JBCS

INTRODUÇAO

Podemos refletir porque nao vemos mais o brilho das estrelas. Estamos muito ocupados ou muito cansados para olhar o céu noturno? Ou estamos muito imersos em um ambiente urbano repleto de luz artificial? Eventualmente ambos os aspectos, mas certamente vivemos em um ambiente repleto de luz. Isso nos recorda o papel de sinais de fundo (BG, do Inglês Background) em análises instrumentais.

Conforme apontado por Lundell em 1933,¹ nao há a necessidade do desenvolvimento de procedimentos analíticos aplicáveis a amostras relativamente simples. Entretanto, em amostras com matrizes complexas, tais como água de mar, fluídos biológicos, solos e sedimentos, espécies concomitantes podem afetar significativamente a geraçao de sinais analíticos. Adicionalmente, a geraçao de sinais indesejáveis (i.e. sinais espúrios) pode estar associada à própria mediçao instrumental.

Neste artigo didático, sao discutidos tanto o BG oriundo das matrizes das amostras, quanto aqueles inerentes às técnicas instrumentais. O primeiro grupo se refere a processos que podem resultar em interferências, caso nao sejam propriamente eliminados ou corrigidos. Nesse sentido, há interpretaçoes diversas sobre sinais de fundo, dependendo da técnica instrumental. Em algumas delas os processos sao bem definidos, enquanto em outras o termo sinal de fundo nao é usualmente relacionado aos sinais espúrios que afetam a medida analítica.

O desenvolvimento de um procedimento analítico requer estratégias para maximizar o sinal analítico e, ao mesmo tempo, minimizar o BG. Adicionalmente, na medida instrumental, o BG residual deve ser corrigido, visando à correlaçao do sinal analítico (i.e. sinal líquido) com a concentraçao do analito. Isso é particularmente crítico quando concentraçoes em nível de traços devem ser determinadas em amostras com matrizes complexas. Quando o BG é significativo em comparaçao ao sinal analítico, mesmo pequenas variaçoes no sinal espúrio afetam a exatidao.² O desenvolvimento instrumental permitiu que essas correçoes geralmente possam ser feitas, mas os analistas devem entender os princípios e as condiçoes de contorno envolvidos. Uma analogia pode ser feita com o uso de uma balança de rodovia para determinar a massa de um motorista, considerando a pesagem do motorista em um caminhao carregado (i.e. sinal total) e a massa do caminhao isoladamente (BG); a massa do motorista (sinal líquido) seria, entao, obtida por diferença (i.e. subtraçao do BG do sinal total). Naturalmente, o valor de massa obtido nao seria confiável. Entretanto, frequentemente demandamos algo análogo dos instrumentos analíticos que usamos. A analogia anterior serve também para enfatizar que as incertezas no sinal total e BG afetam o sinal analítico, i.e. os erros correspondentes sao propagados.

Nesse contexto, em disciplinas de análise instrumental, uma técnica analítica deveria ser introduzida considerando como o sinal analítico é gerado e medido e como o BG é minimizado e corrigido. É também importante diferenciar BG de ruído. Segundo a IUPAC, ruídos sao flutuaçoes aleatórias inerentes ao sinal analítico, devido à combinaçao de fatores instrumentais e relativos ao método analítico (ruído químico).³ É incorreto pensar que o ruído é o sinal de fundo ou apenas flutuaçao da linha de base sem a presença do analito, visto que o ruído afeta tanto o sinal analítico, quanto o BG. A razao sinal/ruído (S/R) é um parâmetro de desempenho que indica a qualidade de uma medida analítica e razoes superiores a 3 sao recomendadas para garantir a precisao e a exatidao analítica. Assim, é importante reconhecer as fontes de ruído, destacadas no esquema mostrado na Figura 1, a fim de minimizar a sua magnitude e aumentar a razao S/R.

Figura 1. Classificaçao do ruído de acordo com sua fonte

Enquanto os ruídos químicos sao resultado de variaçoes nas propriedades químicas ou físicas da amostra, em consequência de variaçoes de parâmetros experimentais, como temperatura, pressao e umidade, o ruído instrumental é mais complexo. Esse deve-se ao caráter aleatório do movimento dos elétrons nos circuitos elétricos que acompanham movimentos térmicos dos átomos, levando às flutuaçoes de tensao na presença de um elemento resistivo (térmico ou de Johnson), ou dos elétrons cruzando junçoes ou superfícies independentemente da frequência e com comportamento quantizados, também de caráter aleatório (Shot, e.g. ruído da corrente de escuro ou derivado de fótons, elétrons e íons quando atingem o detector de massas, ambos discutidos mais adiante). O ruído Flicker é inversamente proporcional à frequência do sinal e, por isso, também conhecido como 1/f. Geralmente é causado por defeitos nos materiais do instrumento e rugosidades de interface, e.g. ruídos provenientes de flutuaçoes associadas ao processo de introduçao de amostras, o qual pode ser compensado com o uso do método de padronizaçao interna.⁴ O ruído ambiental é principalmente consequência do chamado "efeito antena", em que diversas radiaçoes eletromagnéticas podem ser captadas e transformadas em sinais elétricos. Nesse caso, o ruído é dependente da frequência. Recomenda-se a consulta a livros texto de análises instrumentais para uma discussao mais detalhada sobre ruídos.⁵

Este artigo discute didaticamente as fontes de BG em diferentes técnicas instrumentais, assim como estratégias para minimizar e corrigir os sinais espúrios (Tabela 1). Pretende-se demonstrar que o BG é um conceito central em análise instrumental, frequentemente sendo o fator limitante para alcançar resultados confiáveis. Essa discussao é, entretanto, frequentemente negligenciada em livros texto e na discussao de algumas técnicas instrumentais. A discussao é apropriada para estudantes em final de curso de graduaçao ou em disciplinas de pós-graduaçao. Neste sentido, palavras-chave relacionadas a conceitos que deveriam ser previamente entendidos sao sublinhadas no texto. Isso também permite uma revisao dos conceitos essenciais de diversas técnicas instrumentais.

ESPECTROMETRIA ATOMICA

Espectrometria de absorçao atômica

A espectrometria de absorçao atômica (AAS) é baseada na absorçao de radiaçao de comprimento de onda específico (na faixa UV-vis) por uma nuvem atômica formada a partir da amostra. Conforme pioneiramente expresso por Bunsen e Kirchhoff, cada átomo é capaz de absorver a própria radiaçao emitida no decaimento do estado excitado e a lei de Lambert-Beer estabelece que a absorvância é linearmente proporcional à concentraçao dos átomos na nuvem e, portanto, na amostra original. Para a formaçao da nuvem atômica de quase todos os elementos, exceto Hg, é necessário o aumento de temperatura. Essa tarefa é realizada por atomizadores, sendo os mais usuais as chamas e dispositivos eletrotérmicos, tais como fornos de grafite ou metálicos.

A radiaçao incidente pode ser atenuada por absorçao atômica (relacionada à concentraçao do analito), bem como por absorçao molecular e processos de espalhamento, esses dois últimos processos constituindo o BG. Os sinais de fundo geralmente nao sao elevados em atomizadores com chama porque a quantidade da matriz de amostra inserida é relativamente baixa (considerando o volume da chama e a baixa eficiência de nebulizaçao) e a nuvem de vapor formada é dispersa no atomizador. Por outro lado, a contribuiçao do BG no atomizador eletrotérmico em tubo de grafite (GFAAS) é significativa devido à densidade da nuvem de vapor confinada no interior do tubo. Esse efeito foi observado desde o início da GFAAS e, em 1965, Koirtyohann e Pickett propuseram um corretor de BG com base em uma fonte de radiaçao contínua.⁶

A magnitude e distribuiçao temporal do BG fornecem informaçoes importantes sobre o tratamento da amostra em GFAAS. Para uma amostra complexa, como a água de mar, o número de átomos do analito na nuvem pode ser 10⁶ vezes inferior ao número de moléculas, o que significa que a magnitude do BG pode ser extremamente superior à intensidade de absorçao atômica. Esse foi um fator limitante para a obtençao de resultados exatos e precisos durante mais de duas décadas de desenvolvimento da GFAAS. Essa dificuldade foi superada quando as condiçoes de forno com plataforma e temperatura estabilizada (do inglês Stabilized platform temperature furnace, STPF) foram propostas.⁷ Empregando condiçoes STPF, um modificador químico deve ser adicionado à amostra para favorecer a separaçao termoquímica entre analito e matriz da amostra, minimizando perdas de analito na etapa de pirólise. O modificador químico pode promover a reduçao de BG e/ou interferências promovendo a formaçao de espécies menos voláteis a partir do analito, tornando concomitantes da matriz mais voláteis, reduzindo a formaçao de carbetos, modificando a fase gasosa, modificando a superfície do atomizador e alterando mecanismos de atomizaçao.⁸ No entanto, alguns constituintes da matriz residual normalmente permanecem no produto sólido após a etapa de pirólise e, entao, é necessário um corretor de BG para compensar o seu efeito sobre a absorvância. O sinal líquido é obtido subtraindo-se o BG do sinal total. Além do corretor baseado em fonte contínua de D₂,⁹ outras abordagens incluem a aplicaçao de um pulso de corrente na fonte de radiaçao primária (corretor de Smith-Hieftje),¹⁰ ou um campo eletromagnético intenso contínuo ou alternado em torno da nuvem de vapor.¹¹ O último corretor, baseado no efeito Zeeman, é o mais eficaz para corrigir BG elevados. A comparaçao dos corretores Zeeman e D₂ para a compensaçao do BG na determinaçao de arsênio em água do mar por GFAAS, utilizando Pd(NO₃)₂ como modificador químico, demonstra essa eficácia.¹² Resultados exatos só foram obtidos com corretor Zeeman, que corrigiu efetivamente o BG causado por cloreto, sódio, potássio, cálcio e silício. Esse corretor também é o único capaz de corrigir BG estruturado, tal como aquele causado por fosfato sobre a determinaçao de Cd e Pb em baixos comprimentos de onda de absorçao.⁹

A AAS com fonte de linhas (lâmpadas que emitem radiaçao específica para cada elemento) baseia-se na medida de absorçao em intervalos espectrais estreitos, definidos pela largura da linha atômica emitida pela fonte de radiaçao. Assim, informaçoes sobre o ambiente espectral do sinal analítico sao significativamente limitadas. Em AAS com fonte contínua e alta resoluçao, todo o espectro de absorçao (190 a 900 nm) pode ser visualizado em funçao do tempo. Os espectros tridimensionais obtidos fornecem informaçoes detalhadas sobre o ambiente espectral do analito, as quais podem ser utilizadas na correçao do BG. Considerando-se que até 5 elementos sensores (pixels) sao utilizados para medir o sinal de absorçao atômica, os pixels vizinhos podem ser utilizados para a correçao do BG. Assim, diferentemente do corretor com fonte contínua de D₂, BG e sinais analíticos de interesse sao medidos simultaneamente. Os algoritmos de mínimos quadrados sao uma alternativa para superar BG estruturado, porém, nesse caso é necessário obter o espectro das espécies interferentes (moléculas) separadamente do analito (espectro de referência do interferente constituinte da matriz).¹³

Espectrometria de emissao atômica

A suposiçao feita por Kirchhoff e Bunsen, em 1859, de que linhas de emissao finas e bem definidas provenientes das chamas eram produzidas por átomos é um marco para a compreensao da espectrometria de emissao atômica. Todos os elementos atomizados, possivelmente ionizados e, em seguida, excitados por uma fonte externa podem liberar energia na forma de radiaçao eletromagnética com espectros característicos quando decaem a um estado de menor energia. Na espectrometria de emissao atômica, a intensidade de radiaçao eletromagnética emitida na regiao do UV-vis é utilizada para fins quantitativos. Medidas de emissao sao baseadas na populaçao de átomos no estado excitado, a qual pode ser estimada pela equaçao de Boltzmann.⁹ O sinal analítico depende da temperatura do atomizador, que também desempenha um papel importante sobre a emissao do BG. Para todas as temperaturas práticas, a populaçao de átomos no estado fundamental é maior do que no estado excitado.

Os sinais de emissao sao facilmente detectados quando o BG é baixo. Uma analogia interessante é a de um estádio repleto de pessoas segurando velas acesas ou nao.¹⁴ No caso de emissao atômica, imagine esse estádio no escuro e em um dado momento uma fraçao do público acende suas velas. Certamente esse grupo será facilmente identificado, i.e. a luz emitida pode ser facilmente detectada devido ao baixo BG. Uma situaçao completamente diferente é observada se todas as velas no estádio estiverem acesas e o mesmo pequeno grupo de pessoas apagarem as suas velas (ver também a comparaçao na Figura 2). Isso ilustra que a variaçao na emissao é difícil de ser detectada com confiabilidade sob elevada emissao de BG. O mesmo ocorre em outras técnicas baseadas na emissao de radiaçao. Por exemplo, uma das razoes para a utilizaçao de plasma de argônio como fonte de energia na espectrometria de emissao óptica (discutida a seguir) está relacionada com a sua baixa emissao de BG.

Figura 2. Representaçao de sinais analíticos medidos em situaçoes de (a) alto e (b) baixo BG

As chamas sao usadas com sucesso para a excitaçao de átomos e íons com energia de excitaçao relativamente baixa. A emissao de fundo proveniente da chama e das moléculas geradas no processo de combustao pode ser geralmente corrigida subtraindo o sinal espúrio medido com uma soluçao de branco analítico, embora haja o inconveniente de que os sinais nao sao medidos simultaneamente. Ao trabalhar com chamas frias (e.g. combustao de gás propano ou butano com ar) o BG relativamente baixo viabiliza o uso de filtros para discriminar sinais espúrios e analíticos. Entretanto, apenas elementos facilmente excitáveis (Li, Na e K) podem ser quantificados nessas condiçoes.

As mediçoes de emissao também podem ser realizadas usando um tubo de grafite como atomizador, mas essa estratégia nao é tao atrativa devido à forte emissao gerada pelo tubo incandescente sob altas temperaturas,¹⁵ também denominada emissao de corpo negro. A uma dada temperatura, corpos emitem espectros idênticos independente de sua composiçao, e a intensidade de radiaçao foi descrita como funçao da frequência à temperatura constante pelas leis de Wien e Rayleigh-Jeans. Posteriormente, foi demonstrado que a luminosidade na superfície de um corpo negro é proporcional à quarta potência da temperatura do corpo (lei de Stefan-Boltzmann). Deve ser mencionado que essa intensa emissao de corpo negro é eficazmente corrigida em AAS modulando-se a fonte de radiaçao, que permite distinguir entre a emissao contínua proveniente do atomizador daquela modulada a uma frequência determinada proveniente da fonte.¹⁶ Entretanto, essa alternativa nao é viável para as medidas de emissao.

Na espectrometria de emissao óptica com plasma acoplado indutivamente (ICP OES), um espectro de linhas extremamente rico é observado (ver alguns exemplos na Tabela 2). Além disso, a recombinaçao de íons argônio e elétrons (Ar⁺ + e^- → Ar + hν) e a perda radiante de energia advinda da desaceleraçao de elétrons (radiaçao Bremsstrahlung) resultam em um intenso fundo contínuo.¹⁷ O primeiro processo resulta em BG principalmente na regiao do UV, enquanto o último é mais pronunciado na regiao do visível. Bandas de emissao molecular de espécies produzidas no plasma a partir de moléculas de água ou gases atmosféricos (e.g. bandas de OH, N₂⁺, NH e NO) também contribuem para o BG em ICP OES,¹⁸ que também é afetado por variaçoes nos parâmetros instrumentais, como a potência de radiofrequência aplicada e a vazao do gás de nebulizaçao. Embora o BG possa ser reduzido ajustando-se parâmetros instrumentais, nao pode ser completamente eliminado.

Avanços no sistema óptico, como a dispersao da radiaçao UV-vis combinando-se rede Echelle e prisma em detectores de transferência de carga, bem como na tecnologia de processamento de dados, tornaram a correçao do BG em ICP OES mais eficiente e rápida. Essa correçao é geralmente realizada através de mediçoes em um ou dois comprimentos de onda de ambos os lados do pico de emissao do analito; em seguida, tratamento adequado de dados é aplicado dependendo do perfil do BG.¹⁹ A correçao efetiva do BG é, por vezes, prejudicada porque o BG pode ser plano e deslocar-se em paralelo ou variar de forma curva na regiao do comprimento de onda de interesse, exigindo assim tratamento mais elaborado dos dados.

A visao axial em ICP OES foi proposta em 1976 com o objetivo de melhorar os limites de detecçao (LOD), medindo a emissao do analito na regiao central do plasma orientado horizontalmente.²⁰ Entretanto, essa configuraçao instrumental teve que superar dificuldades como maiores BG e interferências espectrais e de matriz que atrasaram a disponibilidade comercial desses instrumentos em 15 anos. A cauda mais fria do plasma favorece processos de recombinaçao e efeitos de autoabsorçao que também aumentam BG e depreciam o sinal analítico. Assim, melhor desempenho analítico só foi alcançado após o desenvolvimento de interfaces adequadas, e.g. usando fluxo de gás em contracorrente (end-on gas) ou perpendicular (shear gas) em relaçao ao plasma,²¹ ou interface na forma de cone que desvia a cauda fria do plasma da regiao de observaçao. Limites de detecçao 5 e 10 vezes menores foram alcançados para Cd e Ca, respectivamente, em comparaçao com ICP OES em configuraçao radial.²²

Menos usual é a utilizaçao de filamento de tungstênio como atomizador eletrotérmico para medidas de emissao atômica, como proposto por Rust et al.²³ O baixo custo e a elevada taxa de aquecimento desse dispositivo torna a espectrometria de emissao atômica em filamento de tungstênio (WCAES) atraente. No entanto, existe um elevado gradiente de temperatura entre a superfície do filamento e a fase gasosa. Essa característica favorece processos de recombinaçao e, entao, a emissao de radiaçao por moléculas. É também significativo o BG em todo espectro UV-vis devido à emissao do próprio atomizador de tungstênio aquecido (incandescência). De acordo com a lei de Stefan-Boltzmann, quanto maior a temperatura do filamento de tungstênio (corpo negro), mais intensa a emissao da radiaçao de fundo. Apesar dessas dificuldades, a WCAES é viável e sensível para determinaçao de vários elementos.²⁴ O aspecto fundamental é detectar o sinal analítico no início dos processos de emissao atômica, antes da manifestaçao de sinais dominantes de BG, como demonstrado em mediçoes das emissoes de Ca.^25,26 A separaçao temporal entre sinal analítico e BG é possível devido ao aquecimento extremamente rápido (20 K/ms) relacionado à baixa massa e baixo calor específico do atomizador filamento de tungstênio, o que melhora a razao S/R. Essa estratégia ilustra a separaçao temporal entre os processos de emissao relacionados com o decaimento de átomos excitados e BG de radiaçao do corpo negro (Figura 3a).²⁵ Deve ser ressaltado que nao há reduçao ou correçao do BG nessa estratégia, mas a medida da emissao atômica no momento em que a relaçao sinal analítico/BG é favorecida.

Figura 3. Separaçao temporal do sinal analítico e intenso BG em WCAES (a) e LIBS (b). Medidas referem-se à determinaçao de cálcio (a) e cádmio (b). As intensidades de emissao foram medidas em unidades arbitrárias e as escalas de tempo estao em sentidos opostos para maior clareza. A Figura 3a é reproduzida da referência 26, com permissao da Editora. A Figura 3b refere-se a resultados nao publicados, obtidos em condiçoes similares às descritas na referência 28

O contrário é observado na espectrometria de emissao óptica com plasma induzido por laser (LIBS), que também se baseia em medidas de emissao, mas a fonte de energia é um curto pulso de laser que vaporiza a amostra e excita os elementos (e fragmentos moleculares) que irao decair emitindo radiaçao.²⁷ Um tempo de atraso é necessário para início da mediçao analítica para evitar a alta emissao contínua (BG) que ocorre no início da formaçao do plasma²⁸ (Figura 3b). Como a diminuiçao da intensidade de emissao do contínuo do plasma ocorre em uma taxa mais elevada do que a dos átomos ou íons excitados no plasma, a separaçao temporal é viável. Assim, um fator fundamental e crítico em LIBS (e também em WCAES) é a capacidade instrumental de realizar a aquisiçao de sinal em diferentes tempos de atraso para encontrar o momento ideal para obtençao dos sinais analíticos.

Espectrometria de fluorescência atômica

A espectrometria de fluorescência atômica (AFS) baseia-se na absorçao de radiaçao característica por vapores atômicos para produzir átomos excitados, com subsequente detecçao da radiaçao emitida nos processos de relaxaçao, tipicamente a 90º em relaçao à fonte de excitaçao.²⁹ Existem três tipos básicos de fluorescência atômica, classificados de acordo com as transiçoes eletrônicas envolvidas: ressonante, nao ressonante e termicamente assistida.³⁰ O processo ressonante gera a fluorescência de maior intensidade, sendo o mais explorado para fins analíticos, apesar do maior BG (produzido por espalhamento e radiaçao difusa da fonte primária) por conta de se medir o sinal analítico no mesmo comprimento de onda da fotoexcitaçao.

A analogia das velas no estádio lotado também é válida em AFS. Os LODs sao apreciáveis especialmente quando AFS é associada à geraçao de vapores de As, Hg, Se e Sb.³¹ Em alguns casos, LODs comparáveis à técnica de espectrometria de massas com plasma acoplado indutivamente (ICP-MS) sao observados.³² Para isso, etapas de atomizaçao e excitaçao devem ser eficientes, enquanto os processos de supressao (quando a energia do estado excitado é convertida em energia translacional ou transferida para espécies que colidiram com átomo excitado) devem ser minimizados. Diferentes atomizadores e fontes de radiaçao podem ser utilizados em AFS, assim gerando diferentes cenários de BG. Chamas ar/acetileno apresentam alto BG devido à formaçao de radicais (e.g. OH, C₂, CH e CN), resultando em elevados LODs. Por outro lado, as chamas baseadas na mistura de argônio e hidrogênio sao recomendadas devido às menores emissoes de BG. Apesar da relativa baixa temperatura, essas chamas sao utilizadas com eficiência, mais especificamente em atomizadores empregados em sistemas comerciais associados à geraçao de hidretos.³⁰ O acoplamento da fluorescência induzida por laser a atomizadores eletrotérmicos combina vantagens como a elevada intensidade da fonte de radiaçao, que favorece a maior populaçao de espécies excitadas, e o confinamento da nuvem atômica no interior do tubo. Nesse caso, o BG é principalmente constituído de emissao de corpo negro e radiaçao difusa da fonte primária.³³ Na análise de amostras com matrizes complexas, a fluorescência molecular, fluorescência atômica de concomitantes e espalhamento de radiaçao também contribuem para o BG. Mediçoes baseadas em fluorescência nao ressonante reduzem a contribuiçao do espalhamento e da radiaçao difusa; a detecçao em comprimentos de onda acima de 300 nm reduz a contribuiçao da radiaçao de corpo negro emitida pelo atomizador. Assim como em GFAAS, o corretor de fundo baseado no efeito Zeeman é o único capaz de medir o BG no comprimento de onda analítico, podendo assim corrigir o sinal analítico obtido através da subtraçao da intensidade do BG; é também o único capaz de corrigir BG estruturado. Uma alternativa é dessintonizar o comprimento de onda do laser e medir apenas o BG durante a etapa de atomizaçao. Em seguida, o BG é subtraído do sinal analítico total. Entretanto, essa estratégia, bem como o emprego de detectores multicanais, sao válidas apenas para a correçao de emissao de corpo negro e radiaçao difusa do laser. Empregando um detector multicanal, é possível medir simultaneamente o sinal total e o BG em comprimentos de onda distintos. Essa estratégia instrumental também permite corrigir os efeitos de ruídos originados da fonte de laser.³³

Espectrometria de massas com plasma acoplado indutivamente

Proposto por Houk et al., em 1980,³⁴ o acoplamento de um ICP a um espectrômetro de massas resultou em uma das mais poderosas técnicas para análise elementar. Ions positivos gerados no plasma à pressao atmosférica sao extraídos através de cones de amostragem e skimmer para uma zona de alto vácuo, na qual as lentes de focalizaçao, o analisador de massas e o detector estao localizados.

O número de isótopos estáveis é significativamente menor do que o número de linhas de emissao para um mesmo elemento, resultando em espectros de massas significativamente mais simples do que os espectros de emissao (Tabela 2).³⁵ Essa característica leva à maior detectabilidade (e.g. LODs 40 e 100 vezes mais baixos foram obtidos para determinaçao de Cd e Mo, respectivamente, em comparaçao com ICP OES com configuraçao axial).²²

Os fótons emitidos no plasma, que poderiam originar um intenso BG, sao impedidos de atingir o detector, utilizando diferentes arranjos instrumentais. Em instrumentos com geometria linear, o fóton-stop (pequena placa metálica localizada atrás do cone skimmer que bloqueia os fótons e espécies neutras) e o deslocamento do analisador de massas e detector fora do eixo do feixe de íons eram os arranjos mais utilizados.³⁶ Instrumentos com montagem em 90º foram mais recentemente propostos e utilizam um anel vazado, o qual produz um campo eletrostático parabólico que reflete os íons para analisador de massas (posicionado 90º em relaçao ao plasma), enquanto fótons e espécies neutras passam através do anel.^36,37

O BG remanescente em ICP-MS é causado por outras espécies carregadas positivamente (e.g. dímeros, óxidos, íons poliatômicos e de dupla carga) formadas a partir do gás do plasma, ar atmosférico ou solvente. O BG intrínseco à técnica é observado quando apenas água é introduzida no ICP-MS com plasma de argônio.³⁸ Ions atômicos ou poliatômicos de argônio, nitrogênio e oxigênio podem causar sobreposiçoes espectrais e resultados analíticos errôneos. Exemplos incluem sobreposiçoes de ¹⁴N₂⁺, ¹⁶O₂⁺, ⁴⁰Ar⁺, ⁴⁰Ar¹⁶O⁺, ⁴⁰Ar₂⁺ na determinaçao de ²⁸Si⁺, ³²S⁺, ⁴⁰Ca⁺, ⁵⁶Fe⁺ e ⁸⁰Se⁺, respectivamente. Os ácidos também afetam os espectros do BG e isso deve ser considerado na escolha da estratégia de preparo de amostras em funçao dos isótopos a serem monitorados.³⁹

O BG pode ser contornado utilizando a condiçao de plasma frio, monitorando um isótopo diferente ou utilizando correçoes matemáticas, mas essas estratégias nao sao universalmente aplicáveis e também apresentam algumas desvantagens. Sob condiçoes de plasma frio, ao invés da predominância de espécies de argônio no espectro, prevalecem espécies como NO⁺, O₂⁺ e H₃O⁺.⁴⁰ Essa estratégia é particularmente eficaz para as determinaçoes de Fe e Ca devido à atenuaçao do BG proveniente de ⁴⁰Ar¹⁶O⁺ e ⁴⁰Ar⁺, respectivamente. Alternativamente, as celas de reaçao e/ou colisao, contendo multipolos, sao as estratégias mais utilizadas. O feixe de íons é direcionado para a cela posicionada entre as lentes iônicas e o analisador de massas. Gases inertes ou reativos sao introduzidos nas celas resultando em transferência de carga, fragmentaçao por colisao, retardo cinético, bem como reaçoes do gás adicionado com o analito ou com o íon que gera o sinal de fundo.⁴¹

Em células de colisao, a reduçao do BG é baseada na discriminaçao de energia cinética. Ions de baixa energia sao rejeitados pela barreira de energia potencial localizada na saída da cela, enquanto íons com maior energia cinética atingem o quadrupolo. Através da introduçao de um gás inerte na cela de colisao (e.g. He), as energias cinéticas dos íons poliatômicos sao preferencialmente reduzidas em comparaçao com os íons atômicos, devido às suas maiores seçoes transversais de colisao. Reaçoes entre íons e gases de cela ocorrem quando gases tais como NH₃, O₂, ou CH₄ sao introduzidos na cela de reaçao. A conversao do íon poliatômico que gera BG em espécies de razao m/z diferente do analito ou em espécies neutras pode ocorrer com base nos parâmetros cinéticos e termodinâmicos. A formaçao de um novo íon a ser monitorado também é possível, tal como exemplificado na determinaçao de S e P monitorando SO⁺ e PO⁺, respectivamente.⁴² Essas abordagens podem ser exploradas para a minimizaçao do BG intrínseco à técnica, bem como para superar interferências.

Recentemente proposta, a técnica de ICP-MS com configuraçao em tandem (ICP-MS/MS) inclui um analisador de massas quadrupolar (Q1) antes do sistema de reaçao octopolar (ORS³) e o analisador de massas quadrupolar (Q2). Tanto razoes m/z iguais quanto diferentes podem ser selecionadas em Q1 e Q2, permitindo a operaçao em modos on-mass ou de deslocamento de massas, respectivamente. Em ambos os casos, é possível rejeitar todos os íons de razao m/z diferente do analito de interesse em Q1, o que resulta em melhor controle das reaçoes ou processos colisionais no ORS³. O modo on-mass é normalmente usado quando íons causadores de BG reagem ou colidem com gás introduzido na cela, enquanto em modo de deslocamento de massas o íon do analito reage com o gás da cela formando um novo íon a ser monitorado. A principal vantagem do modo de deslocamento de massas em ICP-MS/MS é a eliminaçao de BG na razao m/z do íon do produto de reaçao por Q1. Essa estratégia minimiza BG, evita interferências isobáricas provenientes de matriz e melhora os LODs.

Espectrômetros de massas de setor magnético e dupla focalizaçao resolvem a sobreposiçao de BG e sinais analíticos pela combinaçao de um analisador de massas de setor magnético e um analisador eletrostático.⁴³ O poder de resoluçao é significativamente maior em comparaçao com instrumentos com quadrupolo (aproximadamente 10.000 versus 300). Por outro lado, essa instrumentaçao é mais complexa e cara do que aquela de instrumentos com quadrupolo e a sensibilidade é diminuída com o aumento da resoluçao.

ESPECTROMETRIA MOLECULAR

Espectrofotometria UV-vis e fotoluminescência

Nas técnicas espectrométricas moleculares, BG nao é claramente definido como em espectrometria atômica. De fato, esse termo nao é tao usual nessas técnicas, mas a diferenciaçao entre sinais analíticos e espúrios é também essencial para assegurar resultados confiáveis.

Tanto a espectrofotometria UV-vis, quanto as técnicas analíticas de fotoluminescência (i.e. fluorescência e fosforescência) sao baseadas na absorçao de radiaçao e essencialmente utilizam os mesmos tipos de fotodetectores. A princípio, todas as espécies fotoluminescentes podem também ser quantificadas por espectrofotometria, embora o inverso nao seja necessariamente verdadeiro. Enquanto a espectrofotometria UV-vis é baseada na atenuaçao de um feixe de radiaçao (situaçao caracterizada por alto BG), as técnicas de fotoluminescência sao baseadas na medida de fótons emitidos por espécies fotoexcitadas, em condiçoes de BG extremamente baixos (i.e. fotodetectores inicialmente na ausência de radiaçao incidente). A analogia das velas em um estádio lotado (ver Figura 2) também se aplica nessa comparaçao. Em consequência dos diferentes princípios de medida, LODs até 3 ordens de magnitude inferiores podem ser obtidos em fotoluminescência. Essa discussao também pode ser estendida à comparaçao entre turbidimetria (baseada na atenuaçao de um feixe de radiaçao por espalhamento de radiaçao) e nefelometria, que envolve a medida da radiaçao espalhada pelas partículas em suspensao. É importante ressaltar que, no caso na turbidimetria e nefelometria, devido ao tamanho das partículas sólidas envolvidas, a frequência da radiaçao nao se altera pelo processo de espalhamento, i.e. trata-se de espalhamento elástico. Aplicaçoes analíticas de quimiluminescência sao também baseadas em mediçoes em condiçoes de baixo BG, o que também resulta em baixos valores de LODs, apesar dos baixos rendimentos quânticos, e.g. 1,23% para os sistemas utilizando luminol,⁴⁴ bastante usuais em Química Analítica. Nessa técnica, a energia para a excitaçao das moléculas é proveniente de um processo reacional exotérmico e a relaxaçao ocorre com a emissao de fótons.

O BG em fotoluminescência deve-se principalmente à radiaçao espúria (e.g. luz ambiente ou radiaçao proveniente da fonte de excitaçao que atinge o detector) e à corrente de escuro (dark current). A principal fonte de radiaçao espúria refere-se à emissao da fonte no comprimento de onda de excitaçao, que atinge o detector devido a processos de espalhamento (e.g. por partículas em suspensao) e à radiaçao em comprimentos de onda distintos dos de excitaçao, que deixam o monocromador devido a imperfeiçoes na rede de difraçao e reflexoes em outros componentes ópticos.⁴⁵ Sao também relevantes os efeitos da transmissao de radiaçao em ordens superiores (especialmente de segunda ordem) e, em alguns casos, os sinais devidos ao espalhamento Raman, que se refere ao espalhamento inelástico, ou seja, com alteraçao de frequência relacionada aos níveis de energia moleculares.⁴⁶ Na prática, devido à intensidade relativamente baixa, o efeito de espalhamento Raman, quando observado, refere-se somente ao solvente. Desta forma, conforme ilustrado na Figura 4I, hipoteticamente a excitaçao de sulfato de quinino em uma soluçao aquosa acidificada, utilizando a emissao de uma lâmpada de vapor de mercúrio em 254 nm, poderia resultar em um espectro contendo: (i) a banda de emissao de fluorescência, centrada em 450 nm (Figura 4Ia); (ii) sinais espúrios causados pela radiaçao proveniente da fonte (espalhamento elástico, i.e. Rayleigh) em 254 nm (1ª ordem) e em 508 nm (2ª ordem), Figura 4I, b₁ e b₂, respectivamente e (iii) sinais devidos ao espalhamento Raman da água (espúrios no caso da medida de fluorescência) em 278 nm (1ª ordem) e 556 nm (2ª ordem), Figura 4I, c₁ e c₂, respectivamente.⁴⁹ Para minimizar a incidência de radiaçao espalhada (e, portanto, o BG), o detector é usualmente posicionado perpendicularmente ao feixe de excitaçao. O monocromador secundário (ou monocromador de emissao) também tem a funçao de minimizar a radiaçao espúria que atinge o detector. Redes de difraçao holográficas apresentam menos imperfeiçoes que aquelas produzidas mecanicamente e, usualmente, dispensam o uso de espelhos côncavos para a focalizaçao do feixe de radiaçao; portanto, a radiaçao espúria proveniente dos monocromadores é minimizada pelo uso desses dispositivos. Outra alternativa consiste em utilizar monocromadores com duas redes de difraçao após a fonte de excitaçao. Apesar de eficiente, essa alternativa acarreta na diminuiçao da potência do feixe incidente e, portanto, da sensibilidade das medidas de fluorescência, que é diretamente proporcional à potência do feixe de excitaçao. Em relaçao à corrente de escuro, o desenvolvimento dos detectores objetivou a diminuiçao de efeitos térmicos, evitando a necessidade de resfriamento dos dispositivos.

Figura 4. I. Espectro hipotético de fluorescência de uma soluçao aquosa de sulfato de quinino em meio ácido com excitaçao em 254 nm: a-emissao de fluorescência; b₁ e b₂-sinais de espalhamento elástico - 1ª e 2ª ordem, respectivamente e c₁ e c₂- bandas de espalhamento Raman da água - 1ª e 2ª ordem, respectivamente. II. Ilustraçao da fluorescência resolvida no tempo para minimizar BG: t₁ - tempo de atraso; t₂ - tempo de integraçao; A: decaimento da fluorescência do analito ou sonda fluorescente e B: decaimento do BG. Figuras 4I e 4II adaptadas das referências 46 e 47, respectivamente

O BG é também relevante nas medidas de fosforescência, em que um intervalo de tempo após a interrupçao da irradiaçao da amostra é necessário para eliminar a contribuiçao da fluorescência (neste caso, um sinal espúrio), cuja relaxaçao tipicamente se completa em intervalos de ns. Essa alternativa resulta na melhoria da razao sinal/ruído e pode também ser explorada para a medida de fluorescência de espécies com tempo de vida do estado excitado relativamente longos, como é o caso de alguns complexos de lantanídeos, cujos tempos de relaxaçao tipicamente encontram-se no intervalo de 0.01 a 10 ms.⁴⁷ Essa estratégia, ilustrada na Figura 4II, é denominada fluorescência resolvida no tempo. Um atraso na mediçao de fluorescência (t₁) após um pulso de radiaçao para a formaçao das espécies no estado excitado é bastante eficiente para eliminar a emissao de fluorescência de outras espécies com tempo de vida mais curto (Figura 4II, B) e, portanto, para diminuir o BG na mediçao do sinal analítico (Figura 4II, A). Conforme ilustrado pela área sombreada na Figura 4II, o tempo de integraçao (t₂) também afeta diretamente a razao sinal/ruído. A fluorescência resolvida no tempo é amplamente explorada para fins analíticos e um exemplo é a determinaçao enzimática de glicose utilizando o complexo de európio com tetraciclina como sonda.⁴⁵

Outra potencial fonte de BG em fotoluminescência refere-se à emissao por outras espécies em soluçao (e.g. contaminantes presentes nos solventes), adsorvidas nas paredes das celas de medida ou, ainda, à gordura presente nas maos do analista. O uso de solventes de alta pureza e a limpeza cuidadosa das celas é, portanto, indispensável nas medidas de fluorescência e fosforescência. Nesse sentido, cabe ressaltar que alguns detergentes normalmente utilizados na limpeza de vidrarias sao fluorescentes e podem aumentar o nível de BG devendo, portanto, ser evitados.

Na espectrofotometria UV-vis, o desempenho analítico depende criticamente da estabilidade da fonte de radiaçao, o que resultou na proposta da configuraçao em duplo feixe. O detector pode ser saturado caso a radiaçao incidente seja excessiva, impedindo a detecçao de espécies em baixas concentraçoes ou com baixa absortividade molar. Para a mediçao de baixos valores de absorvância (i.e. inferiores a 0,100), é fundamental minimizar a radiaçao espúria e minimizar e corrigir o efeito da corrente no escuro, ambas fontes de BG em espectrofotometria. A magnitude da radiaçao espúria também afeta a linearidade, visto que, rigorosamente, a lei de Lambert-Beer é obedecida somente para radiaçoes monocromáticas. Dessa forma, a porcentagem de radiaçao espúria é um parâmetro de desempenho importante, que deve ser informado pelo fabricante e periodicamente avaliado pelo analista. Espalhamento de radiaçao por partículas sólidas ou reflexao nas interfaces da cela de medida sao também fontes de sinais espúrios, usualmente evitados pela filtraçao das amostras e compatibilizaçao das celas de medida da amostra e referência, pelo uso da mesma cubeta ou de cubetas tao similares quanto possível. Derivaçao do espectro de absorçao é também útil para compensar efeitos de espalhamento de radiaçao e absorçao por espécies interferentes (em inglês, denominada matrix background),^48,49 como ilustrado na Figura 5. Essa alternativa é baseada na relaçao inversa entre a magnitude do espectro derivado e a largura de banda do espectro de absorçao (Figura 5a). É possível eliminar o efeito de espalhamento de radiaçao quando esse varia linearmente com o comprimento de onda (Figura 5b).

Figura 5. Representaçao da derivaçao do espectro de absorçao (segunda derivada) para compensar BG e interferências espectrais: (a) eliminaçao da absorçao do BG (espectro em cinza) e (b) do espalhamento de radiaçao; o espectro de absorçao do analito (em preto) é deslocado pelo efeito de espalhamento de radiaçao por partículas sólidas em suspensao, resultando no espectro em cinza. A parte de baixo da Figura ilustra a correçao utilizando a segunda derivada)

Medidas espectrofotométricas sao afetadas pelo índice de refraçao, que deve ser mantido constante em todas as soluçoes (i.e. brancos analíticos e soluçoes de referência e de amostras). Quando detectores espectrofotométricos sao acoplados a análises em fluxo ou HPLC, a inerente formaçao de gradientes de concentraçao pode também resultar em mudanças de índice de refraçao (efeito Schlieren).⁵⁰ Os sinais espúrios usualmente afetam a precisao e a exatidao em análises em fluxo e efeitos similares podem ser observados em cromatografia líquida caso haja sobreposiçao da frente de solvente com os picos analíticos. Espectrofotometria em duplo comprimento de onda é uma alternativa eficiente para a correçao da perturbaçao, assim como de outros efeitos de absorçao de fundo. Para tanto, a magnitude do sinal espúrio deve ser similar nos comprimentos de onda analítico e de referência.⁵¹ Em análises em fluxo, sempre que possível, as características físico-químicas do transportador sao compatibilizadas com aquelas da amostra para evitar sinais espúrios, incluindo efeito Schlieren. O uso de elevados volumes de amostra (i.e. alguns mililitros) permite a separaçao dos sinais analíticos e espúrios.⁵² Por outro lado, efeito Schlieren pode ser explorado para fins analíticos, como na determinaçao de adulteraçoes em bebidas alcoólicas,⁵³ o que ilustra que BG pode também gerar informaçoes úteis.

TÉCNICAS DE SEPARAÇAO

Detectores em cromatografia a gás

Cromatografia a gás (GC) normalmente utiliza colunas capilares, que se destacam por possibilitar melhor resoluçao e separaçoes mais rápidas, porém com baixa capacidade de amostra. Consequentemente, sao necessários detectores com alta detectabilidade, o que pode ser alcançado com baixos sinais de fundo.

O detector por ionizaçao em chama (FID), um dos mais usuais em GC, permite detectar a maioria das espécies orgânicas (exceto alguns compostos carbonílicos, álcoois e aminas) com limites de detecçao na faixa de pg.⁵⁴ Esse método de detecçao é baseado na queima dos analitos em uma chama de hidrogênio, a qual é posicionada entre dois eletrodos com um potencial aplicado na faixa de 300-400 V. A combustao gera espécies carregadas (e.g. CHO⁺ e elétrons) e, consequentemente, uma corrente elétrica proporcional ao número de átomos de carbono. A eficiência desse processo é extremamente baixa (ca. 10⁶ átomos resultam em uma espécie carregada,⁵⁵ resultando em correntes na faixa de pA antes da amplificaçao), o que é aparentemente contraditório com os baixos LODs usualmente alcançados com FID. Contudo, isso pode ser entendido considerando que a combustao do hidrogênio gera poucas espécies carregadas, resultando em correntes de fundo (BG) extremamente baixas, causadas principalmente por impurezas no H₂ e no gás de arraste. Nessa situaçao, poucas espécies carregadas podem ser detectadas da mesma forma em que poucos fótons podem ser medidos por um fotodetector no escuro. FID é, portanto, um outro exemplo de como baixos BG permitem alta detectabilidade, mesmo quando os processos envolvidos na geraçao do sinal analítico sao pouco eficientes.

Espectrômetros de massas (MS) sao outros importantes detectores utilizados em GC, que também ilustram como baixos BG podem resultar em baixos LODs. Isso é especialmente verdadeiro no modo de monitoramento seletivo de íons que, adicionalmente, diminui o sinal de fundo (ver discussao anterior sobre espectrometria de massas). Por outro lado, os detectores de captura de elétrons (ECD) sao fundamentados no decréscimo de corrente quando espécies com alta afinidade eletrônica sao eluídas da coluna. Ao contrário do FID e MS, a alta sensibilidade do ECD nao é atribuída ao baixo BG, mas à alta eficiência de captura de elétrons (LODs para espécies halogenadas estao na faixa de fg, por exemplo).⁵⁴ De fato, espécies que nao apresentam alta afinidade eletrônica geram baixa sensibilidade ou nao sao detectadas. Outra característica importante é a estabilidade da corrente de elétrons no ECD, gerada por um emissor de radiaçao β (e.g. ⁶³Ni), que promove a ionizaçao de um gás (usualmente N₂).

Cromatografia líquida e eletroforese capilar

O desempenho analítico em cromatografia a líquido e eletroforese capilar é também afetado por BG. MS e espectrometria de massas em tandem permitem alcançar os menores LODs devido aos valores extremamente baixos de BG. Por outro lado, o uso de algumas fases móveis é limitado pelos valores relativamente altos de BG, por exemplo, solventes que apresentam alta absortividade no comprimento de onda de medida quando se utiliza detecçao espectrofotométrica. Nesse caso, os comprimentos de onda de corte (do inglês cutoff wavelength) indicam os valores mínimos de comprimentos de onda que podem ser utilizados na detecçao, sem gerar absorçao excessiva pela própria fase móvel. Outro aspecto interessante é a detecçao indireta em eletroforese capilar, em que as mediçoes sao conduzidas em condiçoes de BG elevado (e.g. alta condutividade ou fluorescência). Como a concentraçao dos íons ou fluoróforos é constante, uma resposta estável é gerada no detector. A zona contendo o analito entao diminui a resposta do detector, permitindo a quantificaçao.⁵⁶ Estratégia similar é adotada em procedimentos espectrofotométricos baseados em descolorimetria, no qual a base de medida é a diminuiçao da absorçao devido à reaçao química do reagente (espécie absorvente) como o analito.⁵⁷

MÉTODOS ELETROANALITICOS

Condutometria

A condutometria também ilustra o efeito de baixos valores de BG sobre a detectabilidade. Baixas concentraçoes de íons podem ser detectadas devido à condutividade negligenciável do solvente puro (usualmente água). Devido à inerente falta de seletividade, a condutometria é analiticamente útil somente quando acoplada a técnicas de separaçao, tais como cromatografia iônica (IC), eletroforese capilar, ou difusao gasosa em sistemas de análises em fluxo, ou para detectar o ponto final de titulaçoes. Alguns artifícios sao frequentemente utilizados para a diminuiçao de BG. Por exemplo, o desempenho analítico em IC é significativamente melhorado utilizando colunas supressoras. Esse importante desenvolvimento, apresentado em 1975, foi decisivo para que a condutometria se tornasse o detector mais usual em IC.⁵⁸ No processo de supressao, os íons da fase móvel sao trocados por H⁺ e OH^- em quantidades estequiométricas, resultando na formaçao de água e diminuindo a condutividade de fundo (originalmente denominado eletrólito de fundo, do inglês background electrolyte). Em instrumentos modernos, por exemplo, íons Na⁺ em concentraçao de 0,1 mol L^-1 sao completamente removidos de uma soluçao fluindo a 2,0 mL min^-1.⁵ A supressao de íons do eletrólito viabiliza a detecçao de íons da amostra, cujas concentraçoes sao significativamente inferiores àquelas do eluente (concentraçoes de mg L^-1). Um efeito análogo é observado em sistemas de análises em fluxo com difusao gasosa, nos quais a soluçao absorvedora e, portanto, o detector condutométrico, é, usualmente, separada da soluçao doadora por uma membrana hidrofóbica, permeável a gases. Dessa forma, o detector está em contato com um meio com condutividade extremamente baixa (i.e. baixo BG). Espécies voláteis ou volatilizáveis por meio de reaçoes químicas (e.g. NH₄⁺, CO₃^2-, CN^- e S^2-) podem difundir através da membrana e sofrer ionizaçao no fluxo absorvedor, permitindo a detecçao indireta, apesar da baixa eficiência do processo de difusao (tipicamente < 5%). Uma estratégia similar é adotada em biossensores, nos quais a amostra é separada dos eletrodos (e.g. detecçao potenciométrica ou amperométrica) por uma membrana, na qual enzimas sao imobilizadas. Os produtos reacionais sao entao detectados em uma condiçao de BG extremamente baixos, independentemente da composiçao da amostra.

Potenciometria

Potenciometria é baseada na medida da diferença de potencial (E) entre os eletrodos indicador e de referência. Essa diferença de potencial é uma medida da tendência de ocorrência de uma reaçao química redox, com negligenciável fluxo de corrente através do sistema, devido à alta impedância do amplificador operacional do potenciômetro. A correlaçao de E com a concentraçao do analito. por meio da equaçao de Nernst, requer que as outras fontes de diferença de potencial sejam desprezíveis (i.e. baixo BG). Contribuiçao significativa à diferença de potencial pode resultar dos potenciais de junçao, os quais sao usualmente minimizados utilizando uma ponte salina com íons com mobilidade similar (e.g. KCl). Outra importante fonte de BG em potenciometria é o potencial de assimetria observado em eletrodos de vidro, mas isso pode ser compensado com uma calibraçao adequada.

Potenciometria e, em menor extensao, condutometria, amperometria e espectrofotometria, sao frequentemente utilizadas na detecçao do ponto final de titulaçoes. Uma vez que somente as variaçoes nas propriedades físico-químicas sao importantes, o BG inicial nao afeta a detecçao do ponto final da titulaçao. Dessa forma, o potencial inicial, a condutividade ou a coloraçao da amostra nao afetam a exatidao em detecçao potenciométrica, condutométrica e espectrofotométrica, respectivamente. Uma comparaçao deve ser feita com a dificuldade de detecçao visual do ponto final de titulaçoes de amostras turvas ou bastante coloridas.

Voltametria

Voltametria engloba diversos métodos eletroquímicos baseados na transferência de elétrons entre os eletrodos e a soluçao, promovendo processos redox nas interfaces eletrodo-soluçao. Nesses métodos, em funçao do potencial aplicado, a corrente elétrica devida aos processos de transferência de elétrons (denominados processos Faradaicos) é medida. O potencial aplicado pode ser mantido fixo (medidas amperométricas) ou variado de diversas formas. Uma diversidade de eletrodos é disponível e a seleçao depende do analito a ser detectado e da amostra a ser analisada. É possível alcançar excelente sensibilidade em diversas aplicaçoes, quando a técnica é utilizada de forma adequada.⁵⁹ Para tanto, o foco é estabelecer condiçoes para que a transferência de massa na soluçao seja controlada por difusao na superfície dos eletrodos e os processos nao Faradaicos sejam eliminados ou minimizados. Esses processos, que geram o BG nas técnicas voltamétricas, nao envolvem a transferência de elétrons entre os eletrodos e a soluçao e devem-se à formaçao da dupla camada elétrica na interface eletrodo-soluçao.⁵⁹ O efeito é usualmente minimizado pela adiçao de um eletrólito de suporte ou pelo uso das técnicas de pulso. Após aplicar um pulso de potencial, a corrente faradaica diminui devido à limitaçao difusional do transporte de massa, enquanto a corrente nao faradaica decai exponencialmente a zero. A aquisiçao de sinal é feita no instante correspondente à máxima diferença entre as correntes (i.e. na condiçao relativa de máxima transferência de elétrons por processos redox e mínimo sinal de fundo devido a processos secundários).

COMENTARIOS FINAIS

Em análises instrumentais, a medida confiável dos sinais analíticos depende da diminuiçao e correçao apropriada dos sinais espúrios. Para tanto, estratégias eficientes têm sido desenvolvidas, muitas delas discutidas neste artigo didático. A eliminaçao (ou modificaçao) de componentes da matriz durante o preparo das amostras é a primeira estratégia a ser considerada. A melhoria instrumental (incluindo a aquisiçao de sinais) no sentido de diferenciar os sinais analíticos e espúrios tem sido essencial para determinaçoes analíticas bem sucedidas, especialmente na análise de traços e ultra-traços.

Enquanto em algumas técnicas analíticas as fontes de sinais de fundo sao bem definidas e estratégias adequadas sao disponíveis para minimizaçao e correçao, outras técnicas ainda requerem estudos adicionais. O melhor entendimento dos processos pode melhorar significativamente o desempenho analítico dessas técnicas. É também possível que informaçoes obtidas a partir do BG sejam exploradas para fins analíticos, incluindo a obtençao de informaçoes adicionais sobre a amostra, além de impulsionar o desenvolvimento instrumental.

AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem à FAPESP (Processos 2011/23498-9 e 2013/26857-5), CNPq (Processos 303107/2013-8 e 308721/2013-6) e CAPES pelas bolsas e auxílios à pesquisa e a L. C. Nunes por ter fornecido os dados referentes à detecçao por LIBS. Esta é uma contribuiçao do Instituto Nacional de Ciências e Tecnologias Analíticas Avançadas.

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