Study of parameters in the measurement of Cr in environmental samples by LIBS

Nos últimos anos, a Espectrometria de Emissão Atômica com Plasma induzido por Laser (LIBS) vem despertando grande interesse e pesquisas voltadas às aplicações analíticas dessa técnica tem aumentado significativamente. No entanto, sua aplicação na análise de amostras líquidas não é trivial, podendo haver comprometimento na sensibilidade e na precisão do método. Além disso, a análise quantitativa é considerada o \"calcanhar de Aquiles\" da técnica, especialmente devido à falta de materiais de referência certificados e à forte interferência de matriz. Nesse contexto, com a intenção de viabilizar a análise de matrizes líquidas por LIBS, esse trabalho propõe o uso de cerâmica como fase sólida para extração, pré-concentração e especiação de Cr em amostras de água. Foi realizado também um estudo de otimização dos parâmetros instrumentais do LIBS para o desenvolvimento de um método de medição de Cr na fase sólida, empregando cerâmica enriquecida com concentrações crescentes desse analito como material calibrante sintético. Os resultados obtidos mostraram que a cerâmica adsorve seletivamente a espécie Cr(III) em pH 7, sendo este um processo rápido, de baixo custo, cuja eficiência é pouco afetada pela presença de outros eletrólitos. Os estudos relacionados à otimização dos parâmetros instrumentais do LIBS indicaram que um diâmetro de focalização de 65 µm, um tempo de atraso de 0,75 µs, a energia por pulso de 20 mJ, uma taxa de repetição de 10 Hz e um número de pulsos igual a 403 podem ser recomendados para a quantificação de Cr no material cerâmico. Nessas condições, obteve-se uma curva de calibração analítica que possibilitou a medição Cr adsorvido em cerâmica. Uma amostra de água de torneira foi então enriquecida com 0,9 mg L-1 de Cr(III) e 0,9 mg L-1 de Cr(VI) para que um teste de recuperação fosse realizado com a finalidade de se verificar a aplicabilidade do método proposto, foi possível constatar a adsorção seletiva da espécie Cr(III), com recuperação de 105±2%. A quantificação da espécie Cr(VI) por LIBS também é possível após a redução dessa espécie a Cr(III) utilizando Fe(II) como agente redutor. Os limites de detecção (LOD) e quantificação (LOQ) estimados para o método foram respectivamente 21 mg kg-1 e 70 mg kg-1, equivalentes a 0,1 mg L-1 e 0,35 mg L-1, considerando-se o coeficiente de pré-concentração igual a 200 (m/m).In recent years, Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) has deserved attention of scientific community and researches using this technique have increased significantly. However, its application in the analysis of liquid samples is not trivial, because the sensitivity and accuracy of the method can be affected. In addition the quantitative analysis is considered the \"Achilles\' heel\" of the technique, especially due to the lack of certified reference materials and to the strong interference matrix. To enable the analysis of liquid matrices by LIBS, this work proposes the use of ceramic as solid phase in the extraction, preconcentration and speciation of Cr in water samples. LIBS instrumental parameters were also optimized to allow the measurement of Cr in this solid phase, for the development of a method for measuring the analyte in the solid phase, which was also used as synthetic calibrating material by the addition of increasing concentrations of the analyte. Results showed the ceramic selectively adsorbs Cr(III) species at pH 7, which is a low cost and rapid process, whose efficiency is not significantly affected by the presence of other electrolytes. Studies related to the optimization of LIBS instrumental parameters indicated that spot size of 65 µm, delay time of 0,75 µs , energy per pulse of 20 mJ, repetition rate of 10 Hz and a number of pulses equal to 403 can be recommended for the quantification of Cr the ceramic material. Under these conditions, it was obtained an analytical calibration curve which allowed a Cr measurement in ceramics. A tap water sample was enriched with 0.9 mg L-1 of Cr(III) and 0.9 mg L-1 of Cr (VI) and a recovery test was done in order to verify the applicability of the proposed method. It was observed the selective adsorption of the Cr(III) species, with recovery of 105 ± 2 %. The quantification of Cr(VI) species by LIBS was also possible, after reduction of this species to Cr(III) using Fe(II) as reducing agent. The limit of detection (LOD) and the limit of quantification (LOQ) obtained by the proposed method were respectively, 21 mg kg-1 and 70 mg kg-1, equivalent to 0.1 mg L-1 and 0.35 mg L-1, considering the preconcentration coefficient of 200 (on a w/w basis)