeta (de comprimento conhecido);

•

Um detector recebe o feixe atenuado devido à absorção da radiação pelo analito. A transmitância é a porcentagem de radiação que atravessa o analito, sendo

expressa da seguinte forma:

T=

P P0

Onde: P = feixe atenuado P0 = feixe emitido Entretanto, é comum utilizar o termo Absorbância em espectrofotometria, que nada mais é do que uma relação logarítmica com a transmitância:

A = − log

P0 P

De acordo com a Lei de Beer, a absorbância é diretamente proporcional à concentração da espécie absorvente e do caminho óptico:

139

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho A=ε×b×c Onde: ε = Absortividade molar (L mol-1 cm-1) – cada composto possui um valor diferente b = comprimento do caminho óptico (cm) c = concentração do analito (mol L-1) Caso a absorbância se apresente muito baixa (abaixo de 0,300), pode-se utilizar cubetas maiores. Se a absorbância for muito alta (acima de 0,800), dilui-se a amostra.

140

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Anotações:

141

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho

5.1

Nutrientes

Amostragem Todas as coletas de água para nutrientes devem ser coletadas a partir da garrafa hidrográfica em frascos previamente lavados com solução ligeiramente ácida (5% HCl) e enxaguados abundantemente com água destilada e deionizada. Os frascos devem ser de vidro âmbar ou de plástico com capacidade para 250 ml. Se as análises não forem realizadas imediatamente após a coleta, devem ser congeladas a -20ºC Cálculos Para a realização dos cálculos de concentração de nutrientes, deve-se construir uma curva de calibração. Cada nutriente possui uma faixa de concentração ideal para a construção da curva baseados nos valores médios de concentração encontrados na água do mar. Os pontos obtidos (concentração x absorbância) devem possuir comportamento linear. Deve-se fazer a correlação linear de todos os pontos, obtendo a equação da reta no seguinte formato: y = bx + a Com a equação da reta e a absorbância da amostra, calcula-se a concentração da amostra.

142

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho

5.2 Determinação de Fosfato inorgânico dissolvido na água do mar O fósforo é um constituinte da matéria orgânica viva, encontrado no ambiente marinho sob a forma de fosfatos orgânicos em suspensão ou em solução, e sob a forma de fosfatos inorgânicos insolúveis (como os de cálcio e ferro) ou adsorvidos por partículas em suspensão e principalmente sob a forma de fosfatos inorgânicos solúveis, ou seja, íons HPO4-2 e PO4-3. A concentração de fósforo inorgânico na água do mar varia de 0,0 a 3,2 µM. Princípio do método Baseia-se na formação do ácido molibdofosfórico e sua subsequente redução com ácido ascórbico, resultando o complexo de fosfomolibdênio de cor azul. Não é possível escrever as reações balanceadas porque as reações exatas não são conhecidas. Primeiro é formado o complexo ácido de cor amarela. Com a adição do ácido ascórbico, ocorre a redução. Normalmente esta redução é lenta, porém a adição de um catalisador, o antimonil tartarato de potássio, faz com que esta reação ocorra rapidamente. Materiais Equipamentos •

espectrofotômetro

•

cubetas de vidro de 5 cm

Vidraria •

balões volumétricos de 100, 200 e 1000 mL

•

frascos de 100, 200 e 1000 mL

•

provetas de 50 mL

•

pipetas volumétricas de 0,5, 1 e 2 mL

143

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho •

frascos de reação de 125 mL

•

pisseta Reagentes

•

Solução de molibdato de amônio 0,08 M – dissolver 9,5 g de (NH4)6Mo7O24.4H20 em 90 mL de água destilada e deionizada e diluir para 100 mL. Guardar a solução em frasco de vidro ou polietileno.

•

Solução de ácido sulfúrico ~ 4,5 M - Adicionar 250 ml de H2SO4 concentrado (d = 1,84) a 500 mL de água destilada e deionizada. Esperar esfriar e dilua para 1000 mL. Guardar em frasco de vidro âmbar.

•

Solução de antimonil tartarato de potássio ~ 0,1 M - dissolver 3,25 g de K(SbO)C4H4O6 em 100 mL de água destilada e deionizada. Guardar em frasco de vidro. O reagente pode ser usado enquanto permanecer claro.

•

Solução de mistura - adicionar 45 mL da solução de molibdato de amônio a 200 mL da solução de ácido sulfúrico e em seguida, 5 mL da solução de antimonil tartarato de potássio. Guardar a mistura em frasco de vidro âmbar. Esta mistura é estável por alguns meses.

•

Solução de ácido ascórbico 0,4 M - dissolver 7,0 g de C6H8O6 em 100 mL de água destilada e deionizada. Guardar em frasco de vidro âmbar sob refrigeração.

•

Solução padrão de fosfato 0,01 M - secar ~ 200 mg de fosfato diácido de potássio anidro (KH2PO4) a 110ºC por três horas e deixar esfriar em dessecador. Pesar exatamente 136,1 mg e dissolver em água destilada e deionizada, a qual foi adicionada 1 mL de ácido sulfúrico 4,5 M. Diluir para 100 mL. Guardar em frasco de vidro sob refrigeração.

Padrões para curva analítica Solução intermediária de padrão fosfato (0,1 mM)

144

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Pipetar 1 ml da solução padrão de fosfato (10 mM) e diluir para 100 ml com água destilada e deionizada. Soluções diluídas A partir da solução intermediária, fazer as seguintes diluições conforme Tabela 10. Tabela 10: diluições dos padrões de fosfato

solução

concentração

diluída

volume solução

volume final

intermediária (mL) (µM)

(mL)

1

0,5

0,5

100

2

1,0

1,0

100

3

2,0

2,0

100

Procedimento Experimental •

Transferir 35 ml das soluções de padrões diluídas e das amostras de água do mar para os frascos de reações. Utilizar água destilada e deionizada para a análise do branco.

•

Adicionar 1 ml da mistura de reagentes e agitar

•

Adicionar 1 ml do ácido ascórbico e agitar

•

Aguardar 5 minutos e ler a absorbância a 880 nm em cubas de 5 cm.

Cálculos Curva analítica

145

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Com as medidas de absorbância dos padrões, descontado o valor do branco, construir uma curva de calibração e obter o fator F que relaciona a concentração com a absorbância. F = C / A onde: C = concentração A = absorbância Cálculo da concentração de fosfato na amostra [PO4-3] = F . A onde A = absorbância da amostra. Interferentes e precisão do método Os principais interferentes são os silicatos e arsenatos que também formam complexos azuis com o molibdato, entretanto a velocidade de reação é mais lenta e a concentração destes íons é baixa na água do mar (até 200 µM para silicatos e 0,03 µM para arsenatos). Assim, os problemas de interferentes podem ser eliminados se as amostras forem lidas após 5 minutos de reação. A precisão do método está em torno de 5 a 15%.

146

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Anotações:

147

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Anotações:

148

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho

5.3 Determinação de silicato inorgânico dissolvido na água do mar O silicato é encontrado na água do mar como silício dissolvido e particulado. Provavelmente a forma solúvel seja o ácido silícico (Si(OH)4). O silício particulado é proveniente de estruturas extra-celulares das diatomáceas, silicoflagelados e radiolários vivos e mortos, sendo chamado de silício particulado biogênico. O silício inorgânico, sob várias formas minerais como quartzos, feldspatos e minerais argilosos, é chamado de silício não biogênico. Grande parte do silício que atinge o mar é transportado pelas águas dos rios, através da atmosfera e pelo desgaste de rochas e sedimentos oceânicos. A concentração de silício inorgânico na água do mar varia de 0 a 200 µM. Princípio do método Baseia-se na formação de um complexo amarelo, o ácido silicomolibdico e sua subsequente redução com ácido ascórbico, resultando no complexo silicomolibdico de cor azul. Adiciona-se também ácido oxálico para reduzir o excesso de molibdato e a influência do fosfato presente na amostra. Materiais Equipamentos •

espectrofotômetro

•

cubas de vidro de 5 cm

Vidraria •

balões volumétricos de 100, 500 mL

•

provetas de 50 mL

•

pipetas volumétricas de 0,5, 1 e 2 mL

•

frascos de reação de 125 mL (plástico)

149

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho •

pisseta Reagentes

•

solução de molibdato de amônio 0,16 M - dissolver 20,0 g de (NH4)6Mo7O24.4H20 em 80 mL de água destilada e deionizada em um béquer plástico e diluir para 100 mL. Guardar a solução em frasco plástico ao abrigo da luz. O reagente é bastante estável e pode ser utilizado enquanto permanecer claro.

•

solução de ácido sulfúrico ~ 4,5 M - Adicionar 250 mL de H2SO4 concentrado (d = 1,84) a 500 mL de água destilada e deionizada. Esperar esfriar e diluir para 1000 mL. Guardar em frasco de vidro âmbar.

•

solução de ácido sulfúrico ~ 3,6 M - Diluir 800 mL de H2SO4 9,0 N para 1000 mL. Guardar em frasco de polietileno.

•

solução de ácido oxálico 0,79 M - dissolver 10,0 g de C2H2O4.2H2O em 100 mL de água destilada e deionizada. Guardar em frasco plástico à temperatura ambiente. A solução é estável.

•

solução de mistura - adicionar um volume de solução de molibdato a um volume igual de H2SO4 3,6 M. NÃO ADICIONAR ÁCIDO AO MOLIBDATO! Guardar em frasco plástico protegido da luz direta do Sol. A solução é estável por vários meses.

•

solução de ácido ascórbico 0,1 M - dissolver 1,75 g de C6H8O6 em 100 mL de água destilada e deionizada. Guardar em frasco de vidro âmbar sob refrigeração. Esta solução pode ser usada enquanto não apresentar cor.

•

solução padrão de silicato 10 mM - secar ~ 2,0 g de hexafluorsilicato di-sódico (Na2SiF6) a 105°C por uma hora e deixar esfriar em dessecador. Dissolver 940,3 mg em 100 mL água destilada e deionizada, em um béquer plástico. Transferir para um balão volumétrico plástico de 500 mL e completar o volume. Guardar em frasco plástico sob refrigeração. Padrões para curva analítica

150

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Solução intermediária de padrão (0,1 mM) Pipetar 1 mL da solução padrão de silicato (10 mM) e diluir para 100 mL com água destilada e deionizada. Soluções diluídas A partir da solução intermediária, fazer as diluições conforme a Tabela 11. Tabela 11: diluições dos padrões de silicato

solução

concentração

diluída

volume solução

volume final

intermediária (mL) (µM)

(mL)

1

1,0

1,0

100,0

2

2,0

2,0

100,0

3

5,0

5,0

100,0

4

10,0

10,0

100,0

Análise •

transferir 35 mL das soluções de padrões diluídas e das amostras de água do mar para os frascos de reações. Utilizar água destilada e deionizada para a análise do branco.

•

adicionar 1 mL da mistura de reagentes e agitar

•

após 5 minutos, adicionar 1 mL do ácido oxálico e agitar

•

adicionar em seguida, 1 mL do ácido ascórbico e agitar

•

após 30 minutos, ler a absorbância a 810 nm em cubas de 5 cm.

151

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Cálculos Curva analítica Com as medidas de absorbância dos padrões, descontado o valor do branco, construir uma curva de calibração e obter o fator F que relaciona a concentração com a absorbância. F = C / A onde: C = concentração A = absorbância Cálculo da concentração de silicato na amostra [Si] = F . A onde A = absorbância da amostra. Interferentes e precisão do método Em águas anóxicas, a presença do sulfeto de hidrogênio torna a coloração do complexo de ácido silicomolibdico esverdeada. Cerca de 5 mg de enxofre/L pode ser tolerada. Altos teores de metais traços como cobre ferro, cobalto e níquel podem interferir na absorbância. A precisão do método está em torno de 5%.

152

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Anotações:

153

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Anotações:

154

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho

5.4 Determinação de nitrito dissolvido na água do mar O nitrito ocorre na água do mar como um composto intermediário na redução microbiana de nitrato ou na oxidação de amônia. A concentração de nitrito na água do mar é geralmente muito baixa (< 0,1 µM). Entretanto, em regiões anóxicas, camadas finas de alta concentração de nitrito (> 2 µM) podem ocorrer junto com valores baixos de oxigênio dissolvido (< 0,15 mL L-1). Valores altos de nitrito podem também indicar águas poluídas nas proximidades de esgotos e em estuários. Princípio do método Baseia-se na reação do nitrito com uma amina aromática, a sulfanilamida (SA), em meio ácido, formando o íon diazônio. Este reage com uma segunda amina aromática, o N-(1-naftil)-etilenodiamina dicloridrato (NED), formando o composto diazo, de coloração rosa. A quantidade de diazo formada é proporcional à concentração de nitrito presente na amostra de água do mar na faixa de concentração de 0 - 10 M. Entretanto, devido ao alto coeficiente de extinção molar (~4,6 x104), soluções de água do mar contendo mais do que 2,5 M devem ser diluídas. Materiais Equipamentos •

espectrofotômetro

•

cubas de vidro de 5 cm

•

cubas de vidro de 1 cm (para soluções muito concentradas)

Vidraria •

balões volumétricos de 100, 500 e 1000 mL

•

frascos de 100, 500 e 1000 mL

155

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho •

provetas de 50 mL

•

pipetas volumétricas de 0,5, 1,0 e 2,0 mL

•

frascos de reação de 125 mL

•

béqueres de 100 e 150 mL

•

pisseta Reagentes solução de sulfanilamida (SA) ~ 0,06 M - adicionar 100 mL de HCl concentrado

em ~ 600 mL de água destilada e deionizada. dissolver 10,0 g de SA na solução anterior e completar o volume para 1000 mL com água deionizada. Guardar a solução em frasco de vidro ou polietileno. solução de N-(1-naftil)-etilenodiamina dicloridrato (NED) ~ 0,003 M dissolver 0,5 g de NED em água deionizada completando o volume para 500 mL. Guardar em frasco de vidro âmbar. A solução é estável por aproximadamente 1 mês e torna-se marrom quando envelhece. solução padrão de nitrito 0,01 M - secar o nitrito de sódio anidro a 100 oC por uma hora e deixar esfriar em dessecador. Dissolver 0,690 g em água destilada e deionizada e diluir para 1000 mL. Adicionar algumas gotas de clorofórmio como preservativo. Guardar em frasco de vidro âmbar sob refrigeração. Padrões para curva analítica Solução intermediária de padrão nitrito (0,1 mM) Pipetar 1 mL da solução padrão de nitrito (10 mM) e diluir para 100 mL com água destilada e deionizada. Soluções diluídas

156

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho A partir da solução intermediária, fazer as demais diluições conforme a Tabela 12. Tabela 12: diluições dos padrões de nitrito

solução

concentração

diluída

volume solução

volume final

intermediária (mL)

(M)

(mL)

1

0,5

0,5

100

2

1,0

1,0

100

3

2,0

2,0

100

Análise •

transferir 50 mL das soluções de padrões diluídas e das amostras de água do mar para os frascos de reações. Utilizar água destilada e deionizada para a análise do branco.

•

adicionar 1 mL da solução de SA e agitar

•

adicionar 1 mL da solução de NED e agitar

•

após 20 a 30 minutos, ler a absorbância a 540 nm em cubas de 5 cm.

Cálculos Curva analítica Com as medidas de absorbância dos padrões, descontado o valor do branco, construir uma curva de calibração e obter o fator F que relaciona a concentração com a absorbância. F = C / A onde:

157

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho C = concentração A = absorbância Cálculo da concentração de nitrito na amostra [NO2-] = F . A onde A = absorbância da amostra. Interferentes e precisão do método O principal interferente é o íon sulfeto, o qual pode ser eliminado borbulhando-se nitrogênio na amostra, após a adição da solução de sulfanilamida. A reprodutibilidade do método é de ±0,02 µM, especialmente para baixas concentrações (< 0,2 µM). A Lei de Beer-Lambert é obedecida até 10 µM.

158

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Anotações:

159

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Anotações:

160

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho

5.5 Determinação de nitrato dissolvido na água do mar O nitrato é o produto de oxidação final dos compostos de nitrogênio na água do mar e é considerado o nível de oxidação do nitrogênio termodinamicamente mais estável em presença de oxigênio na água do mar. A concentração de nitrato na água do mar varia de 1 a 500 µM. Em muitas regiões do mar, o nitrato pode ser considerado como o micronutriente que controla a produção primária da zona eufótica. A concentração de nitrato nesta zona é governada pelos processos advectivos para as camadas superficiais, a oxidação microbiana da amônia e a assimilação dos produtores primários. Princípio do método Baseia-se na redução do nitrato à nitrito, o qual é determinado pela formação do composto diazo. A redução do nitrato pode ser feita por reação homogênea ou heterogênea, sendo que esta última é a mais utilizada. O nitrato prevalece como íon na água do mar não formando ligações ou complexos. Para a sua determinação ele é reduzido em presença de metal, onde as condições são ajustadas e o nitrato passa a ser quantitativamente convertido em nitrito sem redução posterior. NO3- + Me(s) + 2H+

NO2- + Me2+ + H2O

A eficiência da redução do nitrato a nitrito depende do metal utilizado, do pH da solução e da atividade da superfície do metal. Uma redução além do estágio de nitrito pode ser resultado de uma reação em solução alcalina ou com um metal cuja superfície esteja inativa, ou em solução muito ácida ou com metal altamente eletronegativo, ou com superfície muito ativa. Em ambos os casos, a análise resultaria em valores baixos de nitrato. A limalha de cádmio coberta por cobre torna-se mais aceitável para a redução heterogênea, mas em meio neutro ou fracamente alcalino, os íons de cádmio formados durante a redução reagem com os íons hidroxila formando um precipitado. Além disso, o

161

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho pH é alterado se a solução não for tamponada. A água do mar não possui uma capacidade de tamponamento suficiente para manter o pH da solução, sendo necessária a adição de cloreto de amônio. 2NH4+

2NH3 + 2H+

Cd+2 + 2NH3

[Cd(NH3)2]+2

O tempo que a solução entra em contato com o redutor deve ser controlado. Materiais Equipamentos •

espectrofotômetro

•

cubas de vidro de 5 cm

•

cubas de vidro de 1 cm (para soluções muito concentradas)

•

bomba peristáltica

Vidraria •

balões volumétricos de 100, 500 e 1000 mL

•

frascos de 100, 500 e 1000 mL

•

provetas de 50 mL

•

pipetas volumétricas de 1,0, 2,0, 5,0 e 10,0 mL

•

erlenmeyers de 150 mL

•

frascos de reação de 125 mL

•

béqueres de 100 e 150 mL

•

colunas de vidro com 5 mm de diâmetro e 22 cm de comprimento

•

tubo capilar com 1 mm de diâmetro

•

pisseta

162

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho

Figura 9: Tubo em “U” para redução de nitrato a nitrito

Reagentes •

Solução de sulfanilamida (SA) ~ 0,06 M - adicionar 100 mL de HCl concentrado em ~ 600 mL de água destilada e deionizada. Dissolver 10,0 g de SA na solução anterior e completar o volume para 1000 mL com água deionizada. Guardar a solução em frasco de vidro ou polietileno. A solução é estável por vários meses.

•

Solução de N-(1-naftil)-etilenodiamina dicloridrato (NED) ~ 0,003 M dissolver 0,5 g de NED em água deionizada completando o volume para 500 mL. Guardar em frasco de vidro âmbar. A solução é estável por aproximadamente 1 mês e torna-se marrom quando envelhece.

•

Solução padrão de nitrato 0,01 M - secar o nitrato de potássio anidro a 100ºC por uma hora e deixar esfriar em dessecador. Dissolver 1,011 g em água destilada e deionizada e diluir para 1000 mL. Adicionar algumas gotas de clorofórmio como preservativo. Guardar em frasco de vidro âmbar sob refrigeração.

•

Solução tampão de cloreto de amônio (0,2 M) - dissolver 10,0 g de NH4Cl em 1000 mL de água destilada e deionizada. O pH deve estar em torno de 8,5, o qual é ajustado com ~1,5 mL de amônia concentrada.

163

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho •

Solução de sulfato de cobre (0,04 M) - dissolver 10,0 g de CuSO4.5H2O em 1000 mL de água destilada.

•

Cádmio - peneirar o cádmio granulado de boa qualidade em peneira de 2 mm e separar a fração retida na peneira de 0,5 mm para o enchimento da coluna de redução.

•

Solução de ácido clorídrico (2 M) - diluir 165,5 mL de HCl concentrado pa. (d = 1,19) em 500 mL de água deionizada e completar para 1000 mL

Procedimento experimental Preparação da coluna de redução O cádmio granulado deve ser lavado com a solução de HCl 2 M para a liberação dos óxidos e enxaguados várias vezes com água destilada e deionizada. Adicionar a solução de sulfato de cobre em quantidade suficiente (~5 vezes o peso do cádmio) e agitar vigorosamente por 3 minutos, ou até que a coloração azul desapareça e não haja cobre disperso. Enxaguar o cádmio com água destilada, evitando-se o contato com o ar. Colocar um tubo capilar (= 1 mm), com uma de suas extremidades protegidas com lã de vidro, no interior da coluna de vidro ( = 5 mm e L = 22 cm), com fundo cego. Encher a coluna com água deionizada e colocar o cádmio cuperizado no interior da mesma. O empacotamento dos grãos deve ser feito com suaves batidas na coluna de vidro. Quando a coluna estiver cheia, colocar um conector tipo “T” envolvendo a extremidade da coluna e o capilar. Adaptar 2 ductos, um de entrada e outro de saída, com aproximadamente 2,5 mm de diâmetro, ao conector. Preencher todos os espaços com a solução tampão de cloreto de amônio, não permitindo a entrada de ar no sistema. Fechar o circuito conectando as duas extremidades dos ductos e guardar a coluna até o momento de uso. A coluna é ativada, eluindo-se 250 mL de solução tampão contendo 100 M de nitrato. Caso a coluna seja desativada, o cádmio cuperizado deve ser retirado e tratado

164

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho com solução de ácido nítrico 5 % (v/v) e enxaguado com água destilada até a perda da acidez. Secar o cádmio e tratar novamente com a solução de sulfato de cobre como descrito anteriormente. Após ativar a coluna realiza-se a limpeza (para retirar o excesso de nitrato da ativação): um volume de tampão NH4Cl é passado pelas colunas (exemplo: 2 litros de tampão), após esse procedimento retira-se uma alíquota de 30 mL de cada coluna, adiciona-se 1 mL de AS, 1 mL de NED, aguarda-se 30 minutos. Realiza-se a leitura a 540 nm. Se a leitura estive abaixo de 0,030, as colunas estão prontas para a realização da curva analítica e amostras, caso contrário deve-se continuar passando o tampão até que a leitura atinja esse valor. Eficiência da coluna de redução A coluna de redução geralmente apresenta uma eficiência de 100% sendo aceitável até 95%. Para cada coluna de cádmio deve-se passar: 1 branco (50 mL de H2O e 50 mL de NH4Cl), 1 padrão de concentração conhecida de nitrito e 1 padrão de concentração conhecida de nitrato (exemplo 5 M). A solução que deve sempre eluir os reagentes é o tampão de NH4Cl. Realiza-se a reação conforme descrito abaixo para cada parâmetro (branco, nitrito e nitrato). Faz-se a leitura no espectrofotômetro a 540 nm em cubas de 5 cm. Calcula-se a eficiência da coluna, se não estiver na faixa de até 95%, devese repetir todo o procedimento de preenchimento e ativação da coluna até atingir esse valor.

165

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho

Figura 10: Diagrama de redução do nitrato a nitrito

Padrões para curva analítica Solução intermediária de padrão nitrato (0,1 mM) Pipetar 1 mL da solução padrão de nitrato (10 mM) e diluir para 100 mL com água destilada e deionizada. Soluções diluídas A partir da solução intermediária, fazer as diluições conforme a Tabela 13. Para cada coluna de cádmio utilizada, deve ser feita uma curva analítica.

166

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho

Tabela 13: diluições dos padrões de nitrato

solução

concentração

diluída

volume solução

volume final

intermediária (mL) (µM)

(mL)

1

1,0

1,0

100

2

2,0

2,0

100

3

5,0

5,0

100

4

10,0

10,0

100

Análise •

transferir 50 mL das soluções de padrões diluídas e das amostras de água do mar para erlenmeyers de 150 mL. Utilizar água destilada e deionizada para a análise do branco.

•

adicionar 50 mL de solução tampão de cloreto de amônio

•

passar pela coluna de redução e desprezar os primeiros 30 mL

•

recolher a próxima fração de 25-30 mL e transferir para o frasco de reação

•

adicionar 1 mL da solução de SA no frasco de reação e agitar

•

adicionar 1 mL da solução de NED no frasco de reação e agitar

•

após 20 a 30 minutos, ler a absorbância a 540 nm em cubas de 5 cm.

Cálculos Eficiência da coluna de redução %𝑬𝒇 =

𝑨𝑵𝑶𝟑 𝑨𝑵𝑶𝟐

Onde: ANO3 = absorbância do nitrato

167

x 100

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho ANO2 = absorbância do nitrito

168

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Curva analítica Com as medidas de absorbância dos padrões, descontado o valor do branco, construir uma curva de calibração e obter o fator F que relaciona a concentração com a absorbância. Lembrando que cada coluna de cádmio tem uma curva analítica. F = C / A onde: C = concentração A = absorbância Cálculo da concentração de nitrito total na amostra [NO2-]total = F . A onde A = absorbância da amostra. Cálculo da concentração de nitrato na amostra O valor de nitrato da amostra é obtido pela subtração do valor de nitrito obtido ([NO2-]) para a mesma amostra, do valor de nitrito total ([NO2-]total), o qual é obtido após a passagem pela coluna de redução. [𝑁𝑂3 − ] = [𝑁𝑂2 − ]𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 − [𝑁𝑂2 − ] Dessa forma, faz-se necessário a quantificação do nitrito total da mesma amostra. Interferentes e precisão do método A determinação de nitrato na água do mar geralmente não está sujeita a interferentes. Pequenas quantidades de gás sulfídrico podem estar presentes na amostra, mas não interferem na análise de nitrato, porque o íon sulfeto é precipitado no topo da

169

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho coluna de redução como sulfeto de cobre ou de cádmio. A reprodutibilidade do método é de ±0,1µM na faixa de 0 - 5 µM, ±0,2 na faixa de 5 - 10 µM e ±0,5 µM para concentrações acima de 10 µM. Quando não estão envolvidos erros sistemáticos de amostragem, a exatidão do método é de ±3% para a faixa de concentração de 0 - 10 µM.

170

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Anotações:

171

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho

5.6 Determinação de Proteínas Totais em Sedimento Entre os métodos mais frequentemente utilizados para análise de proteínas totais no sedimento estão os de Hartreee (1972) e Rice (1982). Trata-se de um método colorimétrico em que a quantidade de proteínas é proporcional à intensidade da cor azul na solução. As áreas urbanas costeiras são comumente impactadas por: sobrepesca, fontes diversas de contaminação química e biológica, aumento da população e navegação, entre outras causas. Desta forma, o desenvolvimento de novas ferramentas de avaliação de impacto ambiental faz-se cada vez mais necessária para permitir o manejo dos sistemas. A maior parte das avaliações sobre eutrofização são realizadas por uma combinação de variáveis da coluna de água; porém, mais recentemente, novas abordagens que levam em conta o domínio bêntico têm sido consideradas porque os sedimentos superficiais marinhos mostraram ser não apenas o repositório das informações provenientes da coluna de água, mas também o registro da acumulação do carbono orgânico ao longo do tempo. Uma técnica recentemente descoberta considera a composição bioquímica da matéria orgânica sedimentar na avaliação das tendências de eutrofização dos sistemas marinhos, particularmente as concentrações de proteína e carboidratos. Princípio do método Em meio alcalino o íon bivalente Cu2+ forma complexos com as ligações peptídicas das proteínas e é reduzido ao íon monovalente Cu+. O cobre monovalente e os grupos radicais dos aminoácidos aromáticos (principalmente tirosina, triptofano) reagem com o Folin-Ciocalteau obtendo-se um produto azul. Esse produto azul é o resultado da redução do fosfomolibdenio/tungstenio do reagente de Folin. A sensibilidade do método é boa a partir de concentrações iguais a 0,01 mg de Proteína por mililitro de solução. O método é linear entre 0 e 250 mg de albumina bovina (BSA) por litro de solução, sendo que a precisão é de 7%.

172

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Modificações do Hartree: Utiliza menor quantidade de reagentes, a resposta é mais linear e menos sensível a turbidez formada por frações insolúveis em agua se a leitura em espectrofotómetro do produto azul é feita a 650 nm. Material espátula pequena tubos de vidro de 15 mL com tampa pipetas de 1-5 mL pipetas 20 - 200 L centrífuga espectrofotômetro e cubetas de 1cm balança analítica Reagentes Solução A: dissolver 2 g de tartarato de sódio-potássio e 100 g de Na2CO3 anidro em 500 mL de NaOH a 1M (20 g em 500 mL de água); a solução, transparente, é diluída a 1000 mL com água destilada. A solução A deve ser estocada a 4 °C, e é estável por 2-3 meses. Depois disso o Na2CO3 começa a precipitar e a solução não pode mais ser utilizada. Solução B: dissolver 2 g de tartarato de sódio-potássio e 1g de CuSO4 em 90 mL de água destilada; essa solução levemente azulada é diluída com 10 mL de 1 M de NaOH. A solução final, azulada, quando estocada a 4 °C é estável por várias semanas. Solução C: diluir 1 mL de reagente Folin-Ciocalteau em 15 mL de água destilada. A solução, de cor amarela, é instável e deve ser preparada poucos minutos antes de ser usada.

173

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Padrão de Soro Bovino Albumina (BSA) (1000 g mL-1): pesar 100 mg (0,1g) de BSA em balão de 100 mL, solubilizar com água destilada. Padrões para Curva analítica A partir da solução de 1000 g mL-1, fazer as demais diluições conforme a Tabela 14. Tabela 14: diluições dos padrões de albumina solução

concentração

diluída

volume solução

volume final

intermediária (L) -1

(mL)

(g mL ) 1

50

250

5

2

100

500

5

3

250

1250

5

4

500

2500

5

5

750

3750

5

O procedimento para elaboração da curva é: Em um tubo de vidro de 15 mL, adicionar 1 mL da diluição do padrão intermediário. É necessário também fazer um branco de reagentes para zerar o espectrofômetro. Adicionar 0,9 mL da solução A em cada tubo e agitar no vortex por 30 segundos. Colocar os tubos em banho quente por 10 minutos a 50°C. Adicionar 0,1 mL da solução B em cada tubo e agitar no vortex por 30 segundos. Deixar reagir por 10 minutos à temperatura ambiente.

174

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Adicionar 3,0 mL da solução C em cada tubo e agitar no vortex por 30 segundos. Colocar os tubos em banho quente por 10 minutos a 50°C. Análise em cubeta de 1cm no espectrofotômetro em comprimento de onda de 650 nm (antes zerar o equipamento com um branco de reagentes). Análise Obs.: É necessário que 5 gramas do sedimento seja calcinado em mufla a 450oC. Este sedimento será usado como um branco de amostras. O procedimento para análise deste sedimento segue o mesmo procedimento descrito abaixo. Pesar o tubo antecipadamente e anotar a massa Pesar aproximadamente 0,5 g de sedimento úmido em um tubo de centrífuga de 15 mL. Anotar esta massa. Adicionar 1 mL de água destilada e misturar vigorosamente no vortex (30 segundos). Adicionar 0,9 mL da solução A em cada tubo e agitar no vortex por 30 segundos. Colocar os tubos em banho quente por 10 minutos a 50°C. Adicionar 0,1 mL da solução B em cada tubo e agitar no vortex por 30 segundos. Deixar reagir por 10 minutos à temperatura ambiente. Adicionar 3,0 mL da solução C em cada tubo e agitar no vortex por 30 segundos. Colocar os tubos em banho quente por 10 minutos a 50°C. Centrifugar os tubos (5 minutos a 2500 rpm).

175

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Depois da centrifugação o sobrenadante é analisado em cubeta de 1cm no espectrofotômetro em comprimento de onda de 650 nm (antes zerar o equipamento com um branco de reagentes). O sobrenadante é descartado e o resíduo é seco a 60oC. Anotar essa massa após secagem. Cálculos Quantidade de proteína no sedimento PRTc (mg g-1) = {[A650c - A650bcor) x C] + K} x Ps-1 x 10-3 PRTbcos (mg g-1) = {[A650bcos - A650bcor) x C] + K} x Psc-1 x 10-3 PRTF (mg g-1) = PRTc - PRTbcos Onde: A650c = absorbância da amostra a 650 nm A650bcor = absorbância do branco de reagentes A650bcos = absorbância do sedimento calcinado (branco do sedimento) C = coeficiente linear de interpolação da absorbância e a concentração do BSA (Concentração = [Absorbância x C] +K) K = constante linear de interpolação da absorbância (variável independente) e a concentração de BSA (variável dependente) Ps = peso do sedimento seco após a análise Psc = peso do sedimento calcinado

176

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho PRTc = concentração de proteína na amostra PRTbcos = concentração de proteína no sedimento calcinado PRTF = proteína final Referências: Hartree, E.F., 1972. Determination of proteins: a modification of the Lowry method that give a linear photometric response. Analytical Biochemistry. 48: 422-427. Rice, D.L., 1982. The detritus nitrogen problem: new observations and perspectives from organic geochemistry. Marine Ecology Progress Series. 9: 153-162. Danovaro, Roberto. 2009. Methods for the study of deep-sea sediments, their functioning and biodiversity. CRC Press. 458p.

177

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Anotações:

178

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho

5.7 Determinação de Carboidratos Totais em Sedimento A concentração de carboidratos totais foi determinada de acordo com Dubois et al (1956), otimizado para sedimentos por Gerchacov and Hatcher (1972). Trata-se de um método colorimétrico da reação entre os açucares e os fenóis na presença de ácido sulfúrico. Princípio do método Este método fundamenta-se na sensibilidade dos carboidratos a ácidos fortes e altas temperaturas. Sob condições de temperatura elevada o ácido sulfúrico quebra os poli, oligo e dissacarídeos em monossacarídeos. Logo depois ocorre a desidratação dos monossacarídeos, com o continuo aquecimento e a catálise ácida são produzidos derivados do furano (pentosas = desidratadas para furfural e hexosas = desidratadas para hydroximetilfurfural). Os derivados do furano condensam-se com o fenol obtendo-se um produto amarelo-marrom. A sensibilidade do método é boa a partir de concentrações iguais a 0,01 mg de CHO/ml e a precisão do método é de 4 %. Modificações do Gerchakov & Hatcher, 1972: a adição do ácido sulfúrico é feita depois do fenol dando maior sensibilidade e repetitividade ao método. Os derivados do furano são instáveis, então se quando eles são formados o fenol já está presente à reação de condensação entre eles e o fenol é favorecida. Material espátula pequena tubos de vidro de15 mL com tampa pipetas de 1-5 mL pipetas 20 - 200 L

179

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho centrífuga espectrofotômetro e cubetas de 1cm balança analítica estufa (60°C) Soluções Fenol: solução de fenol a 5% Ácido sulfúrico concentrado Solução padrão de glucose (D+) para curva analítica (10000 g mL-1): pesar 0,5 g de glucose em balão de 50 mL e completar o volume com água destilada. Padrões para Curva analítica A partir da solução intermediária (10000 g mL-1), fazer as demais diluições conforme a Tabela 15. Tabela 15: diluições dos padrões de glucose solução

concentração

diluída

volume solução

volume final

intermediária (L) -1

(mL)

(g mL ) 1

50

250

50

2

100

500

50

3

250

1250

50

O procedimento para elaboração da curva é:

180

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Em um tubo de vidro de 15 mL, adicionar a diluição do padrão intermediário. É necessário também fazer um branco de reagentes para zerar o espectrofômetro. Adicionar 1 mL de fenol em cada tubo e agitar no vortex por 30 segundos. Deixar os tubos em repouso na temperatura ambiente por 10 minutos. Adicionar 5 mL de ácido sulfúrico concentrado a cada tubo e agitar no vortex por 30 segundos - a solução ficará amarelo-amarronzada. Centrifugar os tubos (15 minutos a 2500 rpm). Depois da centrifugação o sobrenadante é analisado em cubeta de 1cm no espectrofotômetro em comprimento de onda de 485 e 600. Análise Obs.: É necessário que 5 gramas do sedimento seja calcinado em mufla a 450oC. Este sedimento será usado como um branco de amostras. O procedimento para análise deste sedimento segue o mesmo procedimento descrito abaixo. Pesar os tubos previamente e anotar a massa. Pesar aproximadamente 0,1g de sedimento úmido em um tubo de centrífuga de 15 mL. Adicionar 1 mL de água destilada e misturar vigorosamente no vortex. Adicionar 1 mL de fenol em cada tubo e agitar no vortex por 30 segundos. Deixar os tubos em repouso na temperatura ambiente por 10 minutos.

181

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Adicionar 5 mL de ácido sulfúrico concentrado a cada tubo e agitar no vortex por 30 segundos - a solução ficará amarelo-amarronzada. Centrifugar os tubos (5 minutos a 2500 rpm). Depois da centrifugação o sobrenadante é analisado em cubeta de 1cm no espectrofotômetro em comprimento de onda de 485 e 600 nm (antes zerar o equipamento com um branco de reagentes). Descartar o sobrenadante e guardar o resíduo. O resíduo é seco a 60oC. Anotar a massa seca. Cálculos CHOc (mg g-1) = {{[(A485c - A485bcor)-(1,5 x A600c - 0,003)] x C}+K} * (KCaCO3 x Ps)-1 x 10-3 CHObcos (mg g-1) = {{[(A485bcos - A485bcor) - (1,5 x A600c - 0,003)] x C} + K} * (KCaCO3 x Psc)-1 x 10-3 CHOF (mg g-1) = (CHOc - CHObcos)

Onde: A485c = absorbância da amostra a 485 nm. A485bcor = absorbância do branco de reagentes a 485 nm A485bcos = absorbância do sedimento calcinado a 485 nm A600c = a absorbância da amostra a 600 nm. C = coeficiente linear de interpolação da absorbância e a concentração da glucose (D+) (Concentração = [Absorbância x C] +K) K = constante linear de interpolação da absorbância (variável independente) e a concentração da glucose D(+) (variável dependente)

182

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Ps = peso do sedimento seco após análise Psc = peso do sedimento calcinado KCaCO3 = fator de correção da quantidade de CaCO3 = 1 CHOc = concentração de carboidratos na amostra CHObcos = concentração de carboidratos no sedimento calcinado CHOF = concentração de carboidratos Referências: Dubois, M., K. Gilles, J.K. Hamilton, P.A. Rebers and F. Smith. 1956. Colorimetric method for determination of sugars and related substances. Anal. Chem. 28: 350-356. Gerchacov, S.M., Hatcher, P.G., 1972. Improved technique for analysis of carbohydrates in the sediment. Limnology and Oceanography. 17, 938-943. Danovaro, Roberto. 2009. Methods for the study of deep-sea sediments, their functioning and biodiversity. CRC Press. 458p

183

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Anotações:

184

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Anotações:

185

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho

5.8 Determinação da concentração de clorofila e feopigmentos em sedimento A determinação de pigmentos é usada como uma estimativa de biomassa fitoplanctônica, podendo ser empregada na determinação de índices de assimilação de nutrientes juntamente com medidas de produtividade primária. A correlação entre concentração de clorofila e disponibilidade de nutrientes é, geralmente, direta. Quando uma região apresenta altas concentrações de ambos, pode ser considerada eutrofizada ou sob este processo. A produtividade biológica nas zonas costeiras está, em muitos casos, relacionada com a abundância dos organismos planctônicos que constituem a base energética para outros níveis tróficos. O fitoplâncton faz parte desta base em muitos ciclos alimentares em ambientes aquáticos e globalmente está entre os mais importantes produtores primários. A clorofila é o composto mais comumente determinado em estudos ambientais, por ser o pigmento de mais ampla ocorrência nas populações de microalgas em geral. Com a análise de diferentes tipos de pigmentos é possível estimar as famílias de microalgas prevalecentes na região de estudo e, assim, utilizá-las como organismos bioindicadores da qualidade do ambiente, de acordo com as características e propriedades de cada grupo taxonômico.

Princípio do método

186

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Para determinação de clorofila e feopigmentos em sedimento será realizada uma extração com acetona 90% e posterior determinação da concentração utilizando-se a técnica de espectrofotometria

Material •

espátula pequena

•

tubos de vidro de 15 mL com tampa

•

pipetas de 1-5mL

•

pipetas 20 – 200 L

•

centrífuga

•

espectrofotômetro e cubetas de 1cm

•

balança analítica

•

estufa (60°C)

•

banho de ultrassom

•

Freezer (-20ºC)

Soluções Acetona Ácido clorídrico 1M: em um balão volumétrico de 1 litro, adicionar 500 mL de água e adicionar cuidadosamente 82 mL de ácido clorídrico concentrado (~ 36 a 37%), completar com água destilada. Análise •

As amostras de sedimento coletadas serão armazenadas em frascos âmbar.

187

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho •

Pesar previamente os frascos de análise de clorofila (sem tampa). Para cada ponto de amostragem serão realizadas 3 réplicas.

•

Pesar 1 grama de sedimento úmido. Anotar a massa. Adicionar 10 mL de Acetona 90%. Agitar e deixar em repouso a 4oC durante a noite.

•

No dia seguinte centrifugar as amostras por 10 minutos a 2500 rpm. O branco de reagentes será acetona 90%. Após a centrifugação o sobrenadante deverá ser colocado em cubetas de quartzo com leituras no espectrofotômetro a 665 e 750 nm.

•

Após esta leitura é adicionado 200 L de ácido clorídrico (0,1M) diretamente nas cubetas. Aguarda-se 30 segundos e novamente é feita a leitura nos comprimentos de onda de 665 e 750 nm.

•

Os tubos contendo o sedimento úmido serão secos em estufa a 60oC por 36 hrs. Após este período os tubos serão pesados.

188

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Cálculos 𝐶𝑙𝑜𝑟𝑜𝑓𝑖𝑙𝑎(𝜇𝑔 𝑔−1 ) = 26,7[𝐴665𝑜 − 𝐴665𝑎 ]. [𝑣 + (𝑃𝑃𝑢 − 𝑃𝑃𝑠 )]. (𝐶𝑂. 𝑃𝑠 )−1 𝐹𝑒𝑜𝑝𝑖𝑔𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 (𝜇𝑔 𝑔−1 ) = 26,7[(1,7. 𝐴665𝑎 ) − 𝐴665𝑜 ]. [𝑣 + (𝑃𝑃𝑢 − 𝑃𝑃𝑠 )]. (𝐶𝑂. 𝑃𝑠 )−1

onde: 26,7 = constante de absorção da clorofila; 1,7 = razão entre 665o/665a na ausência de feopigmentos; A665o = [A665 – A750] A665a= [A665a – A750a] A665 = absorbância antes da acidificação; A665a = absorbância após a acidificação; A750 = absorbância antes da acidificação; A750a = absorbância após a acidificação;  = volume do extrato de acetona (10 mL) CO = percurso ótico da cubeta (1cm) PPu = peso (g) do tubo contendo o sedimento úmido PPs = peso (g) do tubo contendo sedimento seco Ps = peso (g) do sedimento seco

Referências: Danovaro, Roberto. 2009. Methods for the study of deep-sea sediments, their functioning and biodiversity. CRC Press. 458p

189

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Anotações:

190

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Anotações:

191

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho

5.9 Determinação da concentração de carbono orgânico dissolvido na água do mar Para a determinação de carbono orgânico dissolvido, a amostra de água do mar é filtrada, acidificada e sofre combustão no Analisador de Carbono Orgânico com detecção no infravermelho de CO2 formado.

Princípio do método

O carbono é quantificado com a utilização de um analisador de carbono. Este instrumento promove a oxidação do carbono presente na amostra aquosa, convertendo-o em dióxido de carbono (CO2) através de combustão. O CO2 produzido pode ser quantificado diretamente, ou após a redução, por espectroscopia de infravermelho. A quantidade de CO2 produzida na combustão é diretamente proporcional à concentração de carbono contido na amostra. Os analisadores de carbono são capazes de quantificar todas as formas de carbono em uma amostra.

Obs.: Carbonatos e bicarbonatos são formas inorgânicas de carbono e devem ser separados dos valores de carbono orgânico total. Dependendo do instrumento, esta separação pode ser conseguida por uma simples subtração matemática, ou pela remoção de carbonato e bicarbonato pela conversão dos mesmos em CO2 pela degaseificação da amostra antes da análise.

192

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho

Figura 11: Diagrama de funcionamento do equipamento de carbono orgânico.

Material •

Tubos de vidro de 15 mL

•

Kit de filtração

•

Filtro do tipo GF/F de 0,45 m de diâmetro de poro

•

Proveta de 10 mL

•

Analisador de carbono orgânico

Soluções Água Mili-Q.

193

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Ácido Fosfórico (H3PO4) 10%: em um balão de 100 mL adicionar 50 mL de água Mili-Q. Em seguida adicionar 10 mL de ácido fosfórico concentrado. Completar o volume com água Mili-Q. Padrão biftalato de potássio (hidrogenoftalato de potássio) (100 mg L-1): em um balão de 100 mL pesar 10 mg de biftalato de potássio. Completar com água Mili-Q. Procedimento Experimental Filtração e homogeneização da amostra Coletar a água do mar em um frasco âmbar de 4 litros. Filtrar uma parte da água e coletar aproximadamente 10 mL em frasco de 15 mL. Adicionar 1 mL de H3PO4 10%. Homogeneizar a amostra. Caso a amostra não seja lida logo de imediato, congela-la em freezer. Análise Solução intermediária de padrão biftalato de potássio (10 mg L-1) Pipetar 10 mL da solução padrão de biftalato de potássio (100 mg L-1) e diluir para 100 mL com água Mili-Q. Soluções diluídas A partir da solução intermediária, fazer as demais diluições conforme a Tabela 16. Obs.: para estas diluições deve ser utilizada água do mar sintética de salinidade 35 Tabela 14: diluições dos padrões de biftalato de potássio solução

concentração

diluída

volume solução

volume final

intermediária -1

(mg L )

194

(mL)

(mL)

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho 1

0

0

100

2

1

10

100

3

2

20

100

4

5

50

100

O procedimento para elaboração da curva é: Branco: água do mar sintética •

Diluição dos padrões da curva

•

Injeção no analisador de carbono orgânico dissolvido

Análise •

Após a etapa de preparo das amostras, as mesmas são injetadas no analisador para carbono orgânico dissolvido

Cálculos Curva analítica Com as medidas de absorbância dos padrões, descontado o valor do branco, construir uma curva de calibração e obter o fator F que relaciona a concentração com a absorbância. F = C / A onde: C = concentração A = absorbância Cálculo da concentração de carbono orgânico dissolvido na amostra

195

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho [COD] = F . A onde A = absorbância da amostra. Interferentes: Carbono na forma de carbonatos e bicarbonatos representa uma interferência na quantificação de COD e devem ser removidos ou descontados para os cálculos finais. Um das formas do carbono ser removido é através da acidificação da amostra e purga com um gás inerte. Este método é aplicável somente para amostras aquosas homogêneas, as quais poderão ser injetadas pelo sistema automático de injeção (ou seja, capaz de ser injetado por uma micro seringa). É aconselhável a filtração da amostra antes da colocar no analisador. A remoção do carbonato e bicarbonato pela acidificação e purga com N2, ou outro gás inerte, pode causar uma perda de substâncias orgânicas voláteis.

196

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Anotações:

197

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Anotações:

198

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho

5.10 Determinação de pigmentos fotossintéticos do fitoplâncton A quantificação da fração particulada viva no meio aquático é importante para o estudo e compreensão dos fenômenos ecológicos. Para tanto, uma estimativa da biomassa fitoplanctônica por via química, pela extração e determinação dos pigmentos fotossintéticos, tem se mostrado satisfatória, mais simples e rápida que os métodos baseados, por exemplo, nas contagens de células.

Princípio do método

Um volume conhecido de água do mar é filtrado através de um filtro, que pode ser de fibra de vidro tipo Milipore AP-40, Whatman, acetato de celulose ou policarbonato, onde as células fitoplânctônicas ficarão retidas. Os pigmentos são então extraídos em acetona 90%, no escuro e sob refrigeração, e a concentração é estimada através da absorbância do extrato determinada espectrofotometricamente.

Material •

Kit de filtração

•

Pinças

•

Potes herméticos com sílica gel

•

Tubos de centrífuga com tampa de 15 mL

•

Bastões de vidro

•

Espectrofotômetro

Soluções Acetona 90%: 900 mL de acetona em 100 mL de água destilada

199

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Ácido clorídrico 0,3M: em um balão volumétrico de 1 litro, adicionar 500 mL de água e adicionar cuidadosamente 24,5 mL de ácido clorídrico concentrado (~ 36 a 37%), completar com água destilada. Amostragem e estocagem Filtrar entre 0,5 a 10 litros de água do mar (ou até entupir o filtro, em caso de águas costeiras ou eutrofizadas) sob pressão negativa máxima de 0,5 atm. Secar rapidamente o filtro sob vácuo, dobrá-lo com o material voltado para a face interna e colocá-lo em um envelope identificando a amostra. Caso a análise não possa ser realizada de imediato, manter os filtros em dessecador a -20oC ou então em vials criogênicos identificados, em botijões de nitrogênio líquido. Análise •

Transferir o filtro para um tubo de centrífuga com o auxílio de uma pinça

•

Adicionar 10 a 12 mL de acetona 90%. Caso o filtro não seja solúvel, macerá-lo com um bastão de vidro para facilitar o contato da acetona com as células algais

•

Deixar no refrigerador por no mínimo 18 horas cobrindo os tubos com papel alumínio

•

Centrifugar as amostras a 2000 rpm por 15 minutos. Obs.: manter a amostra ao abrigo da luz e do calor durante todo o processo para evitar a degradação dos pigmentos.

•

Transferir o sobrenadante com pipeta pasteur para uma cubeta do espectrofotômetro

200

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho •

Proceder a leitura da absorbância da amostra nos seguintes comprimentos de onda: 750, 664 (ou 665), 647 (ou 645), 630, 510 e 480 nm. A cubeta de referência deve conter acetona 90%. Anotar as absorbâncias na planilha em anexo.

•

Acidificar a amostra com HCl 0,3M (se a análise estiver sendo feita em cubetas de 1 cm utilizar 2 gotas de HCl, se for em cubetas de 5 cm adicionar 3 gotas)

•

Repetir as leituras em 750 e 665 nm

•

Descartar a amostra em frasco apropriado e lavar a cubeta com acetona 90%

Cálculos A quantidade de pigmento na amostra de água original é obtida utilizando-se as equações abaixo: Método Tricromático (Jeffrey & Humphrey, 1975) Clorofila a (g mL-1) = (11,85 x A664) – (1,54 x A647) – (0,08 x A630) (1) Clorofila b (g mL-1) = (21,03 x A647) – (5,43 x A664) – (2,66 x A630) (2) Clorofila c (g mL-1) = (24,52 x A630) – (1,67 x A664) – (7,60 x A647) (3) onde: A= absorbância nos diferentes comprimentos de onda após a correção para a turbidez: as leituras de absorbância em 665, 645 e 630 nm devem ser corrigidas subtraindo-se delas o valor da absorbância obtido em 750 nm. Para a leitura em 510 nm subtrai-se 2x e para 480 nm subtrai-se 3x o valor obtido em 750 nm Para expressar estes resultados em termos do volume de água filtrada faz-se a seguinte correção: 𝐶𝑙𝑜𝑟𝑜𝑓𝑖𝑙𝑎(𝑚𝑔 𝑚−3 ) =

201

𝐶𝑥𝑣 𝑉𝑥𝐿

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Onde: C = concentração (g mL-1) dada pelas equações 1, 2 e 3 v = volume de acetona utilizada no extrato (mL) V = volume de água do mar filtrada (L) L = caminho óptico da cubeta (cm) Obs.: 1 mg m-3 = 1 g L-1

Método Monocromático (Lorenzen, 1967)

Clorofila a (mg m−3 ) =

Feopigmentos − a (mg m−3 ) =

26,7 𝑥 (𝐴665𝑜−𝐴665𝑎)𝑥 𝑣 𝑉𝑥𝐿

26,7 𝑥 [(1,7 𝑥 665𝑎) − 𝐴665𝑜] 𝑥 𝑣 𝑉𝑥𝐿

Onde: A665o = absorbância antes da acidificação, descontar o valor da turbidez (absorbância a 750 nm) A665a = absorbância após a acidificação, descontar o valor da turbidez (absorbância a 750 nm) v = volume de acetona no extrato (mL) V= volume de água filtrada (L) L = caminho óptico (cm)

Determinação de Carotenóides (Parsons et al., 1984)

Carotenóides (mg m−3 ) =

[7,6 𝑥 (𝐴480−1,49 𝑥 𝐴510)]𝑥 𝑣 𝑉𝑥𝐿

Onde: A480 = absorbância a 480 nm, descontar o valor da turbidez (absorbância a 750 nm) A510 = absorbância a 510 nm, descontar o valor da turbidez (absorbância a 750 nm) v = volume de acetona no extrato (mL) V= volume de água filtrada (L) L = caminho óptico (cm)

202

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho

Referências: Jeffrey, S.W. & Humphrey, G.F. 1975. New spectrophotometric equations for determining chlrophylls a, b, c1 and c2 in higher plants, algae and natural phytoplankton. Biochem. Physiol. Pflanzen (BPP), Bd., 167. 191-194. Lorenzen,

C.J.

1967.

Determination

of

chlorophyll

and

pheo-pigments:

spectrophotometric equations. Limnol. Oceanogr. 12(2): 343-345. Parsons, T.R., Maita, Y. & Lalli, C.M. 1984. “A Manual of Chemical and Biological Methods for Seawater Analysis”. Pergamon Press, Oxford, 173p. Saldanha-Correa, F.M.P., Gianesella, S.M.F. & Barrera-Alba, J.J. 2004. A comparison of the retention capability among three diferente glass-fiber filters used for chlorophyll determinations. Braz. J. Oceanography. 52(3/4): 245-249.

203

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Anexos:

204

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Anotações:

205

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Anotações:

206

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho

Capítulo 6: Outras técnicas

207

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho

6.1 Determinação da concentração de Ácidos Graxos na água do mar O método para determinação da concentração de ácidos graxos dissolvidos, baseiase na esterificação com metanol e ácido sulfúrico e a detecção via cromatografia à gás com detector de ionização de chama.

Princípio do método

Os compostos orgânicos são introduzidos no mar provenientes de diversas fontes, dentre elas podem ser citados os compostos originários de organismos, especificamente fito e zooplâncton marinho. A água do mar apresenta em média 1 mg L-1 de compostos orgânicos dissolvidos, sendo que a classe dos ácidos graxos contribuem com cerca de 3% nesse montante. Os organismos marinhos utilizam continuamente material orgânico, excretando posteriormente parte dos lipídeos na forma de ácidos graxos e/ou ésteres graxos.

Os ácidos graxos são os principais componentes dos lipídeos, podendo existir na forma livre ou esterificada. As variações no teor e tipo de ácidos graxos, presentes na coluna de água, estão associadas principalmente à atividade planctônica. O papel mais importante dos ácidos graxos na água do mar é como fonte de energia: a oxidação de 1 mol de ácido oleico (n-C18:1), por exemplo, fornece 3 vezes a quantidade de energia fornecida pela oxidação de 1 mol de glicose, e mais de 13 vezes a quantidade de energia fornecida pela oxidação de 1 mol de amônia.

208

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Material •

Frascos ambar de 4 Litros para coleta de agua do mar

•

Estrutura metálica para colocar a garrafa

•

Funil Grande de Plástico

•

Provetas de 1 L

•

Funis de separação de 3 L

•

Suporte Funis de separação

•

provetas de 50 e 10 mL

•

frascos ambar boca esmerilhada (~200 mL)

Soluções Diclorometano Ácido Clorídrico 50% Ácido triconsanóico 100 ng L-1 (padrão surrogate) Ácido sulfúrico 2% diluído em metanol n-hexano Solução saturada de cloreto de sódio Mix de ácidos graxos (C10, C12, C14, C16, C18, C20, C22, C24, C26, C28 e C30): com este mix de concentração 100 ng L-1 construir a curva analítica Padrões para Curva analítica A partir da solução mix (100 ng L-1), fazer as demais diluições conforme a Tabela 17.

209

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Tabela 15: diluições dos padrões de ácidos graxos solução

concentração

diluída (ng L-1)

volume solução

volume final

intermediária (L) (L)

1

5

25

500

2

10

50

500

3

20

100

500

4

30

150

500

Durante a diluição dos padrões adicionar 25 L do padrão surrogate (100 ng L1

) em cada diluição. O procedimento para elaboração da curva é: •

Transferir cada diluição dos padrões de ácidos graxos para um tubo de vidro para a execução da metilação

•

Adicionar 5 mL do ácido sulfúrico 2% e 3 mL de n-hexano. Obs.: um branco de reagentes também deverá ser feito

•

Colocar em banho maria a 50oC por 30 minutos.

•

Resfriar o frasco e transferir a solução para balão volumétrico de 125 mL.

•

Adicionar 40 mL de solução saturada de cloreto de sódio. Agitar por 1 minuto.

•

Conectar um tubo graduado ao balão e adiciona-se água destilada até o n-hexano atingir a parte graduada do tubo.

•

Todos os ésteres metílicos formados encontram-se dissolvidos no n-hexano. Transfere-se a fração n-hexânica para um frasco calibrado e concentra-se a 0,5 mL.

•

Injeta-se 100 μL no cromatógrafo à gás com detector de ionização de chama (FID).

210

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Extração das amostras Extrair 2 litros de amostra de água do mar com 30 mL de diclorometano (DCM). Agitar vigorosamente por 5 minutos. Separar a parte inferior e guardar o extrato em frasco âmbar com tampa esmerilhada. Em seguida, acidular a fase aquosa com 5 mL de HCl a 50% em volume e adicionar 30 mL de DCM, extrair novamente. Separar a fase orgânica e juntar ao extrato anterior no frasco com tampa esmerilhada. Adicionar 30 mL de DCM a fase aquosa e extrair pela última vez. Armazenar o frasco na geladeira.

Figura 12: Funil de separação para extração de ácidos graxos da água do mar

Análise •

Adicionar Na2SO4 ao extrato do frasco âmbar, até que os grãos do sal fiquem soltos na solução.

•

O sobrenadante deve ser transferido para um balão volumétrico de 125 ml.

•

Adicionar 25μl do padrão surrogate (ácido tricosanóico – 100 ng L-1).

211

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho •

Concentrar a 1 mL e transferir para um frasco de metilação.

•

Adicionar 5 mL de H2SO4 2% e 3 mL de n-hexano. Obs.: um branco de reagentes também deverá ser feito.

•

Colocar em banho maria a 50oC por 30 minutos.

•

Resfriar o frasco e transferir a solução para balão volumétrico de 125 mL

•

Adicionar 40 mL de solução saturada de cloreto de sódio e agitar por 1 minuto.

•

Conectar um tubo graduado ao balão e adicionar água destilada até o nhexano atingir a parte graduada do tubo. Todos os ésteres metílicos formados encontram-se dissolvidos no n-hexano.

•

Transfere-se a fração n-hexânica para um frasco calibrado e concentra-se a 0,5 mL.

•

Injeta-se 100 μL no cromatógrafo à gás com detector de ionização de chama (FID).

Cálculos A determinação das quantidades dos componentes das amostras envolve a conversão do cromatograma em informação quantitativa. Neste caso, é utilizada a área dos picos para quantificar as amostras, que é baseada no processo de aproximação geométrica (triangulação). Curva Analítica É construída baseando-se na área do mix de padrões de ácidos graxos e do padrão surrogate (ácido tricosanóico). Essa área é determinada utilizando-se o software do equipamento GC-FID Agilent 6890 series.

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Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho

Figura 13: Funil de separação para extração de ácidos graxos da água do mar

Amostras A partir da curva analítica calcula-se a área e as concentrações das amostras de ácidos graxos.

Referências: Montone, R. C.; Weber, R. R.; Gaeta, S. A. 1990. Variação sazonal (verão-inverno) de ácidos graxos na água do mar do Boqueirão, Ilha Anchieta, Ubatuba, SP (Lat. 23o31'S Long. 45o05'W). Anais da Academia Brasileira de Ciências, Rio de Janeiro, 1: 84-111.

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Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Anotações:

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Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Anotações:

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Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho

6.2 Determinação da concentração de Hidrocarbonetos Policíclicos Aromáticos em água do mar O método para determinação da concentração de hidrocarbonetos policíclicos aromáticos em água do mar é baseado na extração com um solvente orgânico e posterior leitura em um espectrofluorímetro.

Princípio do método

Alguns compostos dissolvidos em água quando irradiados por uma fonte de energia luminosa podem reemitir esta energia na forma de fluorescência. O método mais utilizado para a determinação de hidrocarbonetos de petróleo dissolvidos e/ou dispersos (HPDDs) em água do mar é baseado na fluorescência ultravioleta (FUV) e na similaridade entre o espectro de excitação e emissão de compostos orgânicos não polares extraídos da água do mar e aqueles presentes na maioria dos petróleos e óleos refinados (Ehrhardt, 1983). O uso do método de fluorescência tem mostrado bons resultados nas regiões vizinhas de derrames de óleo, apresentando custo relativamente baixo quando comparado às demais técnicas e conduzindo a resultados expressivos, mesmo em baixas concentrações (Ehrhardt & Knap, 1989).

Material •

Frascos ambar de 4 Litros para coleta de agua do mar

•

Proveta de 50 mL

•

Funil de separação

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Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Soluções n-hexano Água Mili-Q extraída com n-hexano

Figura 14: Extração de hidrocarbonetos policíclicos aromáticos em água do mar

Padrões para Curva analítica

Para se fazer a quantificação, é feita uma curva de calibração com padrão de óleo cru intemperizado, e assim pode-se avaliar a concentração total de hidrocarbonetos aromáticos do petróleo nas amostras. Um dos processos de intemperização artificial é a destilação, onde os constituintes de baixo ponto de ebulição são removidos para simular perdas similares aos de um óleo derramado. O petróleo utilizado é o óleo Carmópolis, obtido no DTCS, sendo um óleo de circulação na região. Esse óleo foi destilado a 110°C, para deixá-lo em condições semelhantes a um óleo intemperizado. Os resultados são

217

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho expressos em µg L-1 de equivalentes do óleo Carmópolis. A curva de calibração é feita numa faixa entre 0,1 a 10,0 µg L-1 de equivalentes do óleo Carmópolis. As amostras que apresentam leitura fora da faixa de calibração são diluídas para que as leituras fiquem dentro da reta de proporcionalidade. A partir do óleo Carmópolis (100 µg L-1), fazer as demais diluições conforme a Tabela 18. Tabela 16: diluições dos padrões solução

concentração

diluída

volume solução

volume final

intermediária (L) (µg L-1)

(mL)

1

0,1

10

10

2

0,5

50

10

3

1,0

100

10

4

2,0

200

10

5

5,0

500

10

6

7,5

750

10

7

10,0

1000

10

O procedimento para elaboração da curva é: •

Transferir o volume necessário do óleo carmopolis (de acordo com a tabela 15) para balões volumétricos de 10 mL e completar com n-hexano.

•

Fazer a leitura em espectrofluorímetro (excitação = 310 nm, (emissão = 360 nm)

•

Anotar o valor da fluorescência emitida.

218

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Amostragem e extração das amostras As amostras de água são coletadas em frascos de vidro âmbar de 4 L, acoplado a um suporte de aço-inox, a 1 m da superfície. Após a coleta adicionar 30 mL de n-hexano no frasco contendo a água do mar e agitar durante 5 minutos. Conectar um funil com haste longa e acoplada a um funil de separação (Figura 14). Adicionar pelo funil água mili-Q, pré-extraída com n-hexano, até que toda a fase orgânica passe para o funil de separação. O extrato contido no funil de separação deve ser transferido para frasco com tampa esmerilhada e mantido a -15oC até a análise. Análise •

Adicionar Na2SO4 ao extrato do frasco âmbar, até que os grãos do sal fiquem soltos na solução.

•

O sobrenadante deve ser transferido para um balão volumétrico de 125 ml e concentrado até 10 mL.

•

Fazer a leitura em espectrofluorímetro (excitação = 310 nm, (emissão = 360 nm)

Cálculos Com as medidas de fluorescência dos padrões, descontado o valor do branco, construir uma curva de calibração e obter o fator F que relaciona a concentração com a fluorescência. F = C / A onde: C = concentração A = fluorescência

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Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho

Cálculo da concentração de hidrocarbonetos policíclicos aromáticos [HPAs Totais] = F . A onde A = fluorescência da amostra. Interferentes: As amostras podem ser contaminadas durante a coleta e/ou processamento das mesmas, através do manuseio indevido do material utilizado ou mesmo pelo ar (aromáticos provenientes de fumaças de cigarros, combustão incompleta de combustíveis e/ou matéria orgânica). Todos os cuidados devem ser tomados para evitar qualquer contaminação e brancos são realizados durante as coletas.

A amostragem deve ser realizada na proa, logo após a chegada da embarcação ao local da amostragem, para que não haja contaminação do óleo proveniente do próprio barco ou navio.

Referências: Ehrhardt, M. 1983. Determination of dissolved/dispersed hydrocarbons In: Grasshoff, K.; Ehrhardt, M. & Kremling, K. 2nd ed. Methods of seawater analysis. Weinhem, Verlag Chemie, p.281-290. Ehrhardt, M. & Knap, A. 1989. A direct comparison of UV fluorescence and GC/MS data of lipophilic open-ocean seawater extracts. Mar. Chem., 26:179-188.

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Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho

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Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Anotações:

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Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Anotações:

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6.3 Determinação de metais em sedimento marinho O método para determinação da concentração de metais em sedimento marinho é baseado na digestão parcial da amostra de sedimento com ácido e posterior determinação por Espectrometria de Emissão Atômica por Plasma Acoplado Indutivamente. Os níveis de Cobre, Chumbo, Zinco e Escândio em sedimentos marinhos são então determinados. Princípio do método

Alguns

Material •

Frascos tipo falcon 50 mL

•

Béquer 200 mL

•

Termômetro (125 oC)

•

Papel de filtro

•

Balança Analítica (0,01 g)

•

Chapa de Aquecimento (90 – 95oC)

•

Funil

•

Frascos volumétricos – 100 mL

•

ICP-OES

Soluções •

Agua Mili-Q

•

HNO3 PA

•

HCl PA

•

H2O2 30%

224

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho

Figura 15: ICP-OES para análises de metais

Coleta, preservação e extração das amostras Todas as coletas são realizadas utilizando pegador de fundo do tipo Petersen modificado. Armazenar em recipientes de plástico ou vidro. E manter sobre refrigeração até o momento da análise em laboratório. Secar as amostras em estufa ou liofilizador. Após a secagem, as amostras são homogeneizadas e pesadas em tubos do tipo falcon. Aproximadamente 2 gramas são pesadas em béquer. Adiciona-se 10 mL de HNO3 (1:1), mantém-se aquecido a 95oC, em chapa de aquecimento, por 5 a 7 minutos sem que a solução entre em ebulição. Retire a amostra da chapa e deixei esfriar, após o resfriamento adicionar 5 mL de HNO3 concentrado e manter em chapa de aquecimento por 15 minutos. Se fumos marrons

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Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho começarem a se formar adicionar mais 5 mL de HNO3 concentrado se os fumos continuarem persistindo repetir esta adição até o completo desaparecimento dos fumos marrons. Manter em aquecimento até que a solução atinja o volume de 5 mL (aproximadamente 45 minutos). Retira a amostra da chapa e resfrie a amostra. Após o resfriamento adicione 2 mL de agua mili-Q e 3 mL de H2O2 30% cubra com vidro de relógio proceda novamente o aquecimento em chapa por aproximadamente 60 minutos. Continuar adicionando cuidadosamente incrementos de H2O2 até o volume máximo de 10 mL. Adicione 5 mL de HCl concentrado e mantenha em aquecimento por 7 minutos. Resfrie as amostras e filtre diretamente em frascos Falcon de 50 mL completando o volume com agua mili-Q. Análise Programar o ICP-OES para determinação dos seguintes metais: Cu, Pb, Zn e Sc. Fazer a leitura das amostras, utilizando de curvas analíticas para o calculo da concentração dos metais. Controle de Qualidade Branco Material de referência: SS1 e SS2. Cálculos As concentrações determinadas são baseadas no peso das amostras.

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Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho

sendo: [E] : concentração do elemento de interesse, em mg/kg; Vp : valor encontrado no plasma, em mg/L; Vf : volume final, em mL; Fd : fator de diluição; m : massa, em g. Interpretação dos Resultados - plotar os dados em função dos pontos de coleta; - comparar os resultados obtidos com a Resolução CONAMA 454; - normalizar os resultados pelo Sc; - calcular o fator de enriquecimento. Utilizar os valores obtidos conforme artigo de Mahiques et al., 2009 (BRAZILIAN JOURNAL OF OCEANOGRAPHY, 57(4):325-337, 2009). Interferentes: As amostras contendo lodo podem conter diversos tipos de matrizes. Um rígido controle analítico baseado no Método 3050B deve ser adotado para diminuir este tipo de interferência.

227

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Referências: 1. Rohrbough, W.G.; et al. Reagent Chemicals, American Chemical Society Specifications, 7th ed.; American Chemical Society: Washington, DC, 1986. 2. 1985 Annual Book of ASTM Standards, Vol. 11.01; "Standard Specification for Reagent Water"; ASTM: Philadelphia, PA, 1985; D1193-77. 3. Edgell, K.; USEPA Method Study 37 - SW-846 Method 3050 Acid Digestion of Sediments, Sludges, and Soils. EPA Contract No. 68-03-3254, November 1988. 4. Kimbrough, David E., and Wakakuwa, Janice R. Acid Digestion for Sediments, Sludges, Soils, and Solid Wastes. A Proposed Alternative to EPA SW 846 Method 3050, Environmental Science and Technology, Vol. 23, Page 898, July 1989. 5. Kimbrough, David E., and Wakakuwa, Janice R. Report of an Interlaboratory Study Comparing EPA SW 846 Method 3050 and an Alternative Method from the California Department of Health Services, Fifth Annual Waste Testing and Quality Assurance Symposium, Volume I, July 1989. Reprinted in Solid Waste Testing and Quality Assurance: Third Volume, ASTM STP 1075, Page 231, C.E. Tatsch, Ed., American Society for Testing and Materials, Philadelphia, 1991. 6. Kimbrough, David E., and Wakakuwa, Janice R. A Study of the Linear Ranges of Several Acid Digestion Procedures, Environmental Science and Technology, Vol. 26, Page 173, January 1992. Presented Sixth Annual Waste Testing and Quality Assurance Symposium, July 1990. 7. Kimbrough, David E., and Wakakuwa, Janice R. A Study of the Linear Ranges of Several Acid Digestion Procedures, Sixth Annual Waste Testing and Quality Assurance Symposium, Reprinted in Solid Waste Testing and Quality Assurance: Fourth Volume, ASTM STP 1076, Ed., American Society for Testing and Materials, Philadelphia, 1992.

228

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho 8. NIST published leachable concentrations. Found in addendum to certificate of analysis for SRMs 2709, 2710, 2711 - August 23, 1993. 9. Kingston, H.M. Haswell, S.J. ed., Microwave Enhanced Chemistry, Professional Reference Book Series, American Chemical Society, Washington, D.C., Chapter 3, 1997.

229

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Anotações:

230

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Anotações:

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Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho

6.4 Comportamento conservativo de metais no em águas de ambiente estuarino Determinar o comportamento conservativo de metais em amostras de águas coletadas em ambiente estuarino.

Princípio do método

O processo de mistura estuarina pode variar bastante em diferentes sistemas, resultando em um sistema que pode ser altamente ou fracamente estratificado/misturado. Os processos de mistura e força iônica afetam as concentrações de material particulado e dissolvido por meio dos da sorção/ desorção, precipitação e atividade biológica. A reatividade de um constituinte particular em um sistema estuarino é tradicionalmente interpretado graficamente pela concentração do elemento versus a salinidade

Material •

Frascos tipo falcon 50 mL

•

Refratômetro

•

Salinômetro

•

ICP - OES

Soluções •

Agua Mili-Q

•

HNO3 PA

232

Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Coleta, preservação e extração das amostras Todas as coletas são realizadas utilizando garrafas. Armazenar em recipientes de plástico ou vidro. E manter sobre refrigeração até o momento da análise em laboratório. Filtrar as amostras e no filtrado adicionar algumas gotas de HNO3 concentrado. Diluir as amostras de água em 1/3 da concentração inicial utilizando-se dos frascos Falcon (3 mL de amostra + 9 mL de água Mili-Q). Análise Programar o ICP-OES para determinação dos seguintes metais: B, Ba, Li e Fe. Fazer a leitura das amostras, utilizando de curvas analíticas para o calculo da concentração dos metais. Fazer a leitura das amostras em triplicata. Controle de Qualidade Branco Injeção de um ponto da curva analítica a cada 10 amostras. Cálculos As concentrações determinadas são baseadas no peso das amostras.

sendo:

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Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho [E] : concentração do elemento de interesse, em mg/kg; Vp : valor encontrado no plasma, em mg/L; Vf : volume final, em mL; Fd : fator de diluição; m : massa, em g. Análise da salinidade Utilizando o protocolo de análise da salinidade de água do mar, calcular a salinidade das amostras. Uma outra forma que a salinidade pode ser determinada é com a utilização de um refratômetro. Interpretação dos dados Plotar os resultados da concentração de metais nas amostras de água pela salinidade. Referências: 1. Rohrbough, W.G.; et al. Reagent Chemicals, American Chemical Society Specifications, 7th ed.; American Chemical Society: Washington, DC, 1986. 2. 1985 Annual Book of ASTM Standards, Vol. 11.01; "Standard Specification for Reagent Water"; ASTM: Philadelphia, PA, 1985; D1193-77.

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Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Anotações:

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Métodos de Análises da Água do Mar e Sedimento Marinho Anotações:

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