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PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO GRANDE DO SUL
PRÓ-REITORIA DE PESQUISA E PÓS-GRADUAÇÃO
FACULDADES DE ENGENHARIA, FÍSICA E QUÍMICA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA
E TECNOLOGIA DE MATERIAIS
AVALIAÇÃO DE MÉTODOS ALTERNATIVOS UTILIZANDO O CORANTE
LISSAMINA GREEN B (C.I. 44090) PARA A DETERMINAÇÃO DE DIÓXIDO DE
CLORO EM PROCESSOS DE TRATAMENTO DE ÁGUA
ALINE DE OLIVEIRA MARTINS
QUÍMICA INDUSTRIAL
PORTO ALEGRE, MARÇO DE 2007
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PUCRS
PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO GRANDE DO SUL
PRÓ-REITORIA DE PESQUISA E PÓS-GRADUAÇÃO
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Faculdade de Engenharia
Faculdade de Física
Faculdade de Química
PGETEMA
AVALIAÇÃO DE MÉTODOS ALTERNATIVOS UTILIZANDO O
CORANTE LISSAMINA GREEN B (C.I. 44090) PARA A
DETERMINAÇÃO DE DIÓXIDO DE CLORO EM PROCESSOS DE
TRATAMENTO DE ÁGUA
ALINE DE OLIVEIRA MARTINS
QUÍMICA INDUSTRIAL
DISSERTAÇÃO PARA A OBTENÇÃO DO TÍTULO DE MESTRE EM
ENGENHARIA E TECNOLOGIA DE MATERIAIS.
PORTO ALEGRE, MARÇO DE 2007
ads:
PUCRS
PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO GRANDE DO SUL
PRÓ-REITORIA DE PESQUISA E PÓS-GRADUAÇÃO
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Faculdade de Engenharia
Faculdade de Física
Faculdade de Química
PGETEMA
AVALIAÇÃO DE MÉTODOS ALTERNATIVOS UTILIZANDO O
CORANTE LISSAMINA GREEN B (C.I. 44090) PARA A
DETERMINAÇÃO DE DIÓXIDO DE CLORO EM PROCESSOS DE
TRATAMENTO DE ÁGUA
ALINE DE OLIVEIRA MARTINS
QUÍMICA INDUSTRIAL
ORIENTADOR: PROF. DR. MARÇAL JOSÉ RODRIGUES PIRES
CO-ORIENTADORA: PROF
a
. DR
a
. CARLA MARIA NUNES AZEVEDO
Trabalho realizado no Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Tecnologia dos
Materiais – PGETEMA, como parte dos requisitos para a obtenção do título de Mestre em
Engenharia e Tecnologia de Materiais.
PORTO ALEGRE, MARÇO DE 2007
AVALIAÇÃO DE MÉTODOS ALTERNATIVOS UTILIZANDO O
CORANTE LISSAMINA GREEN B (C.I. 44090) PARA A
DETERMINAÇÃO DE DIÓXIDO DE CLORO EM PROCESSOS DE
TRATAMENTO DE ÁGUA
CANDIDATA: ALINE DE OLIVEIRA MARTINS
Esta dissertação foi julgada para obtenção do título de MESTRE EM ENGENHARIA E
TECNOLOGIA DE MATERIAS e aprovada em sua forma final pelo Programa de Pós –
Graduação em Engenharia da Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul.
ORIENTADOR: Prof. Dr. MARÇAL JOSÉ RODRIGUES PIRES
Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Tecnologia de Materiais
Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul
CO-ORIENTADOR: Profª. Drª.CARLA MARIA NUNES AZEVEDO
Faculdade de Química
Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul
BANCA EXAMINADORA
Prof. Dr. ÊNIO LEANDRO MACHADO
Departamento de Química e Física
Universidade de Santa Cruz do Sul
Profª. Drª. NARA REGINA SOUZA BASSO
Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Tecnologia de Materiais
Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul
AGRADECIMENTOS
Aos meus orientadores, Professores Marçal José Rodrigues Pires e Carla
Maria Nunes Azevedo pela dedicação e oportunidade do desenvolvimento da
pesquisa.
À OZ Engenharia pelo apoio financeiro.
Ao Departamento de Águas e Esgoto de Porto Alegre (DMAE), em
especial aos Químicos Renato Rossi e Ilo Garcia, pelo fornecimento das soluções de
dióxido de cloro utilizadas para o desenvolvimento deste projeto de pesquisa.
Ao André, pelo amor, carinho, companheirismo e principalmente
compreensão dedicada durante estes anos, em especial nestes últimos meses.
À minha mãe, pelo apoio e incentivo demonstrado durante toda a minha
vida.
Aos meus colegas de laboratório, em especial ao bolsista de iniciação
científica, Alexandre Paprocki, pelo apoio e companheirismo dedicado.
RESUMO
Atualmente é crescente o uso de desinfetantes alternativos ao cloro no tratamento de
águas devido à geração de subprodutos indesejáveis, como os trihalometanos e os ácidos
haloacéticos no processo de desinfecção convencional. O dióxido de cloro (ClO
2
) vem se
destacando nos últimos anos como desinfetante auxiliar nas estações de tratamento de água
(ETAs) devido as suas características químicas e de sua geração in situ. Entretanto, o uso
desse desinfetante pode gerar subprodutos dentre os quais se destaca o íon clorito (ClO
2
-
),
potencialmente prejudicial à saúde humana, possuindo limite máximo de tolerância de 0,2 mg
L
-1
estabelecido pela legislação brasileira. Neste contexto, é importante a avaliação e o
aprimoramento de técnicas analíticas sensíveis, precisas e adaptadas à complexidade de
diferentes amostras. Recentemente, o método EPA 327.0 foi proposto especificamente para
análise de ClO
2
e ClO
2
-
em águas tratadas. Esse método espectrofotométrico utiliza uma
solução colorida (λ
max
= 633 nm) contendo Horseradish Peroxidase, enzima que catalisa a
reação de conversão do íon clorito em dióxido de cloro, e o corante Lissamine Green B que
reage rapidamente e seletivamente com o ClO
2
reduzindo proporcionalmente a absorção da
solução na região do visível. A quantificação do ClO
2
é feita por calibração externa e a
concentração do clorito é obtida por diferença, através da análise de uma segunda alíquota na
qual o dióxido de cloro é previamente retirado por borbulhamento com um gás inerte. Neste
contexto, os objetivos desse trabalho são implantar o método EPA 327.0 para análise de
dióxido de cloro e do íon clorito ao longo do processo de tratamento, bem como otimizá-lo
para análises de ClO
2
em soluções concentradas e como contaminante em soluções padrão do
íon clorito. Os resultados obtidos indicaram que o método EPA 327.0 é adequado para a
análise de ClO
2
em água potável, porém não se verificou sua presença nesse tipo de amostras.
Por outro lado, o método não é satisfatório para a determinação do íon clorito nessas amostras
apresentando um limite de quantificação elevado (0,2 mg L
-1
). Não é recomendada a
utilização desse método para o acompanhamento das concentrações dos analitos durante o
processo de tratamento devido à variabilidade nas características (cor, turbidez, sólidos
dissolvidos, entre outras) da água gerando artefatos na análise espectrofotométrica que não
podem ser corrigidos por procedimentos usuais. Em função dessas limitações, o método foi
otimizado com a eliminação da enzima e com modificações nos procedimentos de análise
(concentração do corante, adoção de medida volumétrica e mudança na ordem da adição de
reagentes e amostras, diluições, tempo de reação, caminho óptico, entre outros). Com as
III
alterações propostas foi possível quantificar o dióxido de cloro tanto em elevadas
concentrações (> 100 mg L
-1
) bem como sua presença como contaminante (< 4,5 mg L
-1
) em
soluções concentradas (1000 mg L
-1
) do íon clorito. Assim, desenvolveu-se um método
preciso e rápido que permite adequar parâmetros analíticos como concentração dos reagentes,
volume de amostra e tempo de reação, possibilitando a análise de dióxido de cloro em
diferentes matrizes.
ABSTRACT
At present the use of alternative disinfectants to chlorine in the water treatment is
increasing due to the generation of the undesirable disinfection by-products, as
trihalomethanes and haloacetic acids in conventional treatment. The chlorine dioxide (ClO
2
)
has been detached in the last years as disinfecting assistant in the drinking water treatment
plants (WTPs) due to its chemical characteristics and the possibility of being generated in situ.
However, the use of this disinfectant could generated by-products among then chlorite ion
(ClO
2
-
) considered potentially harmful to the human health, owning maximum level of
tolerance of 0.20 mg L
-1
determined by the Brazilian standards. In this context, it is important
the evaluation and the improvement of the precise and sensitive analytical techniques adapted
to the complexity of the different samples. Recently, the EPA method 327.0 was proposed
specifically for determination of chlorine dioxide and chlorite in treated waters. This
spectrophotometric method uses a colored solution (λ
max
= 633 nm) of Horseradish
Peroxidase, an enzyme that catalyses the conversion reaction of chlorite to chlorine dioxide,
and the dye Lissamine Green B which quickly and selectively reacts with ClO
2
proportionally
reducing the solution absorbance in the visible region. The quantification of the ClO
2
is done
by external calibration and the chlorite concentration is obtained by difference, by the analysis
of a second sample aliquot from which chlorine dioxide was previously sparged using an inert
gas. In this context, the aims of this works are the EPA 327.0 method implementation to
analyses chlorine dioxide and chlorite through the water treatment plant and the finished
drinking water, as well as the method optimization to analysis ClO
2
concentrated solutions
(generated in WTPs) and its presence as contaminant on standard chlorite solutions. The
obtained results indicated that EPA method 327.0 is adequate to ClO
2
analysis in drinking
waters, but the presence of this compounds was not observed in these kinds of samples. On
the other hand, the method is not satisfactory to chlorite determination in these samples
presenting a high quantification limit (0.20 mg L
-1
). It is not recommended the use of the
method to following the treatment processes due to the water characteristics (color, turbidity,
dissolved solid and among others) that influences the spectrometric analyses and could not be
eliminated by usual procedures. In function of theses limitations, the method was optimized
by the enzyme elimination and several modifications on analysis procedures (dye
concentration, change order and volumetric measurements of the reagents and samples,
dilutions, reaction time, optical path, among others). With these changes was possible to
V
quantify adequately high ClO
2
concentration (>100 mg L
-1
) as well as the presence of this
compound as contaminant (< 1 mg L
-1
) of the concentrated chlorite solutions (1,000 mg L
-1
).
Then, it developed a method precise and quickly that permit to adapt analytic parameters as
concentration of the reagents, volume of sample and time of reaction, it enables the chlorine
dioxide analysis in different matrices.
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2.1 Objetivo Geral ..................................................................................................... 16
2.2 Objetivos Específicos........................................................................................... 16
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3.1 Tratamento de água ............................................................................................ 17
3.1.1 Tratamento Convencional................................................................................. 17
3.1.2 Tratamentos Alternativos .................................................................................. 19
3.2 Dióxido de Cloro.................................................................................................. 20
3.2.1 Processos de Geração do Dióxido de Cloro...................................................... 22
3.2.2 Métodos de Análise de Dióxido de Cloro.......................................................... 24
3.2.2.1 Método Iodométrico ........................................................................................... 26
3.2.2.2 Método DPD....................................................................................................... 26
3.2.2.3 Método EPA 327.0.............................................................................................. 28
3.2.2.3.1 Lissamina Green B.......................................................................................... 31
3.2.2.3.2 Horseradish Peroxidase................................................................................... 32
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4.1 Materiais e Reagentes.......................................................................................... 34
4.2 Preparação e padronização de Soluções............................................................ 36
4.2.1 Adaptação dos métodos de padronização das soluções de dióxido de cloro.... 37
VII
4.2.1.1 Método Iodométrico ........................................................................................... 37
4.2.1.2 Método Espectrofotométrico .............................................................................. 39
4.3 Implantação do Método EPA 327.0 ................................................................... 39
4.3.2 Procedimentos de Análise do Método EPA 327.0. ........................................... 41
4.3.3 Curva de Calibração para Determinação de Dióxido de Cloro e Clorito........ 42
4.3.4 Determinação de Clorito e Dióxido de Cloro Total em Amostras de Águas
Reais .............................................................................................................................42
4.3.5 Determinação de Clorito em Amostras de Águas Reais................................... 42
4.3.6 Coleta de Amostras Reais em Estações de Tratamento de Água..................... 44
4.3.7 Análises das Amostras Reais ClO
2
e ClO
2
-
do Processo de Tratamento de
Água............................................................................................................................... 45
4.3.7.1 Determinação de ClO
2
em Soluções Concentradas de Clorito.......................... 45
4.4 Otimização do Método para Dióxido de Cloro................................................. 46
4.4.1 Preparo de Soluções .......................................................................................... 46
4.4.2 Curva de Calibração do Método ....................................................................... 46
4.4.3 Análise de Amostras Reais ................................................................................ 48
4.4.3.1 Determinação da Demanda de ClO
2
.................................................................. 49
4.4.4 Modificações dos Procedimentos de Análise no Método LGB........................ 50
4.4.4.1 Procedimento 1: LGB......................................................................................... 50
4.4.4.2 Procedimento 2: Modificação da Ordem de Adição das Alíquotas................... 51
4.4.4.3 Procedimento 3: Novo Reagente LGB (1:1)....................................................... 51
4.4.4.4 Procedimento 4: Verificação da Ordem de Adição das Alíquotas – Reagente
LGB (1:1)........................................................................................................................ 52
4.4.4.5 Procedimento 5: Adição Volumétrica dos Reagentes – Reagente LGB (1:1).... 52
4.4.5 Estudo do Tempo de Reação do Reagente do Dióxido de Cloro...................... 53
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VIII
5.1 Adaptações dos Métodos de Referência para a Padronização das Soluções de
Dióxido de Cloro........................................................................................................... 54
5.2 Implantação do Método EPA 327.0 ................................................................... 57
5.2.1 Curva de Calibração do Método EPA 327.0..................................................... 58
5.2.2 Análise de Amostras Reais pelo Método EPA 327.0........................................ 60
5.2.3 Análise de ClO
2
em Soluções Concentradas de Clorito................................... 63
5.3 Otimização do Método – Método LGB.............................................................. 63
5.3.1 Curva de Calibração com o Reagente LGB...................................................... 65
5.3.2 Análise de Amostras Reais ................................................................................ 67
5.3.2.1 Determinação da Demanda de ClO
2
.................................................................. 70
5.3.3 Modificações dos Procedimentos de Análise.................................................... 72
5.3.4 Estudo do Tempo de Reação do Dióxido de Cloro........................................... 81
6
6
C
C
O
O
N
N
C
C
L
L
U
U
S
S
Õ
Õ
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9
9
3
3
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – Esquema do processo de tratamento de águas tradicional para abastecimento
público...................................................................................................................................
17
Figura 2 – Fórmula estrutural da Lissamine Green B...........................................................
31
Figuras 3 (A e B) – Sistema de purga com gás nitrogênio para as amostras coletadas que
contenham dióxido de cloro e clorito...................................................................................
43
Figura 4 – Espectro das soluções de dióxido de cloro, clorito e clorato e cloro 42; 99,4;
996 e 1000 mg L
-1
, respectivamente.....................................................................................
55
Figura 5 – Espectros da solução reagente combinado RC LGB/HRP como branco e da
solução tampão ácido cítrico/glicina....................................................................................
57
Figura 6 – Curva de Calibração do Método EPA 327.0.......................................................
58
Figura 7 – Espectros do reagente combinado RC LGB com diferentes concentrações de
dióxido de cloro nos pontos da curva de calibração.............................................................
64
Figura 8 – Curva de Calibração LGB com os três comprimentos de onda selecionados
(636, 590 e 382 nm), construída com o reagente combinado RC LGB................................
65
Figura 9 – Curva de Calibração LGB 10+ com os três comprimentos de onda
selecionados, 636; 590 e 382 nm; construída com o reagente combinado RC LGB 10+....
66
Figura 10 – Variação da razão entre a concentração de dióxido de cloro num tempo t e a
concentração inicial das soluções 1 e 2................................................................................
69
Figura 11 – Gráfico dos valores das concentrações da solução de dióxido de cloro em
função do tempo de reação com o reagente combinado RC LGB (1:1)...............................
81
X
Figura 12 – Curva de decaimento da concentração de dióxido de cloro em função do
tempo de reação com o reagente LGB (1:1) realizado conforme o procedimento 5............
83
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – Resumo das principais características dos métodos padrão para análise de
dióxido de cloro..................................................................................................................
25
Tabela 2 – Comprimentos de onda monitorados da solução de K
2
Cr
2
O
7
60 mg L
-1
em
ácido clorídrico 0,01 N com suas absorbâncias características..........................................
36
Tabela 3 – Pontos de coleta de amostras reais de água contendo clorito e dióxido de
cloro nas estações de tratamento de água...........................................................................
44
Tabela 4 – Comparações entre os resultados das determinações de soluções
concentradas de dióxido de cloro pelos métodos iodométricos e espectrofotométricos....
56
Tabela 5 – Desvios padrões das concentrações nominal e experimental de clorito dos
pontos da curva de calibração do método EPA 327.0........................................................
59
Tabela 6 – Resultados das análises de dióxido de cloro e clorito pelos métodos EPA
327.0 e cromatografia iônica (C.I.) na Estação de Tratamento de Água A........................
60
Tabela 7 – Resultados das análises de dióxido de cloro e de clorito pelo método EPA
327.0 na Estação de Tratamento de Água B.......................................................................
62
Tabela 8 – Resultados das análises dos parâmetros físico-químicos nas amostras de
água bruta com e sem a adição de 1 mg L
-1
de ClO
2
, com tempo de reação de 30
minutos...............................................................................................................................
73
Tabela 9 – Comparação das Análises de soluções concentradas de dióxido de cloro
pelos métodos espectrofotométrico e LGB........................................................................
68
Tabela 10 – Resultado das análises de demanda de dióxido de cloro requerida pela água
bruta filtradas com membrana de fibra de vidro................................................................
71
XII
Tabela 11 – Resumo dos procedimentos modificados do método LGB............................
74
Tabela 12 – Dados comparativos das análises de quantificação das soluções de dióxido
de cloro entre o procedimento 1 e os procedimentos alternativos otimizados (2, 3 e 5)....
76
Tabela 13 – Resultados das análises de dióxido de cloro diluído 83, 100 e 333 vezes
realizados nos procedimentos 1, 3 e 5................................................................................
80
Tabela 14 – Resultados dos testes do tempo de reação de dióxido de cloro com o
reagente combinado RC LGB (1:1) segundo o procedimento 5........................................
82
LISTA DE ABREVIATURAS
AHAs Ácidos Haloacéticos
CI Colour Index
CI Cromatografia Iônica
ClO
2
Dióxido de Cloro
ClO
2
-
Íon Clorito
Cl
-
Íon Cloreto
ClO
3
-
Íon Clorato
DBPs Disinfection by-products
DMAE Departamento Municipal de Água e Esgoto
EPA Enviromental Protection Agency
ETA Estação de Tratamento de Água
HRP Horseradish Peroxidase
H
2
O
2
Peróxido de Hidrogênio
kDa Quilo Dalton
KMnO
4
Permanganato de Potássio
LGB Lissamina Green B
LQ Limite de Quantificação
LD Limite de Detecção
MO Matéria Orgânica
MON Nature Organic Matter
O
3
Ozônio
RCLGB/HRP Reagente Combinado Lissamina Green B/Horseradish Peroxidase
RCLGB/HRP 10+ Reagente Combinado Lissamina Green B/Horseradish Peroxidase 10
vezes mais concentrado
RPM Rotações por Minuto
SRM Standard Reference Material
THM Trihalometano
1
1
I
I
N
N
T
T
R
R
O
O
D
D
U
U
Ç
Ç
Ã
Ã
O
O
Os problemas relacionados com a poluição de rios e lagoas têm aumentado
consideravelmente nestes últimos anos. A grande quantidade de esgotos clandestinos
domésticos e industriais, associados com a irresponsabilidade dos seres humanos que poluem
as nascentes e os rios faz com que diariamente sejam gastas toneladas de produtos químicos
para o tratamento destas águas. Tradicionalmente utiliza-se o processo de aplicação de cloro
como desinfetante devido à sua facilidade de aplicação, custo relativamente baixo e alta
eficiência. Porém, sabe-se que a reação do cloro com a matéria orgânica presente na água
pode gerar produtos de desinfecção (Disinfection by-produtcs, DBPs), dentre eles os
trihalometanos (THMs) e os ácidos haloacéticos (AHAs), considerados carcinogênicos
1
.
Assim, métodos alternativos de tratamento estão sendo estudados com o objetivo de evitar ou
minimizar a formação dos THMs e AHAs, dentre os quais se pode citar o dióxido de cloro
(ClO
2
) e o ozônio (O
3
). Ambos são bastante efetivos como biocidas na desinfecção de águas,
auxiliando também na eliminação de sabor e odor indesejáveis na água potável, além de não
gerarem DBPs clorados.
Uma das principais preocupações durante o processo de tratamento de água é o
monitoramento dos compostos que, em determinadas concentrações, podem ser prejudiciais à
saúde humana. Assim, torna-se imprescindível desenvolver métodos analíticos precisos para
determinar a concentração destes desinfetantes em água, bem como os seus produtos de
oxidação, para que se possa garantir a qualidade da água potável.
O dióxido de cloro vem se destacando nos últimos anos como desinfetante auxiliar
principalmente por ser um produto clorado semelhante ao desinfetante utilizado
tradicionalmente. Além de não gerar compostos clorados, apresenta como vantagem a de ser
gerado in situ, permitindo que seja produzido já na concentração adequada a sua aplicação.
Porém, não é possível ser armazenado e estocado devido ao fato de poder ser explosivo
quando comprimido. Dentre os seus compostos de degradação destaca-se o clorito que, por
ser potencialmente prejudicial à saúde humana, possui limite máximo de tolerância
determinado pela Norma de Potabilidade Brasileira
2
como sendo de 0,20 mg L
-1
ClO
2
-
. Neste
contexto, é importante o que o método de análise tanto da solução gerada, quanto do próprio
dióxido de cloro residual, seja sensível e preciso para garantir o processo de desinfecção.
15
O método EPA 327.0, um dos métodos mais atuais publicados, foi elaborado
especificamente para análise de dióxido de cloro e clorito em águas tratadas
3
. Esse método
espectrofotométrico utiliza uma solução colorida (λ
max
= 633 nm) contendo Horseradish
Peroxidase, enzima que catalisa a reação de conversão do íon clorito em dióxido de cloro, e o
corante Lissamina Green B que reage rapidamente e seletivamente com o ClO
2
reduzindo
proporcionalmente a absorção da solução na região do visível.
No método EPA 327.0 se recomenda a construção de uma curva de calibração para a
realização dos ensaios com faixa de concentração de 0,2 a 2,2 mg L
-1
ClO
2
, sendo que, para
garantir a linearidade dos resultados o último ponto da curva não deve ultrapassar o valor de
2,2 mg L
-1
ClO
2
. No entanto, o limite de quantificação (LQ) do ClO
2
o valor de 0,25 mg L
-1
ClO
2
. Percebe-se uma incoerência nos valores informados, já que o primeiro ponto da curva
de calibração (1 mg L
-1
) é menor do que o próprio limite de quantificação. Adicionalmente, se
considerarmos os valores exigidos pela Norma de Potabilidade Brasileira
2
para o clorito,
novamente pode-se observar que os valores estão abaixo do LQ.
No Rio Grande do Sul, o dióxido de cloro vem sendo aplicado em algumas estações de
tratamento de água (ETAs) como um pré-desinfetante, com o objetivo exclusivo de oxidar
toda a matéria orgânica da água bruta, evitando a formação de trihalometanos. Portanto, a
quantidade de ClO
2
residual deve ser quase nula, pois este é praticamente todo consumido no
início do tratamento. Neste contexto, a necessidade principal das ETAs é ter métodos de
quantificação das soluções de dióxido de cloro que são geradas. Adicionalmente, o clorito é
monitorado por cromatografia iônica, sendo esta uma análise de rotina nas estações de
tratamento de água para o monitoramento de outros íons também regulamentados na
legislação. Neste Contexto, optou-se por otimizar o método para que este seja aplicado
exclusivamente para quantificar as soluções concentradas de dióxido de cloro que são
geradas.
2
2
O
O
B
B
J
J
E
E
T
T
I
I
V
V
O
O
S
S
2.1 Objetivo Geral
•
Investigar métodos e procedimentos envolvendo a determinação de dióxido de cloro e íon
clorito em águas de abastecimento público, em diferentes etapas na estação de tratamento
de água, incluindo a caracterização das soluções concentradas de dióxido de cloro.
2.2 Objetivos Específicos
•
Implantar o método EPA 327.0 para análise de dióxido de cloro e clorito em amostras de
águas de abastecimento.
•
Verificar a possibilidade de se aplicar em outras etapas do processo de tratamento de água.
•
Otimizar o método para análise de soluções concentradas de dióxido de cloro geradas em
estações de tratamento de água.
3
3
R
R
E
E
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G
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Á
F
F
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C
C
A
A
3.1 Tratamento de Água
3.1.1 Tratamento Convencional
Tradicionalmente o cloro é utilizado como agente oxidante e desinfetante no
tratamento de águas, principalmente pela facilidade de doseamento, monitoramento do cloro
residual e pelo seu baixo custo. Tal processo é composto pelas etapas ilustradas na Figura 1.
Figura 1 – Esquema do processo de tratamento de águas tradicional para abastecimento público
4
.
Legenda: (1) Represa; (2) Ponto de adição de reagentes; (3) Floculador; (4) Decantador; (5) Filtro; (6)
Ponto de adição de reagentes; (7) Reservatório de água tratada da ETA; (8) Reservatório dos bairros;
(9) Cidade abastecida pela ETA.
No entanto, este tratamento tem sido muito questionado devido à formação de alguns
produtos de desinfecção. Os trihalometanos foram reportados formalmente em 1974 pela EPA
(U. S. Enviromental Protection Agency) como DBPs do processo de cloração. Dentre os
THMs e AHAs mais gerados estão o clorofórmio, bromofórmio, diclorobromometano e
18
dibromoclorometanos e os ácidos monocloroacéticos, dicloroacéticos, tricloroacéticos,
monobromoacéticos e dibromoacéticos.
Atualmente, o nível máximo permitido de THMs
5
em águas potáveis estabelecidos
pela EPA é de 80 µg L
-1
, sendo que futuramente se espera que o valor seja reduzido para 40
µg L
-1
. Já para os AHAs este valor já está em 60 µg L
-1
. Observa-se que há uma grande
tendência de que sejam realizadas modificações no processo de tratamento de água para
diminuir a formação destes compostos. Destaca-se dois principais fatores que podem ser
alterados nestes processos: 1°) remover das águas a serem tratadas os precursores dos DPPs
clorados e/ou 2°) modificar os desinfetantes utilizados bem como os pontos de sua aplicação.
É óbvio que o primeiro item é de difícil realização, uma vez que muitos destes precursores
estão dissolvidos nas águas na forma de matéria orgânica natural (MON) no qual os ácidos
fúlvicos e húmicos são constituintes, dificultando a sua remoção
6
. Portanto, uma das únicas
medidas viáveis para a redução da formação deste compostos é a modificação do sistema de
desinfecção através do uso de desinfetantes alternativos e da forma de aplicação destes
produtos.
Estudos preliminares indicam que a aplicação de dióxido de cloro na pré, inter e pós-
desinfecção geram aproximadamente de 15 a 30 µg L
-1
de THMs
5
. Já para a sua aplicação
somente como pré-oxidante, os valores de concentrações de trihalometanos produzidos foram
de no máximo 7 µg L
-1
. Cabe salientar que estes resultados foram obtidos através de uma
dosagem de no máximo 5 mg L
-1
de ClO
2
e que em outras condições experimentais os
resultados podem sofrer alterações devido as diferentes quantidades de matéria orgânica
presentes nas águas e de oxidante aplicado no tratamento.
Neste estudo, todas as concentrações de THMs obtidas com o uso do dióxido de cloro
foram inferiores ao valor estipulado pela EPA. Porém, se considerarmos que
independentemente do oxidante utilizado, os valores devem ser obrigatoriamente inferiores
aos limites máximos permitidos, torna-se questionável a utilização de desinfetantes
alternativos, uma vez que todos deveram obedecer às normas estipuladas. Portanto, se
analisarmos estes dados somente pelo lado da legislação, não há motivos para se utilizar outro
desinfetante, se o cloro atende a todas as exigências. No entanto, há uma crescente tendência
19
mundial para a utilização de produtos ecologicamente corretos e que sejam menos nocivos a
saúde humana. Justifica-se então a necessidade de se realizarem pesquisas sobre desinfetantes
alternativos, buscando-se a redução da quantidade de subprodutos clorados gerados nos
processos de tratamento de água.
3.1.2 Tratamentos Alternativos
A maioria dos microorganismos presentes nas águas brutas é extinta através da adição
de oxidantes químicos nas estações de tratamento da água. Entretanto, esses oxidantes usados
na desinfecção reagem também com substâncias abióticas, gerando subprodutos de
desinfecção, que permanecem na água potável por um certo tempo. Os DBPs são
considerados precursores da formação de trihalometanos durante o processo de cloração da
água. Apesar das baixas concentrações observadas, a exposição crônica pode ser significativa,
devido a carcinogenicidade de alguns DBPs
7
.
Neste contexto, são crescentes as pesquisas realizadas com agentes desinfetantes
alternativos que possam minimizar ou evitar a formação de trihalometanos. Dentre estes
produtos químicos pode-se destacar o permanganato de potássio (KMnO
4
), peróxido de
hidrogênio (H
2
O
2
) ozônio (O
3
) e o dióxido de cloro (ClO
2
)
8
. O peróxido de hidrogênio e o
permanganato de potássio são oxidantes fortes, possuem amplo espectro bactericida, mas
ainda são pouco utilizados principalmente por serem reagentes de difícil manipulação. O
ozônio possui elevado poder oxidante que, associado com a viabilidade de produção em
diversas escalas e com a redução de custos para sua geração, tem estimulado a sua aplicação
no processo de tratamento de águas
9
. Porém, um dos principais problemas relacionados a sua
utilização está relacionado ao fato do ozônio não deixar concentração residual por ser
extremamente instável e possuir tempo de meia-vida de quinze minutos.
O dióxido de cloro tem sido um dos principais oxidantes alternativos utilizados
processos de desinfecção da água
10
. Além das suas características químicas, outro fator que
tem impulsionado a sua utilização é o fato de este também ser um produto com cloro,
20
facilitando o manuseio e aplicação na ETA. Porém, devido ao seu grande potencial de
oxidação, o dióxido de cloro muitas vezes não forma um residual na água final de tratamento,
t(u4974(x)-10.34974(i)-2.16558(s)-1.229)-250.297(pá)-2.16436(d)-1.229 é o p id al o p585(a)3.74122(m)-2.45995(e)3.( )-20.1584(t)-2.16436(1974219i )-20.1584(t)-2.16436(1974217)-1.2312(i)-2.16436(d)-0.295585(u)-0.295585(a)3.74(l)-2.16436( )-20.1584(n)-0.2955851974217t1974217ném,o( )-20.1547(u)-0.2955851974217t1974217 o ra1974217d1(a1974217)L 4074(o)662. -736[(-)41 414 nt1 -2.45995(,997(e)3.74(i)-2.16.2959(o1)2.8232)-2.16436(1)2.8232b ma oo1 aoal 1o1
21
Assim, os produtos de degradação do dióxido de cloro, os íons clorito (ClO
2
-
), clorato
(ClO
3
-
) e cloreto (Cl
-
) poderão estar presentes nas águas tratadas, conforme indica as equações
1 a seguir. O clorito é o produto de degradação predominante, com 50 a 70 % da conversão do
dióxido de cloro, seguido do clorato e cloreto (30 e 50 %, respectivamente)
8
.
2ClO
2
+ 2OH
-
ClO
2
-
+ ClO
3
-
+ H
2
O (1)
4ClO
2
+ 2H
+
2ClO
2
-
+ ClO
3
-
+ Cl
-
+ H
2
O (2)
Devido as suas características oxidantes, o dióxido de cloro também é muito aplicado
em processos de branqueamento de polpas. A principal vantagem está no fato em que as
fibras são branqueadas e não são formados compostos halogenados. Em 2001, o processo por
ação do dióxido de cloro gerou mais de 75 % das fibras branqueadas do mundo
15
.
Outra área em que o oxidante é bastante utilizado é na medicina. Aplicado como
esterilizante de materiais médicos, o dióxido de cloro apresenta-se com elevada pureza.
Diferentemente dos demais gases utilizados para este fim, o dióxido de cloro não é um agente
alquilante no qual tende a ser mutagênico. A vantagem é permitir uma esterilização eficiente a
temperatura ambiente. Ultimamente, foi muito aplicado para a descontaminação de ambientes
para agentes biológicos, como o anthrax
15
.
Porém, a mais antiga das aplicações do dióxido de cloro é a sua utilização em
processos de tratamento de águas. Nos Estados Unidos, a mais de 50 anos é aplicado como
desinfetante auxiliar. O dióxido de cloro é bastante eficiente como biocida, além de ser mais
efetivo do que o cloro na inativação de vírus, criptosporídeo e giardia
15
. Atua em uma ampla
faixa de pH, ajudando também na eliminação de sabor e odor indesejáveis na água potável.
Um dos principais diferenciais do dióxido de cloro para a aplicação no tratamento da
água é a potencialidade de auxiliar na eliminação de sabor e odor indesejáveis
8
. Isso se deve a
capacidade de controlar e eliminar o crescimento de algas e vegetações. Para garantir a
máxima eficiência para este uso, aplica-se o dióxido de cloro após a decantação ou no final do
processo de tratamento. Normalmente, somente para eliminar toda a matéria orgânica natural
presente na água bruta, são requeridas dosagens de dióxido de cloro que estão na faixa de 0,7
22
a 2,0 mg L
-1
ClO
2
8
. Dependendo da quantidade de dióxido de cloro utilizados, poderá haver a
formação de cloritos e cloratos como subprodutos. Neste caso, deve-se utilizar artifícios para
minimizar os efeitos dos produtos de degradação ou utilizar outros oxidantes combinados ou
não.
Outra grande vantagem é a habilidade de oxidar ferro e manganês, compostos que com
muita freqüência, ocasionam diversos problemas no processo de tratamento de água. O ClO
2
é
aplicado antes do processo de decantação, reage com estes compostos e forma precipitados
insolúveis que são removidos pelo processo de filtração. Para remover cerca de 1 mg L
-1
de
ferros e manganês, é necessário 1,2 e 2,5 mg L
-1
de ClO
2
, respectivamente
8
.
3.2.1 Processos de Geração do Dióxido de Cloro
O dióxido de cloro não pode ser estocado ou armazenado por se tornar explosivo
quando submetido a altas pressões, devendo ser gerado diretamente no local onde será
aplicado. Diferentemente do gás cloro, o ClO
2
é altamente solúvel em água, permanecendo
como gás dissolvido e não solubilizado
8
. Por ser muito volátil, pode facilmente ser removido
por processos de aeração ou recarbonatação com dióxido de carbono. O dióxido de cloro é
gerado através de reações relativamente fáceis, apesar dos reagentes serem de compra
controlada. Adicionalmente, o sistema de geração requer mais controles do que o sistema de
aplicação do gás cloro, além de ser relativamente mais caro, devido à manutenção mais
específica.
O mais comum dos processos de geração de dióxido de cloro para aplicação em
estações de tratamento de água utiliza soluções de clorito de sódio (NaClO
2
) e gás cloro (Cl
2
).
Este processo apresenta duas etapas principais. Primeiro o gás cloro reage com a água
formando os ácidos hipocloroso (HOCl) ou clorídrico (HCl), que por sua vez, reagem com a
olução de clorito de sódio formando o ClO
2
(equações 2 e 3). Além destas reações, o clorito
de sódio pode reagir diretamente com o gás cloro, gerando também o ClO
2,
conforme
representa a equação 4.
23
2NaClO
2
+ HOCl
2ClO
2(g)
+ + NaCl + NaOH (3)
5NaClO
2
+ 4HCl
4ClO
2(g)
+ 5NaCl + 2H
2
O (4)
2NaClO
2
+ Cl
2
2ClO
2(g)
+ 2NaCl (5)
O dióxido de cloro gerado por este método, possui contaminações inerentes ao
processo, como cloro livre, clorito e cloreto, além do produto de degradação clorato (equações
1). Por isso o controle das quantidades de reagentes é imprescindível para garantir um produto
final com uma pureza elevada. O excesso de gás cloro pode resultar em grandes
concentrações de clorito, enquanto a sua ausência, acarreta formação de clorato. Esses
contaminantes podem interferir nas técnicas analíticas de quantificação de soluções de
dióxido de cloro, ocasionando erros de efeito matriz.
Atualmente, uma nova técnica de geração de dióxido de cloro vem sendo muito
utilizada principalmente na aplicação em processos de tratamento de águas. Esta se baseia na
adição das soluções reagentes de ácido sulfúrico com peróxido de hidrogênio e solução de
clorato de sódio, conforme a equação 5.
NaClO
3
+ H
2
O
2
+ H
2
SO
4
ClO
2
+ NaHSO
4
+ H
2
O + O
2
(6)
Este processo possui a vantagem de não gerar cloro livre em quantidades
significativas. Esse fato diminui bastante uma das principais fontes de interferências para
praticamente todos os métodos de análise de dióxido de cloro. Porém, sobre certas condições,
este processo pode gerar efluentes ácidos com altos níveis de íons percloratos, um provável
composto carcinogênico
16
.
O EPA indica os níveis máximos de tolerância para o dióxido de cloro em águas
potáveis como sendo de 0,8 mg L
-1
, devido ao fato de ser potencialmente tóxico a saúde
humana
16
. Desta forma, é necessária a utilização de métodos de análise de dióxido de cloro
que tenham sensibilidade suficiente para garantir a qualidade da água que está sendo tratada.
24
3.2.2 Métodos de Análise de Dióxido de Cloro
Quando aplicado em um processo de tratamento de água, o dióxido de cloro é
utilizado como oxidante secundário, ou seja, é aplicado somente com o fim de oxidar a
matéria orgânica principal. Torna-se necessária a adição3756( ci)-2.16558(p)46571(C)-3.39556(l)-290.318(p)-0.295583756( ci)-2.195585( )-220.278(c)3.74(o)-0.295585(m)17-0.475(o)-0.295585( )-220.278(o)-0.295585(x)-10.3015(i)-2.16558(d)-0.295585(a)3.74(n)-0.295517-0.475p2(c)3.74244(l)-2.1643(o)-0.29558n2(c)3.7424485(e)3.737(o)-0.29558p2(x)-10.299(i)-2.16436558(p)465739( )-210.2 74244( )250]p16558(z)-6.a6056(a)3.74(t)16436(a)3.735582554(o)-0.93.a6056(a)3.74(t615(i)-2.16558(d)-0.295585(a)3.746558(n)-0.2)3.74(t615)3.735582554(m)-2.45995( )-290.31916436(a)3.7220.3.7q, (i)-2.16558(d)-0.295585(a)3.746558(n)-0.2.16558(z363TJ261.514 0 Td[(c)e6436(a)3.7220.3.7)3.74(t615-0.295585(e)3.74((o)-0.295585(x)-10.3015( )-220.276((i)-2.16558(p)465739.7220.37514 0 Td[(c)e6436(a)3.7220.37 ci)-2.16558(p)46571(C)-3.39556(l)-290.318(p)-0.29558220.37514 0 Td[(c)e6436(.80439220.3750.253(a)7.072l)-2.16436(i)]T1(C)-3.39556(l)-290.3114 0 Td[(c)3.74(a)3.74(d)-7220.37 ci)-2.1)3.74( )-220.276(c)3.74(o)220.3750.436(a)3.7220.37 l585(a)3.74(n)-0.24(o)-0.295(o)-0.2955885(e)3.74(l.2312(á)3.74(r)2.(d)-0.295585(i)-2.16436(ç)3.74220.37 b(C)-3.39556(l)-290.31a0.295585(e)3.74((o)-0.29558l585(a)3.74(n)-010.27(o)-0.29558(l)-290.31a0444.147r)-1.2318.048.33333 0 08 cm BT/05.2 6.14449941 2 )’3 0 0 8.33333 0 0 cm BT/09.28 594.929941[295585(a)-2.16434220.37 E.ece.80439( )-210.(.8(c).74244( )250]f3.74(t)16436(a0.561(M)-1.52556(éz)-6.643.292009]p16558(z)-6.52556(éz)-6.14 0 Td[(c)e6436(a)3..292009]53(a)]TJ255.751 0 )-1.f )-180.254(p)-0.29550.276(s)-1.22997(e)6558(p)-0.20.561(M)-1.a6056(a)3.74(t615)3.37131916436(a)3.37131914 0 Td[(c)e6436(a5585(a)3.74(n)-0.122a)3.74(t615.276(c)3.744(p)-0.295585(r)2.8056174(r)2.(d)-0.295585(i)-2.16436(ç)3.737133585(x)-10.3015(i)-2.13.73713358ci)-2.1 riomel d.804o.253(a)3.95lxo dióxidxpCl pjs eixi5(x)-1080273e6436(.804TJ-26122931423713358e6436(.804c)3.74(e)35585(a)339(i)-2.16436(d)-0.29314( )-210.2)3.95l74244( )250]p16558(z)-6.te rrxi,5585(a)3.74(l)85(a)3.74p(x)-10.3015(i)-2.16436((á)-0.295585(l)-2.1655(l)85(a)3.740.561(M)-1.52556(é)3.74(t)-2.1z363To)-0.295585(d)-0.295585(o)-0.295585diçea
25
Tabela 1 – Resumo das principais características dos métodos padrão para análise de dióxido de cloro
3,17
.
Métodos
DPD
IODOMETRIA
LGB/HRP
Tipo de Técnica
Instrumental (Espectrofotometria)
Via úmida
Instrumental (Espectrofotometria)
Limites de
Quantificação
0,02 – 7,6 mg L
-1
Depende da alíquota a ser titulada
0,2 – 2,2 mg L
-1
Reagentes
DPD,
Solução Tampão Fosfato,
Solução de glicina
Ácido acético glacial,
Solução de amido,
KI sólido
Solução Padrão de Na
2
S
2
O
3
.
RC LGB/HRP,
Solução Tampão de ácido
cítrico/glicina.
Calibração Externa
Solução KMnO
4
Não é necessário
Solução de ClO
2
ou ClO
2
-
Limite de Detecção
19 µg L
-1
ClO
2
76 µg L
-1
ClO
2
se utilizado 1000
mL de amostra.
< 1 mg L
-1
não são detectadas
com precisão
0,25 mg L
-1
ClO
2
Seletividade às
espécies Cloradas
Seletivo ao: Cl
livre
, ClO
2
, ClO
2
-
,
NH
2
Cl, NHCl
2
Não seletivo: Total de Cloro
disponível
Seletivo ao: ClO
2
25
26
3.2.2.1 Método Iodométrico
A titulação iodométrica é um dos métodos mais antig
27
reagentes são utilizados, além do DPD, a glicina e a solução tampão hidrogenofostato de
disódio e dihidrogenofosfato de potássio (solução tampão fosfato) numa faixa de pH de 6,2 a
6,5. A glicina é adicionada para converter, instantaneamente, o cloro livre em ácido
cloroaminacético, que não reage com o dióxido de cloro
17
.
O método é baseado na formação de um complexo com cor, que absorve na região do
visível (λ
máximo
= 515 nm), através da ação oxidante do ClO
2
e posteriormente é analisado por
espectrofotometria. O cloro livre e a monocloramina também oxidam rapidamente o reagente,
produzindo igualmente um produto com cor estável, o clorito reage de forma mais lenta e o
clorato não reage com o DPD. Por isso é indicado utilizar artifícios para eliminar a
interferência das demais espécies cloradas presentes nas amostras de água.
Quando o DPD reage com o dióxido de cloro são gerados, dois compostos, sendo um
deles um corante colorido e o outro é uma amina incolor. A proporção destes produtos está
diretamente relacionada com a quantidade de dióxido de cloro que está reagindo. Se a reação
ocorre na presença de pequena quantidade de ClO
2
e o pH próximo ao neutro o composto
colorido é formado preferencialmente. Se ocorrer muita quantidade de dióxido de cloro, a
formação da amina incolor é favorecida, gerando uma aparência levemente opaca na solução
de análise. Muitas vezes a turbidez não é visível, mas é suficiente para interferir nas medidas
colorimétricas. Por isso, utiliza-se a solução tampão fosfato numa faixa de pH próxima ao
neutro.
A solução DPD é extremamente instável e sujeita a oxidações quando em contato com
o oxigênio do ar ambiente ou o dissolvido na água utilizada na sua preparação. Segundo o
método referência, utiliza-se EDTA (Ácido Etilenodiamina Tetraacético) para retardar os
processos de oxidação, fato este que também é questionado devido à baixa solubilidade do
EDTA em soluções levemente ácidas. Para a construção da curva de calibração utiliza-se a
solução pa3a do
28
O limite de quantificação
17
do método DPD está na ordem de 0,02 a 7,6 mg L
-1
ClO
2
.
Apesar de ter uma faixa de linearidade adequada, o método se mostra passível de inúmeras
interferências como a presença de manganês e de brometos, que são compostos tipicamente
presentes em águas naturais que comprometem a quantificação do ClO
2
22,23
. Adicionalmente,
a dificuldade de manipulação dos reagentes, tanto das soluções da construção da curva de
calibração quanto da própria solução de DPD, tornam o método suscetível a muitas variações
se não for aplicado corretamente, necessitando de treinamento específico para o profissional
que for realizá-lo.
As desvantagens do método DPD estão principalmente relacionadas aos interferentes,
tanto as espécies cloradas, que oxidam o reagente DPD, quanto à presença de manganês e de
altas concentrações de clorito. A utilização de diversos reagentes em várias etapas da análise
para poder quantificar a todas as espécies individualmente, e a manipulação da amostra por
longos intervalos de tempo aumenta as perdas por volatilidade de dióxido de cloro também
são desvantagens que podem causar erros nos resultados. A vantagem em relação aos demais
métodos é que estudos indicam que o DPD não sofre interferências com cloraminas, porém
esta questão não está completamente elucidada
17
.
3.2.2.3 Método EPA 327.0
O Método EPA 327.0
3
foi publicado em maio de 2005, e foi desenvolvido para a
análise de dióxido de cloro e clorito em águas tratadas. Baseia-se na rápida oxidação do
corante Lissamina Green B (LGB) pelo dióxido de cloro, reduzindo a sua absorção na região
visível (λ
máximo
= 636nm) na mesma proporção da concentração do ClO
2
presente na amostra.
A Horseradish peroxidase (HRP) age como um catalisador da reação que transforma todo
clorito presente na amostra em dióxido de cloro, que por sua vez também reage com a LGB,
diminuindo sua absorção no comprimento de onda característico. Todas as soluções e as
amostras são preparadas em uma solução tampão de ácido cítrico/glicina para manter a faixa
de pH ótima para a reação entre 6,0 e 6,2.
29
Como ambos os analitos reagem com a Lissamina Green B, torna-se necessário à
utilização de artifícios que permitam quantificar separadamente os composto. Assim, as
amostras devem ser sempre são coletadas em duplicatas. A primeira amostra é coletada e
armazenada adequadamente para ser utilizada na determinação do somatório das
concentrações de dióxido de cloro e de clorito. Já a segunda, após a coleta, esta deve ser
purgada com nitrogênio para eliminação todo o dióxido presente. Assim, a segunda amostra
determina-se somente a concentração de clorito. Através da diferença dos resultados de ambas
as alíquotas obtêm-se os resultados referentes ao dióxido de cloro na amostra.
Os ensaios são realizados em frascos de vidro âmbar (vial) de 15 mL com tampa de
polietileno para evitar a interação com o dióxido de cloro. Utiliza-se solução padrão de clorito
para a construção da curva de calibração por ser mais estável e pelo fato do dióxido de cloro e
do clorito reagirem na mesma ordem de grandeza com a Lissamina Green B. A faixa de
concentração da curva de calibração é de 0,2 a 2,2 mg L
-1
ClO
2
-
.
São muitos os procedimentos de análise desde a coleta da amostra até a sua medida
por espectrofotometria. Deve-se preencher completamente o frasco de 15 mL com a amostra a
ser analisada, após remover 1 mL e adicionar-se, a mesma quantidade de solução tampão de
ácido cítrico/glicina. Novamente este procedimento de adição e remoção de alíquotas é
realizado, mas para a adição do reagente combinado RC LGB/HRP. Caso se observe a
presença de bolhas de ar (headspace) no interior dos frascos de análise a amostra deverá ser
descartada e coletada novamente. É necessário deixar a amostra estabilizando por 20 e não
mais do que 40 minutos. Após realiza-se a medida no espectrofotômetro utilizando um cubeta
com caminho óptico de 1 cm.
Os resultados dos ensaios são expressos através da diferença das absorbâncias do
branco, que utiliza água ultrapura ao invés da amostra, e do método LGB/HRP com a amostra
a ser analisada. Por se tratar de uma técnica espectrofotométrica, cabe salientar que a presença
de materiais sólidos em suspensão na amostra a ser analisada pode causar um aumento falso
nas concentrações dos analitos presentes, gerando erros analíticos. Se as amostras são coletas
em diversos pontos da estação de tratamento de água, é provável que estas contenham
turbidez referente aos sólidos em suspensão, principalmente se coletadas antes da unidade de
30
filtração. Assim, há uma limitação quanto ao tipo de água que se pode se analisar por este
método. Possivelmente, o método não se aplica para a determinação de dióxido de cloro em
águas brutas. Adicionalmente, a presença de cloro livre também pode ser um fator de erro da
técnica, caso a quantidade de glicina contida no reagente combinado LGB/HRP não seja
suficiente para eliminar essa interferência.
Observa-se que os procedimentos de análise incluem diversos procedimentos de
adição e remoção de alíquotas. Adicionalmente, o método não é volumétrico, pois utiliza
como frascos que não são calibrados e podem apresentam variações nos seus volumes. Como
as concentrações de dióxido de cloro e clorito são baixas e considerando as observações
relatadas, o método deve apresentar uma porcentagem significativa de erros nos seus
resultados.
A principal vantagem do método EPA 327.0 está em ser uma técnica em que o
resultado da análise é uma redução da coloração inicial do corante, ao contrário do método
DPD, por exemplo, que é baseado na formação de um composto colorido. A geração de um
composto com cor pode não ser tão estável e se degradar rapidamente ao ser exposto a luz, e
isso é praticamente descartado quando a técnica é baseada na diminuição da coloração de um
composto estável. O método EPA 327.0 supera as principais desvantagens do método DPD
em relação à seletividade frente às outras espécies cloradas e necessita menos reagentes para a
análise completa dos analitos
24
.
Segundo o método EPA 327.0, o limite de detecção (LD) admitido como sendo a
menor concentração, maior que zero, detectável com 99 % de confiança, é ≤ 0,25 mg L
-1
ClO
2
. Sabe-se que tanto o dióxido de cloro quanto o clorito são potencialmente tóxicos a
saúde humana. Considerando o limite máximo tolerável para o clorito em águas potáveis
2
como sendo 0,2 mg L
-1
, conclui-se que o método EPA 327.0 LGB/HRP não é adequado para
determinar clorito segundo as normas brasileiras, por ter um LQ maior que a concentração a
ser quantificada.
31
3.2.2.3.1 Lissamina Green B
A Lissamina Green B (Lissamine Green B; C.I. 44090), também denominada de
Ácido Green 50, é um corante azul e apresenta a fórmula estrutural indicada na Figura 2.
Derivada do trifenilmetano, um ácido difenilnaftilmetano é solúvel em água e pouco solúvel
em soluções alcoólicas. Sua toxicidade é baixa, não apresentando caráter carcinogênico ou
mutagênico
25
.
Figura 2 – Fórmula estrutural da Lissamine Green B.
A solução de LGB apresenta um espectro característico com comprimento de onda de
máxima de absorção na região do visível em 636 nm, quando em pH natural (entre 6,2 e 6,5).
Se a solução for preparada em pH diferente, o pico máximo se desloca, sendo, portanto,
necessário o seu preparo em meio tamponado. No método EPA 327.0 utilizou-se a solução
tampão de citrato/hidrogenocitrato, que mantém o pH entre 6,0 a 6,2, em todas as análises.
Muitos são os reagentes que podem ser utilizados para análise espectrofotométrica
24
do dióxido de cloro, dentre os quais o ácido crômico violeta K, DPD e a Lissamina Green B,
porém, a LGB é a única que não reage com as demais espécies cloradas, como o cloro livre e
o combinado, que estão presentes nas águas tratadas
26
. A Lissamina (E
r
°
= 1,0 V) é oxidada
pelo dióxido de cloro, que diminui a sua coloração, através da quebra da estrutura cromófora.
32
A diferença de absorbância entre as soluções sem e com o dióxido de cloro, é proporcional a
concentração de dióxido de cloro.
3.2.2.3.2 Horseradish Peroxidase
A Horseradish peroxidase é isolada a partir da raiz da Horseradish (Amoracia
rusticana). É um polipeptídeo que contém quatro grupamentos dissulfitos. É um sólido
vermelho/marrom com peso molecular de aproximadamente 44 kDa
27
. Reage rapidamente
com o peróxido de hidrogênio resultando num complexo estável. Pode ser utilizado em
substrato quimiluminescentes como luminol e isoluminol e também é aplicada em testes de
imunoquímica
27
. Alguns compostos podem inibir a ação da HRP como: azidas, L-cistina,
dicromatos, etilenotiouréia, entre outros, além de alguns cátions como: Cd
+2
, Co
+2
, Cu
+2
, Fe
+3
,
Mn
+2
, Ni
+2
e Pb
+2
. A faixa de pH ótima de reação está entre 6,2 e 6,5.
A Horseradish peroxidase deve ser armazenada a -20° C, perdendo aproximadamente
2 % da sua atividade enzimática por semana. Se for armazenada a temperatura ambiente,
perde 10 %. Quando está na forma de reagente combinado RC LGB/HRP, como no método
EPA 327.0, a solução é estável por 14 dias, se estocada ao brigo da luz e a 4° C. Destaca-se
que para a preparação deste reagente combinado é necessário retirar a HRP do congelador,
deixá-la em geladeira por 24 horas e após deixar em temperatura ambiente para poder ser
utilizada. Estes procedimentos dificultam ainda mais a utilização do método.
A RZ (Reinheitszahi) expressa a razão das absorbâncias em 403 e 275 nm da enzima.
Essa medida indica o conteúdo de peroxidase e não a atividade enzimática. Algumas enzimas
que possuem elevados valores de RZ, mas tem baixa atividade enzimática. O método EPA
327.0 não exige valor de RZ para a utilização da Horseradish peroxidase, mas em relação à
atividade, que deve ser de no mínimo 150 unidades por miligrama de sólido determinado pelo
método purpurogallin
3
.
33
Estudos anteriores mostram que a Horseradish peroxidase catalisa reações de
iodinização com peróxido de hidrogênio como agente oxidante. Reagem também com o
clorito, formando um composto relativamente estável, cujo tempo de meia-vida é de
aproximadamente 20 minutos. A reação ocorre de tal forma que um mol do analito converte
dois mols da peroxidase
28
.
34
4
4
M
M
E
E
T
T
O
O
D
D
O
O
L
L
O
O
G
G
I
I
A
A
4.1 Materiais e Reagentes
Para a realização dos ensaios analíticos foram utilizados os reagentes descritos a
seguir:
•
Soluções de Dióxido de Cloro (ClO
2
): obtidas junto ao Departamento de Águas e Esgoto
da cidade de Porto Alegre (DMAE).
•
Soluções Padrão comercial de Clorito de Sódio (NaClO
2
); 994 ± 6 8(4)-0.295585( )-90.1997(±)13.6751( )-9z 611999418 0 0 1 378.72 489.92 Tm(46TL( -0.)-2.16-)485(140047773 0872 -20.64 Td0 0 1 382.8 491.48 Tm[(47jET0439(;)-2.16e)3.74(n)-0.2604913.6751( )-99(i)-2.1645585(r)2.80439(i)-6 -2036(t)-2.16436(o)-0.293142(s)-1.2312( )-250.23.6751( )-9d12( )-250.22(E)0.6400260.64 Td35(e89.994974(a)3.74207(P)-4.33ó558(u)-0.29( )-0.147792i585( )-0.147792(A)1.57;07(d)-0.295587 8.04 TfQ8(A)1.575u436(o)-0.295585( )0.29295585( )-9l)-2.16558( )-100.6436(i)-2.16/R37 8.04 Tf0.999418 0 0 1 85.08 491.48 Tm[(•)-2.95)250]TJ/R8 12 Tf0.99941 0 0 1 103.08 491.48 Tm[(S)-4.33
35
•
Solução padrão de Dicromato de Potássio (K
2
Cr
2
O
7
) 60 mg L
-1
em ácido clorídrico 0,01
N; Merck; 99,9 %.
•
Solução Padrão de Iodo (I
2
) 0,025 N; Vetec, 99,8 %.
Para a realização dos ensaios analíticos foram utilizados os materiais e equipamentos
descritos a seguir:
•
Frascos de vidro âmbar (Vials) de 15 mL com tampa de polietileno.
•
Espectrofotômetro UV-Vis Hewllett Packard HP8453; Feixe simples, Lâmpadas de
deutério (UV) e tungstênio (VIS).
•
Cubetas de quartzo (Hellman) com caminho óptico de 0,1; 1 e 10 cm.
•
Cromatógrafo Iônico (Dionex DX500) com detecção por condutividade elétrica ED40,
com uma coluna IonPac AS9-HC (Dionex 250 x 4 mm) e pré-coluna IonPac AG9-HC
(Dionex 50 x 4 mm) e auto-supressão com água externa.
•
Membrana de éster de celulose 0,22 µm (Millipore).
•
Centrífuga Excelsa Baby II, FANEM, Modelo 206-R
•
Turbidímetro, Polilab, modelo AP1000 II.
Para a verificação do funcionamento do espectrofotômetro, garantindo a qualidade dos
resultados, foi utilizado um procedimento descrito na norma SRM
29
1935 (Standard
Reference Material). Nesse teste foi utilizada uma solução do padrão primário de dicromato
de potássio (K
2
Cr
2
O
7
) 60 mg L
-1
em ácido clorídrico (HCl) 0,01 N. Foram monitorados
periodicamente quatro comprimentos de onda na região do ultravioleta e suas respectivas
absorbâncias características a 22° C, em cubeta de quartzo de 1 cm de caminho. A
temperatura também foi monitorada e mantida constante através de sistema de refrigeração do
ambiente. Na Tabela 2 são apresentados os valores esperados para a solução padrão e os
desvios tolerados.
36
Tabela 2 – Comprimentos de onda monitorados da solução de K
2
Cr
2
O
7
60 mg L
-1
em ácido clorídrico
0,01 N com suas absorbâncias características
29
.
Comprimento de
onda (nm)
235 257 313 350
Absorbância
0,7434 ± 0,0088 0,8679 ± 0,0052 0,2895 ± 0,0040 0,6448 ± 0,0029
4.2 Preparação e Padronização de Soluções
Todas as soluções foram preparadas com água ultrapura (Milli-Q Plus, <18 MΩ cm
-1
),
reagentes em grau analítico e armazenadas em frasco de vidro âmbar, a 4° C e ao abrigo da
luz. Os ensaios foram realizados a temperatura ambiente e a pressão atmosférica (25° C e 1
atm).
Para os ensaios foram utilizadas soluções de ClO
2
coletadas em duas estações de
tratamento de água da cidade de Porto Alegre, nas quais uma produz o dióxido de cloro
através da reação entre a solução de clorito de sódio e o gás cloro (ETA A), e a outra a partir
da reação da uma solução de ácido sulfúrico e peróxido de hidrogênio com a solução de
clorato de sódio (ETA B). Ambas as soluções foram coletadas em frascos de vidro âmbar de 1
L com tampa de polietileno, previamente lavados e ambientados com a própria solução a ser
coletada. As concentrações das soluções de ClO
2
foram determinadas pelo método
iodométrico modificado (item 4.2.1.1) e espectrofotométrico
30
(λ = 360 nm; b = 0,1 ou 1 cm;
ε = 1250 cm
-1
M
-1
).
Também foi utilizada solução aquosa de clorito comercial de 994 ± 6 mg L
-1
. As
concentrações foram determinadas pelo método iodométrico
17
e pelo método
espectrofotométrico
31
(λ = 260 nm; b = 1 ou 10 cm; ε = 155 ± 0,6 cm
-1
M
-1
). Para os testes de
interferências foram utilizados soluções padrão de clorito 100 mg L
-1
, dióxido de cloro 42 mg
L
-1
, cloreto e clorato 1000 mg L
-1
, medidas em cubeta de quartzo com 0,1 cm de caminho
ótico.
37
4.2.1 Adaptação dos métodos de padronização das soluções de dióxido de cloro.
Para a realização dos testes de otimização do método de padronização das soluções de
dióxido de cloro foram utilizadas soluções de dióxido de cloro para a construção da curva de
calibração, uma vez que não mais será analisado o clorito. Para a determinação das soluções
concentradas de ClO
2
foi realizada a titulação iodométrica, inicialmente seguindo a
metodologia padrão
17
. Como as soluções de dióxido de cloro são bastante concentradas e
voláteis, inicialmente obteve-se uma dispersão significativa entre os valores de concentração
obtidos entre as replicatas das análises. Adicionalmente, a técnica apresenta-se de forma
complexa por possuir diversas etapas de preparação da amostra para a titulação. Assim, para
garantir resultados mais confiáveis foram realizadas algumas alterações no procedimento de
análise. Como metodologia comparativa a esta, realizaram-se ensaios utilizando a
espectrometria para verificar a veracidade dos resultados obtidos.
4.2.1.1 Método Iodométrico
A solução titulante de tiossulfato de sódio (Na
2
S
2
O
3
) teve sua concentração aumentada
de 0,01 M para 0,05 M, para poder utilizá-la com soluções mais concentradas e também por
aumentar a sua estabilidade, eliminando a necessidade de re-padronização diária como
recomenda o método. Outra solução que teve sua concentração modificada foi à solução
indicadora de amido, que passou de 0,2 a 0,5 %, mantendo o volume adicionado de 2 mL.
Desta forma, a visualização do ponto final ficou mais expressiva.
Também foi realizado o acompanhamento dos valores de pH das amostras a serem
tituladas, visando garantir que a reação estaria ocorrendo na faixa ácida adequada. Outro
procedimento otimizado para reduzir as perdas de dióxido de cloro por volatilidade, foi
adicionar o iodeto de potássio sólido (KI) em excesso (~ 1 g) diretamente nos erlenmeyers em
que seriam tituladas as amostras para que a reação ocorra quase que instantaneamente.
38
Segundo o método APHA
17
, as amostras devem ser deixadas no escuro por 5 minutos
após a adição do ácido acético glacial e do iodeto de potássio para estabilizarem. Assim, para
garantir a adequada reprodutibilidade nas análises, este procedimento foi conduzido com
rigor, evitando variações significativas na cronometragem do tempo.
O método APHA
17
recomenda a realização de uma prova em branco, para eliminar a
interferência de impurezas oxidantes ou redutoras que possam afetar os resultados. A prova
em branco consiste em realizar todos os procedimentos, porém utilizando água ultrapura no
lugar da amostra. Adiciona-se o ácido acético glacial, o iodeto de potássio em excesso e a
solução indicadora de amido, e visualmente se observa se a solução ficar com coloração azul,
titula-se com tiossulfato de sódio até ficar incolor. Se isso ocorrer deve-se considerar como
negativo o “B” da fórmula abaixo. Caso a solução não fique azulada, deve-se titular com
solução padrão de iodo 0,025 N até se tornar azul e após, titula-se com a solução de
tiossulfato de sódio até ficar incolor. Se isso ocorrer deve-se considerar como positivo o “B”
da fórmula abaixo. Para a determinação final da concentração deve-se utilizar a seguinte
fórmula matemática (9) indicada no método APHA.
amostra
V
NBA
x
49,13)(
×
×
±
=
(9)
onde:
x = mg ClO
2
mL
-1
;
A = volume (mL) gasto na titulação pela amostra;
B = volume (mL) gasto na titulação pela prova em branco (positivo ou
negativo);
N = normalidade da solução de tiossulfato de sódio;
V
amostra
= volume da alíquota da amostra titulada.
O limite de detecção deste método é de 20 µg de ClO
2
L
-1
, utilizando solução de
tiossulfato de sódio 0,01 N e volume da alíquota da amostra de 500 mL
17
. Para a realização
deste trabalho foram utilizadas, dependendo da concentração da solução de dióxido de cloro,
alíquotas de 50 e 100 mL, cujo limites de detecção são 2 e 4 µg de ClO
2
L
-1
, respectivamente.
39
4.2.1.2 Método Espectrofotométrico
Considerando as dificuldades inerentes ao método iodométrico, optou-se por implantar
a espectrofotometria como técnica comparativa para a determinação das concentrações de
dióxido de cloro. A absorbância foi medida no comprimento de onda característico (λ = 360
nm) e utilizando o coeficiente de absortividade molar
30
(
ε
) igual a 1250 cm
-1
M
-1
. Foram
utilizadas cubetas de quartzo com caminhos ópticos de 0,1 e 1 cm, dependendo da
concentração da solução de dióxido de cloro a ser analisada. Quando necessário, as soluções
foram diluídas para que a absorbância medida não superasse o valor de 1,5. A concentração
de ClO
2
é calculada pela seguinte expressão (10):
FD
b
A
x .67500.
.
ε
=
(10)
onde:
x = mg ClO
2
L
-1
;
A = absorbância da amostra;
ε
= coeficiente de absortividade molar do ClO
2
no comprimento de onda
utilizado
b = caminho ótico da cubeta utilizada (cm);
FD = fator de diluição.
Em todos os ensaios para a determinação das concentrações das soluções de dióxido
de cloro foram realizadas simultaneamente as técnicas iodométrica modificada e
espectrofotométrica com o objetivo de comparar os resultados obtidos.
4.3 Implantação do Método EPA 327.0
40
4.3.1 Preparação de Soluções do Método EPA 327.0
No método EPA 327.0 todas as amostras e padrões devem ser tamponadas com
solução tampão citrato/hidrogenocitrato, com adição de glicina para eliminar a interferência
do cloro livre eventualmente presente na amostra. A solução tampão foi preparada com 9 g de
citrato trissódico, 5 g de hidrogenocitrato trissódico e 1 g de glicina, dissolvidos em 125 mL
de água ultrapura. Para verificação do pH da solução tampão, diluiu-se 1 mL desta em 15 mL
de água e mediu-se o pH que deve estar na faixa de 6,0 a 6,2.
A solução estoque do corante Lissamina Green B (960 mg L
-1
) foi preparada a partir
do reagente sólido sem prévia purificação em água ultrapura. Inicialmente deve-se realizar o
teste para verificação da pureza do reagente sólido
3
. O teor de pureza mínimo aceitável é de
70 % para o reagente utilizado. Essa solução tem validade por 2 meses se estocada
adequadamente (a 4° C e ao abrigo da luz).
A partir desta solução foi preparada uma solução estoque tamponada de LGB
diluindo-se 2,5 vezes em água ultrapura contendo 6 mL de solução tampão de ácido
cítrico/glicina, totalizando um volume final de 100 mL de solução. Essa solução tem validade
de 1 dia e deve ser preparada somente quando as demais soluções forem preparadas. Para
verificar se a solução está adequada, se diluiu 0,5 mL desta solução em 15 mL de água
contendo 1 mL de tampão de acido cítrico/glicina e mediu-se a absorbância no máximo de
absorção (636 nm) com uma cubeta de quartzo com caminho óptico de 1 cm. A absorbância
deve ser de 1,5 ± 0,1 para ser considerada adequada aos testes.
O método EPA 327.0 necessita para esta análise uma solução de Horseradish
peroxidase (HRP) com atividade mínima de 150 unidades por miligrama de sólido. A solução
estoque tamponada desta enzima foi preparada pesando-se aproximadamente 20 mg do sólido
e dissolvendo em 25 mL de água ultrapura contendo 3 mL de solução tampão de ácido
cítrico/glicina, obtendo-se assim, uma solução com atividade enzimática recomendada pelo
método.
41
A solução do reagente combinada (RC LGB/HRP) é preparada a partir das soluções
estoques tamponadas de Lissamina Green B e de Horseradish peroxidase na proporção de
1:1. Essa solução foi conservada com clorofórmio e armazenada em frasco de vidro âmbar a
4° C, sendo estável por 14 dias, sendo utilizada em todos os testes de determinação de clorito
e dióxido de cloro.
4.3.2 Procedimentos de Análise do Método EPA 327.0.
Para a realização dos ensaios realizou-se o seguinte procedimento de análise conforme
descrito a seguir:
•
Preencher completamente frasco de 15 mL com a solução de ClO
2
-
diluída na
concentração do ponto da curva a ser analisado;
•
Remover 1 mL da amostra (solução padrão);
•
Adicionar 1 mL da solução tampão de ácido cítrico/glicina;
•
Tampar o frasco e misturar por inversão;
•
Observar se houve a formação de bolhas no frasco e caso isto tenho ocorrido à amostra
deve ser re-preparada;
•
Remover 1 mL da amostra tamponada;
•
Adicionar 1 mL do reagente combinado RC LGB/HRP;
•
Tampar o frasco e misturar por inversão;
•
Deixar estabilizando por pelo menos 20 minutos e não mais que 40 minutos.
•
Colocar a amostra em uma cubeta de quartzo e medir a absorbância em 636 nm.
Para padronizar o tempo de reação e estabilização das amostras e padronizar todas as
análises foram conduzidas medidas em 20 (R1) e 40 minutos (R2). O procedimento foi
repetido para todos os pontos de calibração da curva. Para cada ponto deve-se fazer um teste
branco (B) que consiste em proceder conforme o descrito anteriormente, porém utilizando-se
água ultrapura ao invés da solução padrão (ou amostra). O resultado deve ser expresso como a
diferença de absorbância entre o B e a amostra.
42
4.3.3 Curva de Calibração para Determinação de Dióxido de Cloro e Clorito
Como o dióxido de cloro e o clorito reagem da mesma forma com o reagente
combinado RC LGB/HRP, e o clorito apresenta-se mais estável, para a construção da curva de
calibração do método utilizou-se solução padrão de clorito. Foram utilizados cinco pontos de
calibração que abrangem a faixa de 0,2 a 2,2 mg L
-1
em ClO
2
-
, e procedeu-se conforme os
procedimentos descritos no item 4.3.2.
A curva de trabalho foi construída plotando-se a pontos de calibração versus a
diferença de absorbância entre o teste em branco e a amostra. O limite de detecção do método,
segundo o protocolo EPA, é de ≤ 0,25 mg L
-1
para o dióxido de cloro.
4.3.4 Determinação de Clorito e Dióxido de Cloro Total em Amostras de Águas Reais
Para a análise ClO
2
e ClO
2
-
em amostras reais realizou-se o mesmo procedimento
descrito para a construção da curva de calibração (item 4.3.2). Cabe salientar que, se a solução
a ser analisada for muito concentrada, é necessário que se dilua para que a concentração esteja
na faixa da curva de trabalho (0,2 a 2,2 mg L
-1
de ClO
2
-
). Com a realização deste
procedimento determina-se o somatório das concentrações de dióxido de cloro e clorito
presentes na amostra de água coletada na ETA.
4.3.5 Determinação de Clorito em Amostras de Águas Reais
Para a análise de clorito presente na amostra, esta deve ser purgada por 30 minutos, em
um fluxo aproximado de 250 mL min
-1
, com gás N
2
para remoção de todo o dióxido de cloro.
Cabe salientar que o procedimento de purga deverá ser realizado imediatamente após a coleta
43
para evitar que o dióxido de cloro presente na amostra degrade gerando, principalmente, como
subproduto o íon clorito, elevando os valores deste analito nos resultados da análise.
Para realizar este procedimento, foi desenvolvido um sistema de purga portátil (Figura
3A e 3B) para que seja levado ao local da coleta de amostras. Este sistema é composto de um
pequeno cilindro de nitrogênio com uma válvula reguladora de fluxo, uma tubulação de vidro
com duas canalizações, que contém ao final, vidros sinterizados para que o gás entre em
contato com a amostra através de borbulhamento. Nestas duas saídas de gás colocam-se os
frascos com as amostras coletadas a serem purgadas.
Figuras 3 (A e B) – Sistema de purga com gás nitrogênio para as amostras coletadas que contenham
dióxido de cloro e clorito.
Após esta etapa de purga, a amostra deve ser tratada conforme o procedimento já
descrito no item 4.3.2. Com esta análise se determina a concentração de clorito presente na
amostra de água da ETA. A concentração de dióxido de cloro será obtida através da diferença
entre o somatório das concentrações de dióxido de cloro e clorito, determinada no item
anterior, e a concentração de ClO
2
-
, determinada neste procedimento, conforme a equação 11.
[ClO
2
] (mg L
-1
) = [ClO
2
+ ClO
2
-
] – [ClO
2
-
] (11)
A
A
B
B
44
4.3.6 Coleta de Amostras Reais em Estações de Tratamento de Água
As amostras foram coletadas em diversos pontos das duas estações de tratamento de
água (ETAs A e B), em frascos plásticos de 500 mL e conservadas a 4° C e ao abrigo da luz.
O tempo máximo em que as amostras podem ser analisadas é de 4 horas após a coleta. Cabe
salientar, que as soluções de dióxido de cloro geradas em cada estação de tratamento,
possuem matrizes distintas, visto que são produzidas por processos químicos diferentes (item
3.2.1). Para cada ponto de coleta, a amostra foi dividida em duas partes, sendo uma
armazenada para análise de dióxido de cloro e a outra, depois de adequada purga com N
2
para
a remoção do ClO
2
, reservada para análise de clorito. Os pontos em que as amostras foram
coletadas estão indicadas na Tabela 3.
Uma parte de todas as amostras purgadas (aproximadamente 50 mL) foi filtrada com
membrana de éster de celulose 0,22
µ
m e conservada com etilenodiamina (EDA)
32
para
posterior análise de clorito por cromatografia iônica (C.I.). Uma segunda alíquota destas
amostras filtradas foi conservada com clorofórmio e foram analisadas para todos os íons
orgânicos e inorgânicos também por C.I conforme metodologia padrão
33
.
Tabela 3 – Pontos de coleta de amostras reais de água contendo clorito e dióxido de cloro nas estações
de tratamento de água.
ETAs Pontos de Coleta do
Processo de Tratamento de Água
A B
Aplicação do ClO
2
na água Bruta A2 B2
Decantação
n.a* B3
Filtração A4 B4
Água Tratada A5 B5
*n.a (não analisado)
45
4.3.7 Análises das Amostras Reais ClO
2
e ClO
2
-
do Processo de Tratamento de Água
Todas as amostras foram analisadas quanto à presença de dióxido de cloro e clorito
através do método EPA 327.0 conforme os procedimentos já descritos (item 4.3.4 e 4.3.5). As
amostras foram também analisadas por cromatografia iônica segundo o método EPA 300.1
32
.
Foram realizadas com um sistema de eluição isocrático com carbonato de sódio (Na
2
CO
3
, 9
mM) como eluente, em fluxo de 1 mL min
-1
e volume de injeção de 200 e 700
µ
L. Os limites
de detecção (LD) e de quantificação (LQ) foram estabelecidos como 3 e 10 vezes a razão
sinal/ruído, obtendo-se para o clorito, LD = 0,1
µ
g L
-1
e LQ = 0,3
µ
g L
-1
, para o clorato, LD =
0,5
µ
g L
-1
e LQ = 0,4
µ
g L
-1
, e para o cloreto, LD = 0,2
µ
g L
-1
e LQ = 0,6
µ
g L
-1
, (valores
referentes ao volume de injeção de 700
µ
g L
-1
). Além destes analitos, as amostras também
foram analisadas quanto à presença dos demais íons orgânicos e inorgânicos monitorados
normalmente pelas estações de tratamento de água. Os dados referentes aos demais íons
monitorados, bem como um cromatograma de padrão misto, encontram-se no anexo A. As
amostras também foram caracterizadas através das medidas de pH, condutividade, cor e
turbidez, conforme metodologias padrão
17
.
4.3.7.1 Determinação de ClO
2
em Soluções Concentradas de Clorito
As soluções padrão concentradas de clorito são bastante instáveis, sendo degradas
através da ação da luz e temperatura. Entre os seus produtos de degradação, além do cloreto e
clorato, destaca-se a possível formação de pequenas quantidades de dióxido de cloro. Neste
contexto, foi aplicado o método EPA 327.0 com o objetivo de determinar a concentração do
dióxido de cloro como contaminante de soluções padrão concentradas de clorito.
Para a realização destes ensaios foram utilizadas soluções padrão comerciais de 994 ±
6 mg L
-1
de clorito em água, cujas concentrações foram determinadas periodicamente através
dos métodos iodométrico
17
e espectrofotométrico
31
. O método EPA 327.0 foi realizado
conforme o procedimento descrito anteriormente (item 4.3.2).
46
4.4 Otimização do Método para Dióxido de Cloro
4.4.1 Preparo de Soluções
A solução reagente combinado utilizada no desenvolvimento do método EPA 327.0
contém, além da Lissamina Green B, a Horseradish peroxidase que atua como um catalisador
para a reação de transformação de todo o clorito presente na amostra em dióxido de cloro.
Com o objetivo de analisar somente soluções concentradas de ClO
2
quando gerada nas
estações de tratamento de água, foi preparado um novo reagente combinado, sem a solução de
Horseradish peroxidase, e somente com a solução estoque tamponada de Lissamina Green B.
Assim, preparou-se uma solução tampão de ácido cítrico/glicina na mesma concentração em
que está na solução estoque de HRP (item 4.3.1). O novo reagente LGB foi preparado
adicionando-se, em partes iguais, esta solução tampão e a solução estoque de Lissamina
Green B.
4.4.2 Curva de Calibração do Método
Nos ensaios seguintes, foram utilizadas as soluções de dióxido de cloro obtidas na
ETA B, que o produz a partir da reação de solução de ácido sulfúrico com peróxido de
hidrogênio e solução de clorato de sódio. Por ser gerado diretamente no local onde serão
aplicadas as soluções de dióxido de cloro podem sofrer variações de acordo com alguns
parâmetros, dentre os quais a temperatura ambiente. Desta forma, as concentrações de dióxido
de cloro variaram de acordo com o dia em que foram coletadas. Todas as soluções foram
analisadas pelos métodos iodométrico e espectrofotométrico (item 4.2.1), obtendo-se soluções
com concentrações entre 100 e 200 mg ClO
2
L
-1
.
Para construção da curva de calibração (curva LGB), foram realizadas diluições
adequadas da solução de ClO
2
, obtendo-se 5 pontos da solução na faixa de concentração de
47
0,2 a 2,2 mg L
-1
em ClO
2
. O procedimento realizado para a construção desta curva foi o
mesmo já descrito anteriormente no item 4.3.3, utilizando-se o reagente LGB.
Com o objetivo de otimizar as análises por este método, realizou-se um estudo para
verificar a possibilidade de se utilizar outros comprimentos de onda do espectro do reagente
combinado. Através da análise do espectro, observa-se que à medida que ocorre a reação do
reagente LGB com o dióxido de cloro a absorbância no pico máximo de absorção (636 nm)
vai diminuindo. Isso ocorre devido à degradação da estrutura cromófora do corante Lissamina
Green B através da ação do oxidante ClO
2
. Proporcionalmente, observa-se que um pico na
região do comprimento de onda de 382 nm vai aumentando, indicando ser a formação dos
produtos da degradação do corante. Também é possível observar uma pequena abaulação no
ponto da região mediana do pico máximo de absorção, em 590 nm que mantém a
proporcionalidade em relação ao pico característico em 636 nm.
Cabe salientar que para fins de cálculos, os resultados na região de 382 nm foram
invertidos em relação aos demais, devido ao fato deste pico aumentar no decorrer da reação,
enquanto os demais diminuem. Assim, enquanto para os outros dois picos (636 e 590 nm) os
cálculos da variação de absorbância (
∆
A) foram realizados como sendo o branco menos a
amostra, no pico de 382 nm o cálculo realizado foi da amostra menos o branco, para garantir
que os resultados fossem positivos, conforme as equações a seguir.
Para os
λ
= 636 e 590 nm:
∆A = A
branco
– A
amostra
(12)
Para o
λ
= 382 nm:
∆A = A
amostra
– A
branco
(13)
Neste contexto, os picos de 590 e 382 nm, também foram escolhidos como pontos
alternativos de determinação das concentrações de dióxido de cloro. Desta forma, caso o valor
da absorbância no comprimento de onda de máxima absorção extrapolar o valor de 1,5, pode-
48
se utilizar os outros dois comprimentos de onda para a realização dos cálculos e evitar a perda
total das amostras analisadas .
Como o reagente combinado não foi mais preparado com a HRP, tornou-se mais
flexível em relação às concentrações em que podem ser preparadas. Como as soluções de
dióxido de cloro geradas são bastante concentradas, optou-se por preparar um reagente LGB
com concentração 10 vezes maior que o original. Assim, foram realizados ensaios para
verificar a eficiência do novo reagente LGB 10+ na análise de ClO
2
. Para aumentar ainda
mais a faixa de análise com este reagente, utilizou-se cubetas de quartzo de caminho óptico de
0,1 cm. A nova faixa de concentração foi obtida com 5 pontos da solução de dióxido de cloro
entre 10 e 30 mg L
-1
de ClO
2
.
4.4.3 Análise de Amostras Reais
Foram realizados os mesmos procedimentos de coletas de amostras nas duas estações
de tratamento de água descritos no item 4.3.6. As coletas foram realizadas nos mesmos pontos
das coletas anteriores, que são: água bruta com dióxido de cloro, água decantada, água filtrada
e água tratada. Porém, não as amostras não foram purgadas, visto que a Lissamina Green B
presente no reagente combinado praticamente não reage com o clorito quando na ausência do
Horseradish peroxidase.
Como o escopo do método foi alterado a partir do momento em que se retirou a
enzima da análise, também foram realizadas coletas de soluções concentradas de dióxido de
cloro para que se pudesse avaliar a nova aplicação do método LGB otimizado, conforme o
item 4.3.6. Após, as soluções de dióxido de cloro foram analisadas pelo método LGB
otimizado e como método de referência, utilizou-se a espectrofotometria, conforme
procedimentos já descritos anteriormente.
49
4.4.3.1 Determinação da Demanda de ClO
2
Foram realizados ensaios para a determinação da demanda de dióxido de cloro
requerida pela água bruta. Determina-se a quantidade de dióxido de cloro é necessária para
que seja consumida toda a matéria orgânica e inorgânica presente na água bruta que entra na
estação de tratamento de água. Esses valores são diretamente dependentes das condições
climáticas e ambientais da fonte de captação da ETA, necessitando ser realizado em diversas
condições para elucidar as oscilações inerentes à amostra, permitindo que se utilizem
concentrações de dióxido de cloro que atendam a todas as demandas requeridas. Esse teste é
de fundamental importância para garantir a qualidade do tratamento da água.
O objetivo é tentar quantificar a concentração de dióxido de cloro remanescente, o que
caracterizaria que toda a matéria orgânica foi consumida. Os ensaios de demanda foram
realizados conforme o procedimento do método LGB descrito no item 4.3.2. Nas análises
foram utilizadas soluções de dióxido de cloro com concentrações de 1,0; 1,5 e 2,0 mg L
-1
, e
foram realizadas leituras nos intervalos de tempo de 0 a 30 minutos após a adição do oxidante.
Também foi realizado um ensaio para verificar a possibilidade de se utilizar a
centrifugação como método para eliminar ou diminuir os sólidos em suspensão presente nas
amostras de água bruta. O processo de centrifugação apresenta como vantagem poder ser
aplicado em amostras que contenham dióxido de cloro, uma vez que a perda durante este
processo é muito pequena. Como o objetivo do ensaio era somente avaliar a eficiência do
processo em reduzir a carga de material particulado, os testes foram realizados em amostras
do branco, preparadas com a água bruta e como o reagente combinado. As amostras foram
submetidas a 2000 rotações por minutos durante 5 minutos de centrifugação.
50
4.4.4 Modificações dos Procedimentos de Análise no Método LGB
Para complementar as otimizações realizadas no método, os procedimentos de análise
foram reavaliados para verificar se haveria a necessidade de mantê-los nesta seqüência. As
etapas de adição e remoção de alíquotas dos frascos possivelmente poderiam ser alteradas,
uma vez que o reagente combinado já não continha a Horseradish Peroxidase, no qual
necessitava de condições reacionais mais específicas para atuar de forma eficiente.
Neste contexto, foram criados cinco procedimentos distintos em relação as alíquotas
adicionadas e removidas. Para estas otimizações foram utilizadas, inicialmente, soluções de
dióxido de cloro com concentrações próximas ao ponto 3 da curva de calibração (1,0 mg L
-1
de ClO
2
). Para efeitos de comparação, em todas as análises foi realizado simultaneamente o
método LGB (Procedimento 1) e o procedimento modificado, e todas as amostras foram
medidas com o mesmo tempo reacional, garantindo a veracidade dos resultados. Os cinco
procedimentos são descritos a seguir.
4.4.4.1 Procedimento 1: LGB
Este método foi utilizado como referência para efeito comparativo de resultados. Foi
desenvolvido conforme os procedimentos do método EPA 327.0, porém utilizando o reagente
combinado preparado somente com o corante Lissamina Green B (reagente LGB). A seguir as
instruções são indicadas de forma resumida para uma melhor ilustração dos procedimentos
que foram realizadas.
•
Completar o frasco com a amostra;
•
Remover 1 mL;
•
Adicionar 1 mL da solução tampão de ácido cítrico/glicina;
•
Tampar e misturar por inversão;
•
Remover 1 mL da amostra tamponada;
51
•
Adicionar 1 mL do reagente LGB;
•
Tampar e misturar por inversão.
4.4.4.2 Procedimento 2: Modificação da Ordem de Adição das Alíquotas
A primeira modificação realizada foi em relação à ordem em que se adicionam os
reagentes, uma vez que não é necessário um controle do meio reacional tão expressivo. Isso
nos permite além de eliminar as duas etapas de remoção de alíquotas, diminuir os erros
durante a análise. Assim determinou-se uma nova seqüência de etapas, descritas a seguir.
•
Adicionar 1 mL de solução tampão de ácido cítrico/glicina diretamente no frasco;
•
Adicionar 1 mL do reagente LGB;
•
Completar o frasco com a amostra;
•
Tampar e misturar por inversão.
4.4.4.3 Procedimento 3: Novo Reagente LGB (1:1)
No método 2 foram adicionados separadamente 1 mL do reagente LGB e da solução
tampão. Este é um procedimento que pode ser modificado, preparado-se um novo reagente
LGB no qual estes reagentes já estão misturados na proporção de 1:1 em que são adicionados
na amostra. Desta forma ao invés de se adicionar 1 mL de cada reagente, foi adicionado 2 mL
(com pipeta volumétrica) do novo reagente LGB (1:1). Isso também contribuiu para a redução
dos erros inerentes ao processo, principalmente os relacionados com as pipetas, pois das 4
pipetas iniciais, neste procedimento só uma foi utilizada, e as etapas são descritas a seguir.
•
Adicionar 2 mL (volumétrico) do novo reagente LGB (1:1) diretamente no frasco;
•
Completar o frasco com a amostra;
•
Tampar e misturar por inversão.
52
4.4.4.4 Procedimento 4: Verificação da Ordem de Adição das Alíquotas – Reagente LGB
(1:1)
Realizaram-se ensaios para verificar se o novo reagente combinado tem restrições
quanto à ordem de adição das soluções. Assim, com este objetivo, o procedimento 4 foi
realizado no qual a amostra é adicionada antes do reagente LGB (1:1), conforme está descrito
a seguir.
•
Completar o frasco com a amostra;
•
Remover 2 mL (volumétrico);
•
Adicionar 2 mL (volumétrico) do novo reagente LGB (1:1);
•
Tampar e misturar por inversão.
4.4.4.5 Procedimento 5: Adição Volumétrica dos Reagentes – Reagente LGB (1:1)
Foi verificado que nos frascos utilizados para a preparação das amostras podem
possuir até 3 % de diferença de volume entre si. Observa-se que isto indica uma provável
fonte de erro das análises. Portanto, outro fator otimizado foi a padronização dos volumes
adicionados através do uso de pipetas volumétricas para a adição de amostra e reagentes.
Desta forma pretende-se reduzir os erros relativos a variação de volumes e eliminar a
dependência dos frascos, tornando possível que a análise seja realizada em qualquer frasco
adequado com outros volumes de acordo com a necessidade dos ensaios. O procedimento é
descrito a seguir.
•
Adicionar 2 mL (volumétrico) do novo reagente LGB (1:1) diretamente no frasco;
•
Adicionar 15 mL (volumétrico) da amostra;
•
Tampar o frasco e misturar por inversão.
53
4.4.5 Estudo do Tempo de Reação do Reagente do Dióxido de Cloro
De acordo com o método EPA 327.0, o tempo necessário para a estabilização da
amostra estaria na faixa entre 20 e 40 minutos e o tempo máximo em que se pode analisar
uma amostra depois de coletada é de 4 horas. Como as condições experimentais foram
modificadas completamente tornou-se necessário realizar novos ensaios para determinar o
tempo de reação entre o novo reagente LGB (1:1) e a amostra de ClO
2
. Todos os ensaios
foram realizados conforme o procedimento 5 LGB volumétrico, utilizando solução de ClO
2
diluída 100 vezes em água para que a sua concentração estivesse próxima ao terceiro ponto da
curva de calibração (1 mg L
-1
ClO
2
). Foram realizadas análises com o tempo de 1 a 240
minutos de reação, utilizando a curva de calibração LGB (curva LGB: de 0,2 a 2,2 mg L
-1
de
ClO
2
) para a quantificação dos resultados.
Considerando a elevada volatilidade das soluções de dióxido de cloro, foram
realizados ensaios para a verificação de perdas de amostra por volatilização após a reação do
dióxido de cloro com o reagente LGB (1:1). Para isso foi utilizada um cubeta de quartzo com
tampa de vedação para substâncias voláteis e com caminho óptico de 1 cm. As amostras
foram também analisadas conforme o procedimento do procedimento 5, com tempo de reação
de 10 minutos.
54
5
5
R
R
E
E
S
S
U
U
L
L
T
T
A
A
D
D
O
O
S
S
E
E
D
D
I
I
S
S
C
C
U
U
S
S
S
S
Õ
Õ
E
E
S
S
5.1 Adaptações dos Métodos de Referência para a Padronização das Soluções de Dióxido
de Cloro
Foram realizados ensaios para a determinação das concentrações de dióxido de cloro
com a técnica iodométrica modificada. A concentração da solução titulante tiossulfato de
sódio teve sua concentração aumentada para 0,05 M para melhorar a reação com o dióxido de
cloro e para aumentar a estabilidade desta solução. Além dessa, a solução indicadora de
amido também foi modificada e sua concentração passou para 0,5 %, melhorando a
visualização do ponto final da titulação. O procedimento de adicionar o iodeto de potássio em
excesso diretamente nos frascos erlenmeyers da titulação contribuiu para a diminuição da
perda por volatilização da amostra de dióxido de cloro. Com isso, quando se adicionar o
dióxido de cloro, este começa a reagir imediatamente com o KI formando o íon triodeto, que é
mais estável, minimizando as perdas por volatilização tanto de dióxido de cloro, quanto de
iodo formado. Em todas as amostras os valores do pH foram mantidos na faixa de 3,0 a 4,0,
conforme recomenda o método. Através destes dados, verificou-se que a quantidade de ácido
acético glacial adicionado (5 mL) estaria adequada as condições titulométricas.
Adicionalmente, as modificações realizadas acarretaram em uma melhoria geral dos
resultados entre as replicatas, e os erros analíticos em alguns ensaios, foram reduzidos de
aproximadamente 1 % para menos de 0,1 %, indicando uma excelente reprodutibilidade.
Em relação à prova em branco recomendada pelo procedimento padrão, os resultados
indicaram que não houve uma variação significativa em relação à presença de contaminações.
Como esta etapa de realização desta prova em branco acarretava preparo de soluções de iodo
que são muito instáveis, e necessitavam ser padronizadas diariamente, sendo por tanto de
difícil manipulação, optou-se por não realizá-la nas análises de dióxido de cloro concentradas.
Considerou-se que em termos de confiabilidade de resultados este fato não interferiria de
forma expressiva.
55
Em função da dificuldade de determinar a concentração de dióxido de cloro através do
método iodométrico, foi conduzido um estudo comparativo com outra técnica alternativa. O
método espectrofotométrico apresenta como a maior vantagem ser uma técnica analítica
instrumental rápida e sem a necessidade de se utilizar outros reagentes. Porém, para as
soluções concentradas de ClO
2
há necessidade de diluição devido às altas absorbâncias.
Em todos os ensaios realizados, a iodometria apresentou concentrações de dióxido de
cloro superiores à espectrofotometria. Isso se deve, provavelmente, à baixa seletividade da
titulação iodométrica em relação às espécies cloradas. Na faixa de pH em que foi realizada a
titulação (de 3,0 a 4,0), não é possível distinguir entre o dióxido de cloro, clorito, clorato,
cloreto e hipoclorito, e por este motivo a concentração calculada por este método é maior do
que o valor real
17
. Já na espectrofotometria, o comprimento de onda de máxima absorção do
dióxido de cloro, nenhuma outra espécie clorada absorve, o que confirma a seletividade do
método, conforme indica a Figura 4 a seguir.
Figura 4 – Espectro das soluções de dióxido de cloro, clorito e clorato e cloro 42; 99,4; 996 e 1000 mg
L
-1
, respectivamente.
57
5.2 Implantação do Método EPA 327.0
A Figura 5 apresenta dois espectros característicos, um do corante Lissamina Green B
na forma de reagente combinado LGB/HRP do branco (item 4.3.1). O outro espectro é o da
solução tampão ácido cítrico/glicina que é utilizado em todas as análises deste método. Assim,
pode-se observar que não há interferência na banda de absorção da LGB referente a solução
tampão de ácido cítrico/glicina. Neste pH (6,0 a 6,2), o pico máximo de absorção na região do
visível do reagente combinado é em 636 ± 1 nm. Para as análises das soluções pelo método
EPA 327.0, foi utilizado como branco para o método espectrofotométrico a solução tampão de
ácido cítrico/glicina na diluição em que estão as amostras (15 vezes).
Figura 5 – Espectros da solução reagente combinado RC LGB/HRP como branco e da solução tampão
ácido cítrico/glicina.
58
5.2.1 Curva de Calibração do Método EPA 327.0
Para os procedimentos descritos na metodologia obteve-se a seguinte curva de
calibração para o método EPA 327.0, para o comprimento de onda de 636 nm, indicado na
Figura 6.
Figura 6 – Curva de Calibração do Método EPA 327.0. Concentração de Clorito nos pontos: P1 =
0,20; P2 = 0,48; P3 = 1,0; P4 = 1,6 e P5 = 2,0 mg L
-1
ClO
2
-
.
Como procedimento de verificação da qualidade da curva, cada ponto teve suas
concentrações recalculadas a partir da regressão linear da curva de trabalho. Como variação
aceitável considera-se que os desvios devem estar na faixa entre 70 e 130 % da sua
concentração original, exceto o ponto 1 que pode estar entre 50 e 150 %
3
. Assim, obteve-se a
curva de trabalho plotando-se a concentração de clorito versus a diferença de absorbância
entre o branco e a amostra (y = 2,5354x - 0,3675; R
2
= 0,984). A Tabela 5 mostra as
diferenças percentuais obtidos para os pontos da curva de calibração do método LGB/HRP e
todos os dados estão de acordo com o proposto pelo método.
59
Tabela 5 – Desvios padrões das concentrações nominal e experimental de clorito dos pontos da curva
de calibração do método EPA 327.0.
Pontos da curva
[Clorito] (mg L
-1
)
de calibração Nominal Experimental
Diferença
(%)
P1
0,20 0,13 67
P2
0,48 0,48 101
P3
1,00 1,13 112
P4
1,60 1,65 103
P5
2,00 1,89 94
Através dos dados da Tabela 5 observa-se que todos os pontos estão dentro da faixa
indicada pelo método EPA 327.0. Adicionalmente, é possível ver que o ponto P1 é o que
apresenta a maior porcentagem de desvio em relação os valores teóricos das soluções de
clorito. Considerando que o método EPA 327.0 indica o valor de 0,25 mg L
-1
como o limite
de detecção, o P1 está abaixo do limite de detecção já que este poderia ter uma variação de 50
a 150 %, ou seja, pode variar aproximadamente de 0,13 a 0,38 mg L
-1
clorito.
Considerando a Portaria
2
n° 518, que determina o valor máximo de tolerância para o
clorito de 0,20 mg L
-1
em águas potáveis, o método EPA 327.0 não seria sensível e preciso o
suficiente para detectar esses níveis. Portanto, a principal aplicação deste método, que seria a
determinação de dióxido de cloro e de clorito em águas finais de tratamento de água estaria
prejudicada pelo elevado limite de detecção deste método.
Com o objetivo de reproduzir os dados da primeira curva de calibração (Figura 6), foi
construída uma segunda curva calibração, que demonstrou ser reprodutíveis em relação às
concentrações de clorito. Para estes ensaios, obteve-se a seguinte equação: y = 2,2884x –
0,1202 e o coeficiente de linearidade R
2
= 0,9857, o que demonstra que o método apresenta
boa reprodutibilidade de resultados. Cabe salientar que para fins de cálculos dos resultados
obtidos neste método, utilizou-se a curva 1 LGB/HRP (Figura 6).
60
5.2.2 Análise de Amostras Reais pelo Método EPA 327.0
Construída a curva de calibração inicial, realizaram-se duas coletas de amostra nas
estações de tratamento de água da cidade. A primeira foi realizada na ETA A no qual gera
dióxido de cloro através da reação do gás cloro e da solução de clorito de sódio. O
doseamento da solução de ClO
2
ocorre no ponto de aplicação antes do decantador. Nestas
amostras há uma quantidade significativa de cloro livre devido ao gás cloro que é utilizado no
processo de geração. Os resultados são apresentados na Tabela 6. Para todas as análises, não
foi verificada a presença de dióxido de cloro em concentrações maiores que 0,2 mg L
-1
ClO
2
.
Este resultado provavelmente se deve as características da água coletada, já que este é um
reservatório de água de barragem, e possui grande quantidade de matéria orgânica que
consome todo o ClO
2
quase instantaneamente.
Já para as análises de clorito, as amostras A2 (água bruta com ClO
2
) e A4 (água
filtrada), apresentaram concentrações significativas deste analito. Estas amostras também
foram analisadas por cromatografia iônica e os resultados são apresentados na Tabela 6.
Tabela 6 – Resultados das análises de dióxido de cloro e clorito pelos métodos EPA 327.0 e
cromatografia iônica (C.I.) na Estação de Tratamento de Água A.
[Clorito] (mg L
-1
) [ClO
2
] (mg L
-1
)
Amostras
LGB/HRP
C.I.
Diferença entre
métodos (%)
LGB/HRP
A2 (água bruta com ClO
2
) 0,44 0,68 64,7 <LQ
A4 (água filtrada) 0,14 0,43 31,5 <LQ
A5 (água tratada) <LQ <LQ n.a <LQ
LQ = limite de quantificação; n.a = não analisado
Através da análise dos resultados da tabela, pode-se observar uma grande diferença
nos valores de concentração de clorito entre os métodos EPA 327.0 LGB/HRP e a
cromatografia iônica. Estas diferenças se devem principalmente ao limite de quantificação dos
métodos, uma vez que para cromatografia iônica o LQ é muito menor para este analito,
permitindo quantificar com mais confiabilidade valores de baixas de concentrações de clorito.
Portanto, o método EPA 327.0 LGB/HRP não se apresenta adequado para análise de clorito
61
durante o processo de tratamento de água, nas condições destas estações de tratamento de
água.
Cabe salientar que os resultados desta análise pelo método EPA 327.0 LGB/HRP
podem apresentar erros referentes ao tipo de matriz das amostras. O fato da amostra conter
grande quantidade de cloro livre, revela que a adição da glicina contida nos reagentes pode
não estar em quantidade suficiente para eliminar totalmente a interferência. Outro fator de
considerável relevância é que todas as amostras coletadas durante o processo de tratamento de
água, exceto após o processo de filtração, apresentavam quantidade significativas de materiais
particulados em suspensão. Este tipo de material pode absorver ou refletir parte da radiação
emitida pela fonte do espectrofotômetro aumentando a absorbância da amostra, gerando erros
nos resultados desta análise.
A segunda coleta foi realizada na ETA B, que gera o dióxido de cloro pela reação da
solução de ácido sulfúrico com peróxido de hidrogênio e da solução de clorato de sódio.
Nesta ETA o ClO
2
é dosado no início do bombeamento, logo após a água ser retirada da fonte
de captação, tendo um maior tempo de contato até a chegada na estação. Cabe salientar, que
neste processo de produção o dióxido de cloro não apresenta grandes quantidades de cloro
livre, uma vez que não utiliza gás cloro como reagente para a produção. Porém, pequenas
quantidades são encontradas devido ao fato de se utilizar água potável para diluir a solução de
dióxido de cloro já na concentração adequada para a aplicação na estação de tratamento de
água.
Não foram encontrados valores significativos de dióxido de cloro em nenhum ponto de
coleta desta estação de tratamento, assim como na outra ETA. Os resultados relativos às
análises de clorito não puderam ser comparados com a cromatografia iônica, devido a
problemas técnicos no dia em que foi realizada a coleta. Os resultados são mostrados na
Tabela 7.
62
Tabela 7 – Resultados das análises de dióxido de cloro e de clorito pelo método EPA 327.0 na Estação
de Tratamento de Água B.
LGB/HRP (mg L
-1
)
Amostras
[Clorito] [ClO
2
]
B2 (Aplicação do ClO
2
) 0,51 <LQ
B3 (Decantação) 0,37 <LQ
B4 (Filtração) 0,26 <LQ
B5 (Água Tratada) <LQ <LQ
LQ = abaixo do limite de quantificação
Os resultados das concentrações de clorito nos pontos de coleta foram coerentes, pois
os valores mais elevados foram verificados no início do tratamento de água (B2) e foram
diminuindo ao longo da ETA. Cabe salientar que estes resultados também podem conter erros
relativos ao tipo de matriz destas amostras, mas provavelmente não mais referente à presença
de cloro livre em excesso, devido às características da ETA. A dificuldade maior é referente à
presença de material particulado em suspensão em quantidades significativas em alguns
pontos de coleta da estação de tratamento de água. Assim como na outra coleta, os resultados
também podem ser alterados devido a este tipo de interferência, por ser um método
espectrofotométrico.
Quanto ao monitoramento dos demais íons orgânicos e inorgânicos por cromatografia
iônica, os resultados indicaram que todos os valores de ambas as coletas estiveram dentro dos
limites máximos de tolerância estipulados pela legislação brasileira. O cromatograma típico
de uma água coletada na ETA B encontra-se no anexo A.
Para as análises físico-químicas, todos resultados obtidos tiveram valores dentro da
faixa esperada. Cabe salientar que para a realização destas análises foi necessário realizar uma
filtração prévia nas amostras de água bruta. Isso se deve ao fato das análises de matéria
orgânica por UV, cor e turbidez sofrerem interferência referente à presença de material
particulado em suspensão. A Tabela 8 apresenta alguns dados destas análises que
exemplificam o comportamento encontrado em todas as amostras analisadas. Assim, foram
mostrados somente os dados da água bruta sem e com adição de dióxido de cloro 1 mg L
-1
após aproximadamente 30 minutos de tempo de reação.
63
Tabela 8 – Resultados das análises dos parâmetros físico-químicos nas amostras de água bruta com e
sem a adição de 1 mg L
-1
de ClO
2
, com tempo de reação de 30 minutos.
MO Condutividade
Cor Turbidez
AMOSTRA
(254 nm)
pH
(mS cm
-1
) (mg Pt L
-1
)
(UT)
Água Bruta filtrada
0,59 6,8 76 138 32
Água Bruta filtrada com ClO
2
(B4)
0,57 6,6 82 138 32
5.2.3 Análise de ClO
2
em Soluções Concentradas de Clorito
Os resultados indicaram que há uma pequena quantidade de dióxido de cloro presente
nessas soluções, podendo ser de aproximadamente de 2,5 a 4,3 % em soluções padrão
comerciais de clorito 994 ± 6 mg L
-1
em água. Considerando estes resultados, pode-se afirmar
que este método pode ser utilizado para a determinação do dióxido de cloro presente como
contaminantes de soluções de clorito concentradas. Destaca-se que nenhum outro método
analítico é capaz de quantificar estes contaminantes de forma precisa e rápida.
5.3 Otimização do Método – Método LGB
Considerando que a aplicação principal do método foi modificada para a determinação
de soluções concentradas de dióxido de cloro, algumas condições iniciais foram alteradas. A
primeira modificação realizada foi à preparação do reagente combinado. Como não seria mais
realizada análise de clorito, a utilização da Horseradish peroxidase tornou-se desnecessária.
Assim o reagente combinado foi preparado somente com a Lissamina Green B. Os espectros
dos dois reagentes combinados, o antigo RC LGB/HRP e o novo RC LGB foram comparados
para verificar se houve alguma mudança no comportamento destas soluções. Foi verificado
que ambos os reagentes apresentam os mesmos pontos de absorção característicos, e,
portanto, a ausência da Horseradish peroxidase não alterou o espectro característico.
64
A Figura 7 mostra o espectro do reagente combinado LGB (RC LGB) nos cinco
pontos da curva de calibração além do branco. Através do espectro é possível visualizar os
três comprimentos de onda selecionados para as análises. A utilização destes auxiliam a
elucidar o comportamento deste novo reagente combinado RC LGB. Também possibilitam a
utilização de amostras com concentrações maiores, no qual, se fosse mantido somente a
análise em 636 nm, poderia ultrapassar o valor máximo de absorbância recomendado de 1,5
(faixa de linearidade). Assim, caso alguma análise apresente valores de absorbância
levemente superiores a este valor, pode-se utilizar qualquer um destes outros dois
comprimentos de onda, para a realização dos cálculos de determinação de concentrações de
dióxido de cloro, evitando que se perca algum resultado de amostras analisadas.
Figura 7 – Espectros do reagente combinado RC LGB com diferentes concentrações de dióxido de
cloro nos pontos da curva de calibração. Legenda P1 = 0,23; P2 = 0,47; P3 = 0,93; P4 =1,86; P5 = 2,33
mg L
-1
ClO
2
; B = branco.
65
5.3.1 Curva de Calibração com o Reagente LGB
Utilizando o reagente LGB, e seguindo os procedimentos descritos anteriormente
(item 4.4.2), obteve-se a seguinte curva de calibração, nos três comprimentos de onda que
foram selecionados (636, 590 e 382 nm) indicados na Figura 8 a seguir. A solução de dióxido
de cloro (232 mg L
-1
) foi diluída de 100 a 1000 vezes para a obtenção dos cinco pontos de
construção desta curva de calibração.
Figura 8 – Curva de Calibração LGB com os três comprimentos de onda selecionados (636, 590 e 382
nm), construída com o reagente combinado RC LGB. Concentração de dióxido de cloro nos pontos de
calibração: P1 = 0,23; P2 = 0,47; P3 = 0,93; P4 = 1,86 e P5 = 2,33 mg L
-1
ClO
2
.
Pode-se observar que em qualquer um dos três comprimentos de onda selecionados a
linearidade (R
2
) foi superior a curva de calibração construída com o reagente combinado
LGB/HRP (item 5.2.1). Através da análise das curvas, também é possível visualizar que os
picos selecionados para os cálculos das análises mantêm a proporcionalidade entre si, sendo,
66
portanto, possível determinar as concentrações das soluções de dióxido de cloro com qualquer
um dos três comprimentos de onda de estudo.
O reagente LGB 10+, preparado com concentração dez vezes maior do que o reagente
LGB anterior (item 4.4.1), também foi construída uma nova curva de calibração. Isso permitiu
analisar soluções concentradas de dióxido de cloro sem ter a necessidade de se diluir muitas
vezes, uma vez que a faixa da curva de calibração com o reagente LGB 10+ foi de
aproximadamente 10 a 31 mg L
-1
ClO
2
. Adicionalmente, para que se pudesse construir esta
curva de calibração foi necessário utilizar uma cubeta de quartzo com caminho óptico de 0,1
cm, dez vezes menor do que a utilizada em todos os outros testes. A solução concentrada de
dióxido de cloro (246 mg L
-1
ClO
2
) foi diluída de 8 a 25 vezes. O fator de diluição foi muito
menor do que a curva de calibração construída anteriormente com o outro reagente
combinado. A curva de calibração obtida com o reagente LGB 10+ está indicada na figura 9.
Figura 9 – Curva de Calibração LGB 10+ com os três comprimentos de onda selecionados, 636; 590 e
382 nm; construída com o reagente combinado RC LGB 10+. Concentração de dióxido de cloro nos
pontos de calibração: P1 = 9,84; P2 = 12,30; P3 = 18,45; P4 = 24,60 e P5 = 30,75 mg L
-1
ClO
2
.
67
Novamente se observa através da análise das curvas de calibração da figura 10 que os
três comprimentos de onda selecionados para o estudo, mantêm a proporcionalidade entre si,
confirmando o resultado obtido também na outra curva de calibração. Adicionalmente, a
linearidade (R
2
) foi muito semelhante em todas as curvas deste reagente combinado LGB e a
linearidade superior obtida na curva de calibração método EPA 327.0.
Foram realizados testes para verificar a eficiência do reagente LGB 10+ em determinar
as concentrações de soluções de dióxido de cloro. As amostras de ClO
2
foram diluídas em
água ultrapura, entre 5 e 20 vezes, e foram analisadas utilizando uma cubeta de quartzo com
0,1 cm de caminho óptico, seguindo o mesmo procedimento já descrito anteriormente. Os
resultados indicaram que o reagente LGB 10+ é adequado à quantificação das soluções
concentradas de dióxido de cloro, apresentando erros percentuais em média de 10 %. Esses
dados permitem concluir que é possível modificar a concentração do reagente LGB de acordo
com a faixa de concentração das soluções de dióxido de cloro a serem analisadas, diminuindo
os erros relativos ao fator diluição.
5.3.2 Análise de Amostras Reais
Assim como nas coletas realizadas para a análise de amostras reais pelo método EPA
327.0, também foram realizadas coletas nas duas estações de tratamento de água para testar a
eficiência deste reagente LGB em determinar concentrações de dióxido de cloro residual. As
coletas foram realizadas nos mesmos locais anteriores que são: água bruta com ClO
2
, água
decantada, água filtrada e água tratada. Também foram mantidos os mesmos procedimentos
descritos nos itens (4.4.3). Para fins de cálculos utilizou-se a curva de calibração LGB (curva
LGB: 0,2 a 2,2 mg L
-1
ClO
2
). Cabe salientar que o dióxido de cloro quando é aplicado no
início do tratamento de água é rapidamente consumido pela matéria orgânica da água bruta,
tendo a sua concentração rapidamente reduzida a nível muito baixo ou nulo.
Os resultados indicam que o método LGB utilizado para a determinação de
concentrações de dióxido de cloro residual durante o tratamento de água, é pouco eficiente.
68
Os valores foram inferiores ao primeiro ponto da curva de calibração (0,2 mg L
-1
ClO
2
), e,
portanto se pressupõem que tenha erros significativos. Adicionalmente, os problemas
relacionados com o efeito matriz, permanecem, devido às características da água e dos locais
em que foram coletadas.
Também foram realizados ensaios para se comprovar o que o reagente combinado RC
LGB seria eficaz para a determinação de soluções concentradas de dióxido de cloro. Sendo
assim, foram coletas soluções de dióxido de cloro na estação de tratamento de água B, em
diversos dias e condições ambientais e, portanto, com concentrações iniciais diferentes. Estas
amostras foram analisadas utilizando-se o reagente LGB, e para fins de cálculos utilizou-se a
curva LGB (curva LGB: 0,2 a 2,2 mg L
-1
ClO
2
). Como técnica de referência utilizou-se a
espectrofotometria conforme procedimentos descritos no item 4.2.1.2, e os resultados são
indicados na tabela 9 a seguir.
Tabela 9 – Comparação das Análises de soluções concentradas de dióxido de cloro pelos métodos
espectrofotométrico e LGB.
[ClO
2
] (mg L
-1
)
Solução
de ClO
2
Data Análise
Dias após
coleta
Espectro*
LGB
Diferença entre
Métodos (%)
1 14/jul/06 0 37 30 18,9
7/ago/06 24 32 36 -12,5
20/set/06 68 24 23 4,2
21/set/06 69 24 23 4,2
2 22/ago/06 0 264 282 -6,8
18/set/06 27 225 228 -1,3
19/set/06 28 225 222 1,3
24/nov/06 94 164 168 -2,4
* Método Espectrofotométrico
Pode-se observar através dos dados contido na Tabela 9 que os resultados
apresentaram erros relativamente baixos, sendo a maioria inferior a 7 %. Cabe salientar que as
soluções 1 e 2 correspondem a duas soluções distintas da mesma ETA analisadas no dia 0, ou
seja, no dia em que foram coletas, e as demais datas indicam as outras vezes em que estas
mesmas soluções foram re-analisadas, conforme o indicado na Tabela 9. A variação das
69
diferenças entre as técnicas foi menores na amostra 1. Esses resultados podem indicar que os
erros dos métodos são inferiores em soluções de dióxido de cloro mais concentradas. Porém,
deve-se considerar a possibilidade de que na segunda amostra já havia um maior domínio da
técnica, gerando menos erros.
Através desses dados também é possível verificar a velocidade com que as soluções
concentradas de dióxido de cloro se degradam. Na Figura 10 são mostradas as razões entre a
concentração de dióxido de cloro sobre o valor inicial da amostras 1, se considerarmos a valor
de 37 a 24 mg L
-1
no primeiro e no último dia de analise realizada, sendo que o período de
tempo se refere à aproximadamente dois meses. Para a amostra 2 os valores foram de 264 a
164 mg L
-1
, também para o primeiro ao último dia em que foram realizadas análises, para um
período de aproximadamente três meses.
y = -0.0051x + 0.9947
R
2
= 0.9988
y = -0.0039x + 0.9759
R
2
= 0.9828
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
0 20 40 60 80 100
Tempo de estocagem (dias)
Razão [ClO
2
]
t
/[ClO
2
]
0
[ClO2]o=37 mg/L
[ClO2]o=264 mg/L
Figura 10 – Variação da razão entre a concentração de dióxido de cloro num tempo t e a concentração
inicial das soluções 1 e 2.
70
5.3.2.1 Determinação da Demanda de ClO
2
Os resultados preliminares das análises de demanda de dióxido de cloro requerida pela
água bruta inicialmente não foram eficientes. Os valores foram muito abaixo do último ponto
da curva de calibração (0,2 mg L
-1
ClO
2
). A análise provavelmente apresentou erros devido a
grande quantidade de material particulado em suspensão na amostra de água bruta. Esses
materiais particulados absorvem a radiação emitida pela fonte de radiação do
espectrofotômetro, diminuindo a absorbância a praticamente zero. Adicionalmente as
amostras não são representativas, uma vez que podem apresentar variações na quantidade
deste material.
Uma das maiores dificuldades de se realizar este tipo de análise através do método
espectrofotométrico em águas brutas é devido à presença destes materiais particulados em
suspensão. Adicionalmente, outra grande dificuldade com dióxido de cloro, é que este é
volátil, não permitindo um tempo muito longo de manipulação. Assim, com o objetivo de se
obter um valor estimado da demanda de dióxido de cloro e diminuir ou eliminar as
interferências por partículas em suspensão, as amostras de água brutas foram coletadas e
posteriormente filtradas com membrana de fibra de vidro, conforme o método padrão
16
. Após
serem filtradas, as amostras foram analisadas de acordo com mesmo procedimento do método
LGB. Também foram caracterizadas segundo parâmetros físico-químicos como pH, cor,
turbidez, condutividade e matéria orgânica (MO) por espectrofotometria ultravioleta
16
, com o
objetivo de garantir que as características da água bruta permaneceriam semelhantes antes e
após ser filtrada. A Tabela 10 a seguir mostra os resultados do método LGB obtidos neste
teste.
71
Tabela 10 – Resultado das análises de demanda de dióxido de cloro requerida pela água bruta filtradas
com membrana de fibra de vidro.
Amostra
[ClO
2
] inicial
(mg L
-1
)
Tempo de
reação (min)
[ClO
2
] residual
(mg L
-1
)
1,0 15 0,20
30 <LQ
1,5 5
<LQ
15
<LQ
30
<LQ
2,0 5 0,61
15 0,58
Água Bruta Guaíba Filtrada
60 <LQ
LQ = abaixo do limite de quantificação; 0,2 mg L
-1
ClO
2
Através da análise dos dados pode-se verificar que a dosagem de 1 mg L
-1
de ClO
2
foi
praticamente toda consumida nos primeiros 15 minutos de reação, e em 30 minutos já estava
em concentrações muito baixas para serem quantificadas com precisão adequada. Já os
resultados referentes às dosagens de 1,5 mg L
-1
de ClO
2
72
Porém, que este processo de filtração pode remover o dióxido de cloro, e por isso deve ser
realizado antes de adicioná-lo.
Nos testes referentes à verificação da redução da carga de material particulado pelo
processo de centrifugação as amostras de branco foram submetidas a 2000 rotações por
minuto durante 5 minutos. Observou-se uma redução da absorbância de até 7,2 % nas
amostras após estas passarem pela centrifugação. Esses resultados indicaram que este
processo pode auxiliar na redução dos sólidos em suspensão presentes em amostras sem
causar interferências no método.
5.3.3 Modificações dos Procedimentos de Análise
Os resultados obtidos nos teste anteriores comprovaram que o reagente combinado
LGB atende adequadamente as determinações de concentrações de soluções de dióxido de
cloro. Os dados indicam que as análises de dióxido de cloro não foram afetadas pela retirada
da Horseradish peroxidase da composição do reagente combinado, e inclusive os resultados
se aproximaram mais dos valores reais de concentração, indicando haver uma diminuição dos
erros e uma melhor reprodutibilidade do método. No entanto, a utilização deste método ainda
requer diversas etapas de adição e remoção de alíquotas de reagente, e isso também pode
acarretar um somatório de erros, além de dificultar o desenvolvimento da técnica. Como o
objetivo de otimizar este método é poder deixá-lo mais eficiente para determinar as
concentrações de soluções de dióxido de cloro, além de torná-lo mais rápido e de fácil
manuseio, se realizaram ensaios para poder elucidar um procedimento mais adequado as
novas necessidades requeridas.
Para os de cálculos destes ensaios foi utilizada a faixa de concentração da curva LGB
(curva LGB: 0,2 a 2,2 mg L
-1
de ClO
2
). Todas as soluções de dióxido de cloro a serem
analisadas foram diluídas 100 vezes em água ultrapura para que estivessem próximas ao ponto
3 da curva de calibração (1 mg L
-1
ClO
2
). Como teste padrão para comparação dos resultados,
se realizou um teste com o procedimento 1. Cabe salientar que todas as soluções de dióxido
73
de cloro que foram analisadas foram quantificadas também por espectrofotometria,
simultaneamente com os demais testes para garantir a confiabilidade dos resultados. Para
padronizar as análises, foram realizadas leituras nos tempo de reação de 20 (R1) e 40 (R2)
minutos. Porém, os resultados destes ensaios que foram apresentados mostram somente os
dados referentes à replicata 1 (20 minutos), pois todos os valores foram muito semelhantes
entre os dois tempos de análise. A Tabela 11 a seguir mostra de forma resumida os
procedimentos dos e métodos otimizados que foram descritos no item 4.4.4 anteriormente.
74
Tabela 11 – Resumo dos procedimentos modificados do método LGB.
PROCEDIMENTOS
1
2
3
4
5
LGB
Modificação da
ordem de adição
dos reagentes
Novo reagente
combinado RC LGB
(1:1)
Verificação da ordem
de adição das alíquotas
– RC LGB (1:1)
Adição Volumétrica
dos reagentes – RC
LGB (1:1)
* Completar o frasco
com a amostra;
* Remover 1 mL;
* Adicionar 1 mL da
solução tampão;
* Tampar e misturar por
inversão;
* Remover 1 mL da
amostra tamponada;
* Adicionar 1 mL do RC
LGB.
* Adicionar 1 mL de
solução tampão;
* Adicionar 1 mL do
RC LGB;
* Completar o frasco
com a amostra;
* Adicionar 2 mL
(volumétrico) do RC LGB
(1:1);
* Completar o frasco com
a amostra;
* Completar o frasco com
a amostra;
* Remover 2 mL
(volumétrico);
* Adicionar 2 mL
(volumétrico) do RC LGB
(1:1);
* Adicionar 2 mL
(volumétrico) do RC LGB
(1:1);
* Adicionar 15 mL
(volumétrico) da amostra;
74
75
Inicialmente foi avaliada a influência da ordem de adição dos reagentes durante a
análise de ClO
2
. Segundo o método EPA 327.0, os reagentes são adicionados na seguinte
ordem (tabela 11): 1°) Amostra, 2°) Solução Tampão de Ácido Cítrico/Glicina e 3°) Reagente
Combinado RC LGB/HRP. Essa ordem era necessária principalmente pela presença da
enzima (Horseradish peroxidase, HRP) que necessita de um meio reacional controlado, ou
seja, com o pH adequado para que ocorresse a reação. Como a HRP foi removida da
composição do reagente combinado, sendo este preparado somente com o corante Lissamina
Green B, já não é mais necessário manter essa ordem de adição dos reagentes. Neste contexto,
as próximas otimizações realizadas foram em relação à ordem de adição dos reagentes.
O procedimento 2 modificou a ordem de adição destes reagentes. Assim, adicionam-se
primeiramente os reagentes, solução tampão de ácido cítrico/glicina e o RC LGB e após, o
frasco é completado com amostra. Através da análise dos resultados contidos na Tabela 12,
pode-se observar que, em comparação ao procedimento 1 padrão a diferença entre os métodos
ainda é bastante expressiva, no qual os desvios foram de até 10 % entre os métodos padrão e o
alternativo. Porém o último resultado já se mostrou mais adequado, indicando ser possível
diminuir os erros deste método.
76
Tabela 12 – Dados comparativos das análises de quantificação das soluções de dióxido de cloro entre
o procedimento 1 e os procedimentos alternativos otimizados (2, 3 e 5).
[ClO
2
] (mg L
-1
)
Métodos
Padrão Alternativo
Diferença entre
métodos (%)
2 – Modificação da ordem de adição dos reagentes
184 201 9,2
185 205 10,8
169 171 1,1
3 – Novo reagente combinado RC LGB (1:1)
182 181 -0,7
169 178 5,5
5 – Adição Volumétrica dos reagentes – RC LGB (1:1)
169 170 0,4
168 167 -0,2
169 164 -3,2
Esses dados iniciais do procedimento 2 indicam que não há a necessidade de se manter
a seqüência de adição e remoção de alíquotas proposta pelo método EPA 327.0, eliminado-se
duas etapas de remoção de alíquotas que dificultavam o desenvolvimento desta técnica. No
entanto os erros se mantiveram na ordem de 10 % e a reprodutibilidade ainda não está
adequada. Para melhorar o desempenho optou-se por prepara um novo reagente LGB. Este
estaria preparado já na concentração em que á adicionado na amostra, ou seja, preparado
através da adição de 1 mL do reagente LGB acrescido de 1 mL da solução tampão de ácido
cítrico/glicina, na proporção de 1:1. Assim, o novo reagente foi chamado de reagente LGB
(1:1), e foram criados os procedimentos 3, 4 e 5. O volume adicionado da alíquota passou a
ser 2 mL adicionados volumetricamente para manter a mesma proporção do método original.
No procedimento 3, primeiro se adiciona o reagente LGB (1:1) e após o frasco é
completado com a amostra e para verificar a necessidade de se manter a ordem de adição dos
reagentes, o procedimento 4 foi proposto no qual primeiramente o frasco é preenchido com a
amostra, remove-se uma alíquota de 2 mL e adiciona-se o mesmo volume do reagente
combinado.
77
Os resultados do procedimento 3, em comparação ao 1, também estão apresentados na
Tabela 13. Percebe-se um melhora considerável em relação aos desvios das técnicas, sendo
estes inferiores a 6 %. Isso indica que o novo reagente LGB (1:1) pode ser utilizado nas
análises de determinação de concentrações de solução de dióxido de cloro. Adicionalmente, o
procedimento com este reagente combinado foi facilitado, pois se eliminou mais uma etapa de
adição de reagentes, já que se passou a adicionar uma alíquota única de 2 mL e não mais 1
mais 1 mL de cada reagente.
Os resultados de ambos método foram praticamente idênticos, ou seja, confirmam que
não há necessidade de se manter a ordem de adição inicialmente proposta. O fato de se
adicionar primeiro o reagente combinado seguido da amostra facilitou ainda mais a aplicação
de técnica em campo, principalmente por eliminar todas as remoções de alíquotas.
Todos os frascos utilizados para a realização destes ensaios foram analisados,
determinando-se os volumes de cada um. Estes frascos que são comercializados como sendo
de 15 mL tem a sua capacidade maior quando preenchidos completamente, como é o caso das
análises realizadas por estes métodos. Considerando os volumes determinados percebeu-se
que havia uma variação de até 3 % entre eles, o que pode ser significativo nos resultados
obtidos por esta técnica. Adicionalmente o fato de se ter que completar o frasco com a
amostra até não formar headspace pode induzir a um eventual derramamento de amostra, já
que este está completamente cheio. Portanto, os desvios obtidos nos resultados também
podem ser relativos a estas variações de volumes nos frascos que estão sendo utilizados.
A necessidade de não se ter headspace nos frascos com as amostras a serem analisadas
foi proposto pelo método EPA 327.0 devido a dois motivos principais. O primeiro refere-se
ao dióxido de cloro presente na amostra ser volátil e com a ausência de ar dentro do frasco de
análise, as perdas por volatilização seriam minimizadas. Segundo, diz respeito à presença da
Horseradish peroxidase, que ao entrar em contato com o oxigênio presente no ar ambiente,
poderia ser oxidada, diminuindo a sua atividade enzimática. Como o reagente combinado não
é mais preparado com a HRP, não há mais a necessidade de se manter este procedimento.
Adicionalmente, quando se adiciona a amostra de dióxido de cloro o frasco já contém o
reagente combinado, diminuindo as possibilidades de perdas por volatilização. Portanto,
78
pode-se afirmar que não há mais a necessidade de se trabalhar sem ter headspace nos frascos
que contém as amostras a serem analisadas.
Para poder reduzir ou eliminar as variações dos volumes, diminuindo os erros, optou-
se por adicionar de forma volumétrica os 15 mL de amostra que são necessários para a
realização da análise. Mesmo com a adição de mais 2 mL referentes ao reagente LGB (1:1),
em todos os frascos haverá a formação de espaços com ar, devido a capacidade destes frascos
ser de 15 mL quando são completados. Considerando o fato de todos os frascos terem
headspace, e que o volume adicionado de reagente combinado permaneceu constante, pode-se
afirmar que o volume da amostra adicionado será menor de que nos procedimentos anteriores.
Portanto, as absorbâncias nas análises tiveram um pequeno acréscimo devido a maior
disponibilidade do reagente. Porém, como os cálculos são baseados na diferença de
absorbância entre o branco e a amostra, e esta se mantém constante, pois o incremento foi na
mesma proporção para todas as análises, os resultados devem se manter próximos aos obtidos
pelos demais métodos. Porém, todas as análises respeitaram o limite de absorbância de 1,5 ±
0,1.
Neste contexto, o procedimento 5 é baseado na adição (volumétrica) inicial de 2 mL
seguido de 15 mL de amostra nos frascos, e os resultados são indicados na tabela 12. Nota-se
que os erros percentuais entre os procedimentos diminuíram significativamente sendo
inferiores a 3,5 %. Conclui-se, portanto, que a presença de ar no interior dos frascos não
alterou a quantificação das soluções de dióxido de cloro. Com estas otimizações os
procedimentos de análises passaram a ser mais rápidos e precisos. Os desvios foram reduzidos
consideravelmente, indicando que houve uma estabilidade maior nas análises de soluções de
dióxido de cloro.
Para poder verificar a reprodutibilidade do procedimento 5 foram realizados quatro
teste com os métodos brancos foram preparados seqüencialmente. Estes resultados devem ser
muito próximos, pois todos são preparados com água ultrapura, seguindo o mesmo
procedimento. Obtiveram-se os valores de 1,63; 1,64; 1.63 e 1,61 mg L
-1
ClO
2
para os teste 1,
2, 3 e 4, respectivamente. Com estes valores, os desvios foram de 0,94 %, valor este
considerado muito baixo se comparado com qualquer outro valor dos desvios obtido em todos
79
os ensaios. Isso indica que este é o procedimento que mais adequado para o desenvolvimento
do método. Adicionalmente, a utilização do reagente LGB (1:1) auxiliou na melhoria da
técnica, facilitando a sua aplicação. A confirmação de que a presença de headspace não
interfere de forma significativa nas análises, possibilitou a utilização de outros frascos para a
reação, que não obrigatoriamente estes frascos de 15 mL.
Assim, o procedimento 5 foi o mais adequado a ser aplicado em amostras de campo.
Isso porque se tornou possível se preparar antecipadamente os frascos contendo a quantidade
de reagente LGB (1:1) adequada, e que estes sejam levados até a estação de tratamento de
água onde se gera a solução concentrada de dióxido. Adicionalmente, como não há mais a
obrigatoriedade de se utilizar os frascos com volumes de 15 mL, pode-se variar a quantidade
de reagente combinado e a amostra de acordo com o que for mais conveniente para a análise.
Cabe destacar que também é possível modificar as concentrações da solução reagente
combinado utilizado, conforme foi apresentado no item 4.4.2. Assim, o método LGB tornou-
se mais rápido e preciso, além de permitir que se realizem ajustes de acordo com as
necessidades do local onde serão realizadas as coletas.
Nos ensaios referentes à influência da diluição realizada na amostra nos resultados das
análises foram utilizados com soluções de dióxido de cloro. Soluções de dióxido de cloro com
diluições de 83, 100 e 333 vezes para que ficassem próximos aos pontos 4, 3 e 2,
respectivamente da curva de calibração do método (curva LGB: 0,2 a 2,2 mg L
-1
de ClO
2
). Os
procedimentos 1, 3 e 5 foram utilizados nestes ensaios. Os resultados indicam que para todos
os métodos testados os melhores valores foram obtidos quando a solução de dióxido de cloro
foi diluída 100 e 83 vezes. Diluições muito grandes, como as de 333 vezes causaram desvios
maior quando comparados com as demais, independente do método que for utilizado. A
Tabela 13 a seguir mostra os valores dos desvios para cada diluição.
80
Tabela 13 – Resultados das análises de dióxido de cloro diluído 83, 100 e 333 vezes realizados nos
procedimentos 1, 3 e 5.
Diluição [ClO
2
] (mg L
-1
)
Procedimentos
(x) LGB Espectro*
Diferença8ónç244q8.33333 0.74(3(c)-1293844.32873(ç)3.742447d-736.7424473.74(c)3.7m)12.5172(g)-0.295585( %.746299(g)-3.39556(G)7. m3845 5761 58-2.167 6(T) 4 ref3Tm8-2.167 25 4 ref3638-2.167 282.33333 0 0 cm BT/R7 12 Tf0.99941 0 0 1 136.8 682.28 Tm[(P)10.7(r)48’/R86(f))-0.14949747m 2r0 0 8.33333228750768.67 4 4 ref2228749968.67 4 4 ref2291 5850768.6724 ref2291 5849968.6724 ref229995850768.6ET4 ref229995849968.6ET4 ref2261 5850768.6724 ref2261 5849968.6724 ref227695850768.65904 ref227695849968.65904 ref23Tm850768.6724 ref23Tm849968.6724 ref233715850768.6E744 ref233715849968.6E7 4 ref3849 5850768.6724 ref249 5849968.6724 ref2381 5850768.67174 ref2381 5849968.67174 ref2 0 cm BT/R8 11.984 Tf0.999459 0 0 1 520.68 774.56 Tm( )Tj]TJ 62874(o)-0.2J-6.0069413-6.006789(m)1381 ’/m3 4 -6.003277 1669 4.39231623333 7.15818()-0.10069410-0.10069410-0.1006789(m)13607621 1-0.10069418-6.0069417-0.1006789(m)1370764m3 0 -6.003277 1669 4 136.8 682.28 Tm[(P)10.7(r)2424.686(0 0 8.0 0 1 520.68 774.56 Tm( )Tj]T4.333.33333 [13-6.0069413-6.0069413-6.006789(m)13607621 2-6.0069412-6.0069411-6.006789(m)1c)34QG3 6 -6.003277 1669 4 136.8 682.28 Tm[(P)10.7(r55646.686(030 8.0 0 1 520.68 774.56 Tm( )Tj0.655646.686([7m)12.4684052–-0.10069411669 4 136.8 682.28 Tm[(P)10.96655646.686([7N7.2015044749747v49747749747m)12.51779B)R7.20146(u)-2873(aQq3818 56(L)667]TJ/R0561(o)-0.295585(s)-1.23025(0561(o)m)12.51779B)-3.39555( )-2001.33(E)-3.395566)m1L
81
5.3.4 Estudo do Tempo de Reação do Dióxido de Cloro
Os testes anteriores indicaram que o melhor procedimento de adição de reagentes para
a análise de soluções concentradas de dióxido de cloro é o descrito pelo procedimento 5.
Também se pode concluir que o reagente LGB (1:1) é eficiente e oferece como grande
vantagem à possibilidade de se adicionar uma alíquota única, pois este já está preparado para
reagir diretamente com a amostra. Cabe salientar que os tempos de reação de 20 e 40 minutos
foram determinados conforme o proposto pelo método EPA 327.0. Porém, como o reagente
combinado já não apresenta mais a enzima (HRP), provavelmente não necessite mais um
tempo de reação tão longo. Neste contexto, foram realizados ensaios para elucidar o melhor
tempo de reação do reagente LGB (1:1) no procedimento descrito pelo procedimento 5.
O primeiro teste realizado foi para verificar a se a velocidade de reação entra o
reagente LGB (1:1) se mantém no mesmo intervalo de tempo indicado pelo método EPA
327.0. Assim, as amostras foram analisadas no intervalo de tempo de até 40 minutos e os
resultados são apresentados na figura 11.
0
40
80
120
160
200
1 5 10 20 40
Tempo de Reação (min)
Figura 11 – Gráfico dos valores das concentrações da solução de dióxido de cloro em função do tempo
de reação com o reagente combinado RC LGB (1:1).
[ClO
2
] (mg L
-
1
)
82
Os dados indicaram que a reação que ocorre é praticamente instantânea já que no
primeiro minuto a reação já é completa. No intervalo de tempo de 1 a 10 minutos, o
decaimento da concentração foi de aproximadamente 2 %, chegando a um total de 3,2 % no
tempo final testado (40 minutos). Os resultados indicaram que as amostras podem ser
analisadas rapidamente após a mistura com o reagente LGB (1:1). Adicionalmente, se a
análise for realizada num período de até 40 minutos, os resultados não serão
significativamente modificados.
Para avaliar o tempo máximo em que uma amostra pode ser analisada depois de ser
tratada com o reagente LGB (1:1) foram realizados ensaios num intervalo de tempo de 1 a
240 minutos. O tempo máximo foi estipulado através da indicação do próprio método EPA
327.0, que recomenda um tempo máximo de análise de 4 horas após ser coletada. Também foi
calculada a taxa de decaimento da concentração de dióxido de cloro neste período. Os
resultados estão apresentados na Tabela 14 a seguir.
Tabela 14 – Resultados dos testes do tempo de reação de dióxido de cloro com o reagente combinado
RC LGB (1:1) segundo o procedimento 5.
Tempo de Reação [ClO
2
] Diferença
(min) (mg L
-1
)
(%)
1
162 100,0
5
161 99,7
10
160 98,8
15
158 97,3
20
157 96,8
40
156 96,4
60
153 94,7
120
149 92,3
240
149 92,2
Os resultados do estudo sobre tempo de reação do dióxido de cloro com o reagente
LGB (1:1) indicam que esta ocorre quase instantaneamente, uma vez que o valor máximo da
concentração da solução ocorre no primeiro minuto de reação. Adicionalmente, nota-se que
83
há uma pequena redução dos valores com o aumento do tempo de reação. Para um período
240 minutos a redução percentual no valor de concentração foi de até 7,8 %. Adicionalmente,
a determinação da taxa de decaimento da concentração em função do tempo de reação permite
que os valores obtidos das análises sejam corrigidos, diminuindo ainda mais os erros da
técnica. Através destes ensaios pode-se observar e confirmar que a amostra, após ser tratada
com o reagente LGB (1:1) é relativamente estável por até 4 horas. Isso permite levar aos
locais de coleta os frascos já prontos, contendo o volume adequado do reagente combinado.
Desta forma a técnica se tornou mais fácil, permitindo maior agilidade nas coletas de campo.
O gráfico a seguir (Figura 12) ilustra a taxa de decaimento da concentração da solução
de dióxido de cloro indicada na Tabela 15. Percebe-se que a taxa de decaimento tem um
comportamento logarítmico, onde se observa um maior declínio da concentração nos
primeiros 20 minutos de reação. Através da determinação desta taxa de decaimento
(y = -2,6721Ln(x) + 164,35) de concentração de dióxido de cloro, torna-se possível que se
corrija os valores obtidos nas análises de acordo com o tempo de reação.
y = -2,6721Ln(x) + 164,35
R
2
= 0,8946
145
150
155
160
165
170
0 100 200 300
Tempo de Reação (min)
Figura 12 – Curva de decaimento da concentração de dióxido de cloro em função do tempo de reação
com o reagente LGB (1:1) realizado conforme o procedimento 5.
[ClO
2
] (mg L
-
1
)
84
Este estudo permitiu melhorar a aplicação da técnica em amostras de campo. A
possibilidade de se criar tabelas de correção de resultados de acordo com o tempo de análise
contribuiu significativamente para a redução dos erros do método.
85
6
6
C
C
O
O
N
N
C
C
L
L
U
U
S
S
Õ
Õ
E
E
S
S
Para o método EPA 327.0, as amostras que foram coletas em todos os pontos das
estações de tratamento de água não apresentaram quantidades de dióxido de cloro suficientes
para serem quantificadas. Isso provavelmente foi devido ao fato de se utilizar o ClO
2
somente
como pré-oxidante. Nesta etapa, evita-se a formação dos trihalometanos e faz com que
praticamente todo o dióxido de cloro é consumido já nas primeiras etapas do processo de
tratamento de água.
Pode-se verificar através dos resultados a impossibilidade de se monitora as
concentrações deste analito durante o tratamento de água, pois as amostras coletadas antes da
etapa da filtração apresentam grandes quantidades de sólidos em suspensão o que causa erros
referentes ao efeito matriz. Adicionalmente, as concentrações de dióxido de cloro residual são
muito baixas, praticamente nula, devido a sua aplicação ser como pré-oxidante. Neste
contexto, o método EPA 327.0 não é recomendado para as determinações de dióxido de cloro
residual em amostras de águas coletadas durante o processo e quando o dióxido de cloro é
aplicado somente como pré-oxidante no tratamento de água.
Os resultados referentes às análises de clorito em amostras de águas potável pelo
método EPA 327.0 também não foram adequados. Primeiramente devido ao fato de que o
limite de detecção do método é de 0,25 mg L
-1
ClO
2
enquanto o primeiro ponto da curva de
calibração indicada pelo método tem o valor de 0,20 mg L
-1
ClO
2
. Questiona-se como um
método desenvolvido para a determinação deste analito em águas potáveis, não é capaz de
determinar os valores estipulados pelas legislações. Considerando a possível toxicidade do
clorito quando em concentrações elevadas e as tendências mundiais de se reduzirem os limites
máximos de tolerância de compostos que possam causar danos à saúde humana, pode-se
concluir que o método EPA 327.0 pode não ser eficaz para as determinações das
concentrações deste analito de forma que possa garantir a qualidade da água tratada.
Nas modificações que foram realizadas para tornar o método aplicável a amostras de
soluções concentradas de dióxido de cloro os resultados foram bastante satisfatórios. A
86
preparação do reagente diretamente na concentração em que é aplicado, na amostra, reduziu
duas etapas dos procedimentos da técnica. O reagente combinado RC LGB (1:1) mostrou ser
bastante estável e de fácil utilização. Adicionalmente, a retirada da Horseradish Peroxidase da
preparação do reagente, não modificou a performance da Lissamina Green B para a
determinação do dióxido de cloro. Outra vantagem deste reagente é a possibilidade de se
modificar as concentrações de preparo para que estas sejam mais adequadas as necessidades
locais.
Os procedimentos de análise foram modificados e otimizados para melhorar a
reprodutibilidade dos resultados. Assim, foi desenvolvido, aplicado e otimizado um método
no qual se adiciona os reagentes e a amostra de forma volumétrica. Neste procedimento
utiliza-se o reagente combinado RC LGB (1:1) que pode ser adicionado previamente nos
frascos, permitindo que estes sejam preparados antecipadamente para poderem ser levados até
o local de coleta, necessitando somente a adição da amostra. Adicionalmente como o método
é preparado utilizando vidrarias volumétricas, não há mais a necessidade de se utilizar os
frascos de 15 mL, podendo o volume ser ajustado de acordo com a necessidade das análises.
Através da análise dos espectros dos reagentes combinado em diversos ensaios com o
dióxido de cloro pode-se visualizar a possibilidade de se utilizar outros dois comprimentos
sem perdas ou erros adicionais. Isso permite que as amostras que eventualmente tenhas seus
valores de absorbância superiores a 1,5 no comprimento de onda característico, possam ser
analisadas em quaisquer uns dos picos sem que haja a perda das amostras. Esse estudo tornou
mais fácil a análise de soluções concentrada de dióxido de cloro.
O estudo do tempo de reação permitiu verificar que a análise pode ser realizada de
forma praticamente instantânea, não necessitando mais aguardar a estabilização da amostra. A
reação da solução de dióxido de cloro e o reagente combinado ocorre por completa no
primeiro minuto. Adicionalmente, também foi possível determinar a taxa de decaimento da
concentração da amostra ao longo do tempo de reação. Desta forma pode-se realizar a medida
em até 4 horas após a coleta, e utilizar a taxa de decaimento para corrigir os valores obtidos,
sem causar erros nos resultados finais.
87
Todas as modificações que foram realizadas geraram um método preciso e rápido para
a determinação de soluções concentradas de dióxido de cloro. Adicionalmente o método
permite uma melhor aplicação em campo, uma vez que os frascos onde ocorrerá a reação
podem ser previamente preparados com as quantidades adequadas de reagente combinado.
Também permite um tempo maior entre a coleta das amostras e as análises, sem gerar uma
quantidade significativa de erros nos resultados obtidos que são corrigidos utilizando-se a
curva da taxa de decaimento das concentrações das soluções de dióxido de cloro.
Através deste trabalho de pesquisa foi possível otimizar e avaliar um método
alternativo para a determinação de soluções concentradas de dióxido de cloro que são
produzidos em estações de tratamento de água. Este novo método é rápido e preciso e se torna
atrativo para ser aplicado nas ETAs e nas demais empresas que produzam dióxido de cloro e
necessitem quantificar estas soluções para garantir a qualidade do processo no qual esta é
empregada.
88
7
7
R
R
E
E
F
F
E
E
R
R
Ê
Ê
N
N
C
C
I
I
A
A
S
S
B
B
I
I
B
B
L
L
I
I
O
O
G
G
R
R
Á
Á
F
F
I
I
C
C
A
A
S
S
1 LI, J. W., et al, Trihalomethanes Formation in Water Treated with Chlorine Dioxide,
Water
Research
, 30, 2371-2376, 1996.
2 Norma de qualidade de água para consumo humano, Portaria n
º
518, de 26 de março de
2004, Ministério da Saúde, Brasil.
3 EPA Method 327.0, Determinations of Chlorine Dioxide and Chlorite Ion in Drinking
Water using Lissamine Green B and Horseradish Peroxidase with Detection by Visible
Spectrophotometry, US,
Environmental Protection Agency
, Cincinnation, Ohio, 2005.
4 Disponível em: www.sabesp.com.br/o_que_fazemos/captacao_e_distribuicao_de_agua/
tratamento_de_agua.htm. Acesso em: outubro de 2005.
5 FILHO, S. S. F., Avaliação da Aplicação do Cloro e Dióxido de Cloro no Abastecimento,
Relatório Técnico, São Paulo.
6 CAMPOS, S. X; BERNARDO, L. D; VIEIRA, E. M., Influência das Características das
Substâncias Húmicas na Eficiência da Coagulação com Sulfato de Alumínio,
Eng. Sanit.
Ambien
, 10,194-199, 2005.
7 Noij, T., Identification of new and uncharacterized disinfection by-products in drinking
water,
ILSI Report
, Washington DC, 42-45pg, 1999.
8 Guidance Manual Alternative Disinfectants and Oxidants,
EPA 815-R-99-014
, U. S., 1999.
9 SILVA, L. M., JARDIM, W. F., Trends and Strategies of Ozone Application in
Environmental Problems,
Química Nova
, 29, 310-317, 2006.
89
10 CHANG, C. Y., et al, The Formation and Control Disinfection by-products Using Chlorine
Dioxide,
Chemosphere
, 41, 1181-1186, 2000.
11 VERSCHETTI, E, et al, Inorganic by-products in Waters Disinfected with Chlorine
Dioxide,
Microchemical Journal
, 79, 165-170, 2005.
12 PINKERNELL, U., et al, Methods for the Photometric Determination of Reactive Bromine
and Chlorine Species with ABTS,
Water Research
, 34, 4343-4350, 2000.
13 Korn, C.; Andrews, R.C; Escobar, M.D., Development of Chlorine Dioxide-related by-
product Models for Drinking Water Treatment
, Water Research
, 36, 330, 2002.
14 Chlorite and Chorate in Drinking-water. Background document for development of WHO
Guidelines for Drinking-water Quality. World health organization, 2005.
15 GORDOM, G., ROSEMBLATT, A. A., Chlorine Dioxide: The Current State of the Art,
Ozone: Science and Engineering
, 27, 203-207, 2005.
16 Disponível em: http://www.epa.gov/safewater/contaminants/index.html#1, Acesso em
janeiro de 2007.
17 APHA. Standard Methods for the Examination of water and wastewater. American Public
Health Association, Washington, DC. 1992.
18 JIANG, Z., L., ZHANG, B., M, LIANG A., H., A New Sensitive and Selective
Fluorescence Method for Determination of Chlorine Dioxide in Water Using Rhodamine S,
Talanta
, 66, 783-788, 2005.
19 GAUW, R. D, et al, High Resolution Spectrophotometry for identification of Chlorine
Dioxide in Concentrated Chlorine Solutions,
Talanta
, 50, 1073-1078, 1999.
90
20 TZANAVARAS, P. D., et al, Review of Analitical Methods for the Determination of
Chlorine Dioxide,
Central European Journal of Chemistry
, 5 (1), 1-12, 2007.
21 HARP, D. L., Current Tecnology of Chlorine Analysis for Water and Wasterwater,
Technical Information Series – Booklet n° 17, U.S., 1999.
22 MOBERG, L., KARLBERG, B., An Improved N,N’-diethyl-p-phenylenediamine (PDP
Method for the Determination of Free Chlorine Based on Multiple Wavelength Detection,
Analytica Chimica Acta
, 407, 127-133, 2000.
23 CHISWELL, B., O’HALLORAN, K. R., Use of Lissamine Green B as a
Spectrophotometric Reagent for the Determinations of Low Residual of Chlorine Dioxide,
Analyst
, 116, 657-661, 1991.
24 HORMANN, R., ANDREWS, R. C., YE, Q., Comparison of Spectrophotometric Methods
for Measuring Chlorine Dioxide in Drinking Water,
Environmental Technology
, 19, 761-
773, 1998.
25 GREEN, F. J., et al, The Sigma-Aldrich Handbook of Stains, Dyes and
Indicators; Milwaukee:
Aldrich Chemical
, 1991.
26 ELLENBERGER, C. S, Water Quality Impacts of Pure Chlorine Dioxide Pretreatment at
The Roanoke County (Virginia) Water Treatment Plant,
Master of Sci3.39556(n)-4.5ey
91
29 Standard Reference Material 1935, Potassium Dichromate Solution for Use as an
Ultraviolet Absorbance Standard, U.S., 2001.
30 KÖRTVÉLYESI, Z., GORDON, G., Chlorite Íon Interference in the Spectrophotometric
Measurement of Chlorine Dioxide,
Journal AWWA
, 96:9, 81-87, 2004.
31 PHILIPPI M., et al, Alternative Spectrophotometric Method for Standardization of
Chlorite Aqueous Solutions,
Analytical Chimica Acta
, aceito, 2007.
32 EPA Method 300.1, Determination of inorganic anions in drinking water by ion
chromatography, EPA/600/r-98/118, U.S., 1997.
33 Souza, I A, Dissertação de Mestrado, PGETEMA - PUCRS, Porto Alegre, 2004.
92
A
A
N
N
E
E
X
X
O
O
93
A
A
N
N
E
E
X
X
O
O
A
A
Dados referentes às análises por cromatografia iônica (C.I)
94
Figura A1 – Cromatograma de padrão misto: (1) fluoreto; (2) acetato; (3) formiato; (5) bromato; (6)
cloreto; (7) nitrito; (8) ácido dicloroacético (Padrão interno); (9) brometo; (10) clorato; (11) nitrato;
(12) fosfato; (13) sulfato.
95
Tabela A1 – Tabela com os dados de calibração da cromatografia iônica utilizando dois volumes de
injeção.
Método A
Volume de Injeção 200
µ
µµ
µ
L
Método B
Volume de Injeção 700
µ
µµ
µ
L
Tr Precisão
LD
LQ
tr Precisão
LD LQ
Espécies
Min %
µ
µµ
µ
g L
-1
µ
µµ
µ
g L
-1
min %
µ
µµ
µ
g L
-1
µ
µµ
µ
g L
-1
Fluoreto
4.00 4.0 0.1 0.3 4.40 2.0 nd nd
Acetato
4.30 3.1 2.5 7.5 4.62 5.2 nd nd
Formiato
4.87 8.9 0.2 0.6 5.08 1.9 nd nd
Clorito
5.40 3.3 0.3 0.9 5.60 0.4 0.1 0.3
Bromato
6.27 4.3 1.0 3.0 6.17 0.9 0.1 0.4
Cloreto
7.16 1.7 0.4 1.2 6.92 2.0 0.2 0.6
Nitrito
9.16 4.2 0.6 1.8 8.44 1.3 nd nd
Brometo
12.40
3.3 3.0 9.0 10.80 2.2 0.6 2.0
Clorato
13.70
7.4 1.0 3.0 11.50 0.03 0.5 0.4
Nitrato
15.00
1.7 1.1 3.3 12.45 0.3 nd nd
Fosfato
18.48
2.5 6.0 18.0 16.70 1.6 nd nd
Sulfato
21.50
0.8 2.0 6.0 18.41 0.3 nd Nd
LD – limite de detecção; LQ – limite de quantificação, nd – não determinado, tr – tempo de
retenção
96
Figura A2 – Cromatograma de Típico da água bruta: (1) fluoreto; (2) formiato; (3) clorito; (4) cloreto; (5) nitrito; (6) brometo; (7) clorato; (8) nitrato; (9)
sulfato; (10) oxalato.
96
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