JBCS



12:46, ter dez 3

Acesso Aberto/TP




Artigo


Produção de material de referência certificado de óxido de hólmio(III) em ampolas
Production of certified reference material of holmium(III) oxide in ampoules

Debora E. F. GonçalvesI; Ana P. D. AlvarengaII; Paulo P. BorgesIII,*; Juliana F. S. GomesII; Thiago O. AraujoIII

I. Departamento de Material de Referência, Visomes Comercial Metrológica, 04823-080 São Paulo - SP, Brasil
II. Divisão de Metrologia Óptica, Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia, 25250-020 Duque de Caxias - RJ, Brasil
III. Divisão de Metrologia Química e Térmica, Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia, 25250-020 Duque de Caxias - RJ, Brasil

Recebido em 11/06/2018
Aceito em 30/08/2018
Publicado na web em 24/09/2018

Endereço para correspondência

*e-mail: ppborges@inmetro.gov.br

RESUMO

This work reports the development of a certified reference material (CRM) of holmium(III) oxide Ho2O3 in acidic solution for the wavelength scale calibration of UV-Vis spectrophotometers. A 4.0% Ho2O3 solution was gravimetrically prepared in 10% perchloric acid and bottled in 5.0 mL glass ampoules. Homogeneity, stability and characterization were assessed according to ISO 17034 and ISO Guide 35. The material certification was undertaken by two laboratories by using UV-Vis spectrophotometry for characterization of the 14 peaks of minimum transmittance of Ho2O3, using a spectral bandwidth of 1.00 nm and a scanning speed of 30.0 nm min‒1. The material property values in wavelength (nm) were obtained for these 14 peaks, together with the expanded uncertainty (U) of 0.12 nm, for a coverage factor (k = 2.00) corresponding to a probability of approximately 95%, which took into account the standard uncertainties obtained in each study performed for the certification of the produced reference material.

Palavras-chave: holmium(III) oxide; certified reference material; spectrophotometry; wavelength; calibration.

INTRODUÇAO

Os materiais de referência certificados (MRCs) sao ferramentas importantes para o sistema de qualidade de um laboratório na garantia da confiabilidade de resultados e da exatidao de mediçoes químicas. Possuem uma declaraçao de sua incerteza associada e a rastreabilidade metrológica demonstrável a padroes nacionais ou internacionais.1 A produçao de um MRC envolve muitas etapas, pois ele deve ser planejado, desenvolvido, ter a homogeneidade e a estabilidade avaliadas, além de seu valor de propriedade determinado na etapa de caracterizaçao e ter sua incerteza estabelecida. Dentre as diversas áreas que utilizam MRCs, destaca-se a área de óptica com a espectrofotometria no UV-Vis. Essa técnica é muito utilizada e o espectrofotômetro é um equipamento fundamental para a análise de diversos materiais. Por meio da espectrofotometria, compostos químicos podem ser identificados e quantificados por seus espectros característicos na faixa do ultravioleta (UV) ao visível (Vis). Como as absorbâncias associadas a diversos analitos podem ser alteradas em intervalos pequenos de comprimentos de onda, e a precisao e exatidao das medidas devem ser maximizadas, a calibraçao do espectrofotômetro é essencial. Para isto, sao utilizados MRCs específicos para calibrar a escala de comprimentos de onda do equipamento como, por exemplo, a soluçao de óxido de hólmio(III), Ho2O3.2

Apesar de nao haver produçao de MRCs no Brasil para a escala de comprimentos de onda, existem outros MRCs que podem ser utilizados na calibraçao e checagem da escala de comprimentos de onda de espectrofotômetros UV-Vis, como o filtro sólido de hólmio e de didímio.3 Atualmente, o MRC de Ho2O3 em soluçao é o material mais utilizado, já que ele pode ser utilizado na faixa do UV-Vis e seus picos de absorbância sao intrínsecos e bem resolvidos, ao contrário do filtro sólido de didímio.3 O MRC de Ho2O3 em soluçao provê linhas mais nítidas e menos dependentes de matriz do que o filtro sólido de hólmio.4 Ainda, algumas normas e farmacopeias exigem o uso da soluçao de Ho2O3 para a verificaçao da escala de comprimento de onda.5,6

Este trabalho tem como objetivo apresentar os resultados da produçao do MRC de soluçao de Ho2O3 em ampolas de vidro, primordial para garantir a rastreabilidade e confiabilidade dos resultados das mediçoes espectrofotométricas.

 

PARTE EXPERIMENTAL

Materiais

Para a produçao e estudo do candidato a MRC, foram empregados o óxido de hólmio (Ho2O3) com pureza de 99,99% (Alfa Aesar, EUA), o ácido perclórico (HClO4) P.A. (Merck, Alemanha) e a água desionizada, com condutividade menor ou igual a 1,00 µS cm-1, obtida com purificador de água (Elga, Inglaterra). O Ho2O3 de pureza 99,99% foi escolhido, pois estudos preliminares7 indicaram que nao houve diferenças espectrais entre Ho2O3 de pureza 99,99% e 99,999% na regiao espectral estudada. Foram utilizados uma balança analítica digital com resoluçao de 0,1 mg (Mettler Toledo, EUA), banho termostático (Lauda, Alemanha), máquina de selagem de ampola (Rota Verpackungstechnik, Alemanha), espectrofotômetro digital UV-Vis, modelo PV-667-0 (Agilent, EUA), espectrofotômetro digital UV-Vis-NIR, modelo PR-092 (Perkin Elmer, EUA) e MRC de Ho2O3 - SRM-2034 (NIST, EUA).

Etapas da certificaçao do MRC de Ho2O3

As etapas de processamento do material, avaliaçao da homogeneidade, avaliaçao da estabilidade, caracterizaçao, avaliaçao da incerteza e atribuiçao dos valores de propriedade e suas incertezas sao discutidas a seguir.

Preparo da soluçao de Ho2O3

O procedimento de produçao da soluçao de Ho2O3 foi o adotado pelo NIST, conforme Weidner et al.7,8 A concentraçao de soluçao de Ho2O3 preparada foi de 4,0% (m/m) em 10% (m/m) HClO4. Inicialmente, Ho2O3 foi pesado em balança analítica digital diretamente em um Erlenmeyer. Aproximadamente 1/10 da água desionizada a ser utilizada foi adicionada ao Erlenmeyer contendo o Ho2O3. A quantidade total de HClO4 foi pesada em um recipiente de vidro e adicionada ao Erlenmeyer. A mistura foi colocada em banho termostático à temperatura de 80 °C, durante 1 h. Após a obtençao de uma soluçao homogênea e transparente, o Erlenmeyer foi retirado do aquecimento e deixado resfriar à temperatura ambiente.

A soluçao de Ho2O3 foi transferida quantitativamente para um balao de vidro, e água desionizada foi adicionada até a indicaçao da massa total de soluçao desejada. A soluçao foi homogeneizada e mantida a (20 ± 5) °C até o envase do material.

A soluçao de Ho2O3 preparada foi envasada em ampolas de vidro transparente de 5,0 mL. A primeira etapa do envase foi a abertura das ampolas com ajuda de uma chama da máquina de selagem. O enchimento das ampolas com a soluçao de Ho2O3 foi realizado utilizando um repipetador automático. Antes de fechá-las, a máquina de selagem injetou argônio na ampola, para evitar reaçoes com o oxigênio do ar. A seguir, as ampolas com a soluçao foram colocadas no carrossel da máquina de selagem para fechamento da sua parte superior. As ampolas foram identificadas com numeraçao de acordo com a ordem de envase, totalizando 60 unidades e armazenadas a (25 ± 5) °C.

Estudos de certificaçao do material de referência de Ho2O3

Para a certificaçao do lote de soluçao de Ho2O3 produzida, a espectrofotometria no UV-Vis foi utilizada na avaliaçao da homogeneidade e da estabilidade e na caracterizaçao, sendo analisados os 14 picos de máxima absorbância da soluçao de Ho2O3. Os parâmetros de mediçao utilizados foram: modo: Scan, faixa espectral: 235 nm a 645 nm, largura de banda espectral: 1,00 nm e velocidade de varredura: 30,0 nm min-1. Para cada ampola analisada, foram realizados 2 ciclos de mediçao, 3 repetiçoes para cada ciclo, num total de 6 mediçoes.

Avaliaçao da homogeneidade

Para a avaliaçao da homogeneidade, utilizou-se o espectrofotômetro PV-667-0. Todas as ampolas foram medidas no mesmo dia para garantir melhor repetibilidade.

A ferramenta estatística de regressao linear foi empregada para verificar se houve tendência na seleçao das unidades.9 O teste estatístico ANOVA foi utilizado para avaliar a homogeneidade do lote produzido, levando em conta a variabilidade dos resultados obtidos tanto entre as ampolas quanto dentro das ampolas.10 Com a tabela ANOVA, foram obtidos os valores de MQ (média quadrática) entre e dentro das unidades, gl (graus de liberdade) entre e dentro das unidades, Fcalculado e p-valor, necessários para avaliar a homogeneidade e calcular a incerteza referente a esse estudo.

Avaliaçao da estabilidade

Após a comprovaçao da homogeneidade do lote de soluçoes de Ho2O3, foi realizada a avaliaçao da estabilidade do lote, a curto e a longo prazos, utilizando o espectrofotômetro PV-667-0. Para análise dos dados, a ferramenta estatística de regressao linear9 foi empregada para verificar a tendência dos resultados de comprimento de onda com o passar do tempo.

A estabilidade a curto prazo é associada a qualquer efeito devido ao transporte do material, na qual simula-se condiçoes às quais o material possa vir a ser exposto durante o transporte. Os estudos de estabilidade a curto prazo foram realizados de modo isócrono (garantindo melhor repetibilidade), com duraçao de 35 dias (5 semanas), nas temperaturas 50 °C, 25 °C e 4 °C.

A estabilidade a longo prazo é associada a qualquer efeito devido ao armazenamento do material, na qual simula-se condiçoes de prateleira. Os estudos de estabilidade a longo prazo foram realizados pelo modo clássico (garantindo uma precisao intermediária), com duraçao de 9 meses consecutivos.

Caracterizaçao

Após a avaliaçao da estabilidade a curto prazo, foi realizada a caracterizaçao do candidato a MRC produzido. Os resultados foram obtidos através da caracterizaçao do mensurando utilizando 2 métodos independentes em 2 laboratórios,10 através do ensaio realizado pelo Laboratório de Radiometria e Fotometria (Laraf) do Inmetro (com utilizaçao do espectrofotômetro PR-092), como também por medidas realizadas pelo Laboratório de Optica da Visomes (com utilizaçao do espectrofotômetro PV-667-0).

Os métodos utilizados para se determinar os comprimentos de onda do Ho2O3 foram independentes, e com a declaraçao da incerteza-padrao associada pelos 2 laboratórios. A compatibilidade dos resultados dos laboratórios foi verificada através de análise pelo índice zeta.11 Após os resultados serem comprovadamente compatíveis, os valores de propriedade do comprimento de onda dos picos de máxima absorbância da soluçao de Ho2O3 produzida foram atribuídos por meio de média ponderada,12 considerando os valores obtidos pelos laboratórios e suas incertezas padrao associadas à etapa de caracterizaçao.

Avaliaçao da incerteza

Para avaliar a incerteza expandida (UMRC) da soluçao de Ho2O3 produzida, levaram-se em consideraçao os resultados obtidos em cada um dos estudos de certificaçao do material: homogeneidade, estabilidade e caracterizaçao. As incertezas padrao referentes à homogeneidade (uhom), à estabilidade a curto prazo (uec) e à estabilidade a longo prazo (uel) foram calculadas conforme ISO Guide 35,13 e aquela referente à caracterizaçao (ucar) foi calculada por ponderaçao das incertezas obtidas de cada laboratório. Levando em consideraçao as fontes citadas, a incerteza expandida do MRC produzido foi calculada conforme Equaçao (1).

em que UMRC é a incerteza expandida do MRC e k é o fator de abrangência (de valor igual a 2,00 para 95% de probabilidade de abrangência).

 

RESULTADOS E DISCUSSAO

O espectro de absorbância da soluçao de Ho2O3 preparada (Figura 1) inclui os 14 picos de máxima absorbância utilizados para calibraçao de espectrofotômetros na faixa espectral de 240 nm a 640 nm identificados por números.

 


Figura 1. Espectro de absorbância da soluçao de Ho2O3 e os 14 picos de máxima absorbância usualmente certificados

 

Homogeneidade do candidato a MRC

Com as 10 ampolas selecionadas para a avaliaçao da homogeneidade, verificou-se que nao houve tendência na seleçao das unidades utilizando a regressao linear. A análise da homogeneidade dentro e entre as unidades se baseou na ANOVA, obtendo-se os valores de Fcalculado e p-valor. Para α = 0,05, glentre = 9 e gldentro = 50, o Fcrítico é de 2,12. Para que o lote seja considerado homogêneo, o Fcrítico deve ser maior que Fcalculado, e o p-valor deve ser maior que 0,05 (probabilidade de 95% de abrangência). Os dados de Fcalculado e p-valor para os 14 picos da soluçao de Ho2O3 produzida encontram-se na Tabela 1.

 

 

Como Fcrítico > Fcalculado e p-valor > 0,05 para os 14 picos analisados, o lote da soluçao de Ho2O3 foi considerado homogêneo.

Estabilidade a curto prazo do candidato a MRC

Para o estudo de estabilidade a curto prazo, inicialmente, os resultados foram analisados pela técnica estatística de regressao linear, na qual obteve-se o valor do coeficiente angular (β1) e do erro padrao (1). Para indicar estabilidade, o valor de β1(em módulo) deve ser menor que o produto entre o 1 e o valor de tst(t-student, considerando aproximadamente 95% de confiança).

Na Tabela 2, sao apresentados os valores de |β1| e 1 tst. Verifica-se que, para 8 picos de máxima absorbância da soluçao de Ho2O3(assinalados com a letra a na Tabela 2), a condiçao |β1| < 1 tst nao foi atendida.

 

 

Com isso, foi necessário verificar se a tendência apresentada nesse estudo foi tecnicamente significativa, utilizando a Equaçao (2). Estipulou-se que a diferença entre Yestimado e Y0 deveria ficar menor que 30% da incerteza alvo de 0,15 nm para que a tendência encontrada no estudo nao fosse considerada significativa.

em que Yestimado equivale ao comprimento de onda obtido pela regressao linear estimando um tempo de 5 semanas (duraçao do estudo) e Y0 é valor médio de comprimento de onda obtido nas leituras da primeira ampola. As diferenças relativas obtidas resultaram em valores menores que 30%, indicando que a inclinaçao da reta nao gerou instabilidade suficiente para que o valor de comprimento de onda saísse da faixa de incerteza da soluçao. Ou seja, para um prazo de 35 dias esses picos foram considerados estáveis. Por meio desse estudo, as temperaturas máxima e mínima de transporte do material puderam ser definidas como 50 °C e 4 °C, respectivamente, sendo que o material pode ficar exposto às temperaturas limites por até 5 semanas, o tempo total de estudo.

Estabilidade a longo prazo do candidato a MRC

A avaliaçao da estabilidade a longo prazo foi realizada durante 9 meses consecutivos. Os dados passaram por regressao linear, na qual obtiveram-se os valores de β1 e 1. Para indicar estabilidade, o β1(em módulo) deve ser menor que o produto 1 tst. Na Tabela 3, encontram-se os valores de |β1| e 1 tst.

 

 

Para o estudo de estabilidade a longo prazo, verifica-se que, para todos os 14 picos de máxima absorbância do Ho2O3 analisados, |β1| ficou menor que 1 tst, indicando que nao houve tendência e demonstrando estabilidade por 9 meses, se mantido e armazenado à temperatura de 25 °C.

Verificou-se que o estudo de estabilidade a curto prazo foi mais crítico que a estabilidade a longo prazo, apresentando uma tendência nos resultados devido às diferenças de temperatura extremas.

Caracterizaçao do candidato a MRC

Nesta etapa, foram distribuídas 3 ampolas do lote contendo a soluçao produzida para cada laboratório, portanto, 6 ampolas foram analisadas para obtençao do valor da caracterizaçao.

Os resultados de caracterizaçao dos 2 laboratórios foram analisados quanto à compatibilidade através do índice zeta, no qual, para todos os picos, ficou confirmado que todos ficaram compatíveis. Dessa forma, os resultados dos laboratórios foram combinados por média ponderada,9 cujos valores constam na Tabela 4.

 

 

Estimativa da incerteza do MRC de Ho2O3

As incertezas padrao de cada estudo foram calculadas conforme ISO Guide 35.13 Para o estudo de estabilidade a longo prazo, a incerteza foi extrapolada em mais 3 meses, resultando num total de 12 meses. Dessa forma, o prazo de validade da soluçao de Ho2O3 foi estimado para 1 ano após a produçao.

Os valores de cada incerteza padrao referentes aos estudos de certificaçao e a incerteza expandida do MRC estao apresentados na Tabela 5.

 

 

Atribuiçao do valor de propriedade

O valor de propriedade da soluçao de Ho2O3 produzida foi apresentado para cada um dos 14 picos de máxima absorbância, nos comprimentos de onda certificados, sendo a média ponderada dos valores obtidos pelos 2 laboratórios. A incerteza da soluçao a ser considerada foi estabelecida como a maior incerteza encontrada dentre os 14 picos certificados: apenas um valor de incerteza expandida foi apresentado para os 14 picos. Os valores de propriedade dos 14 picos de máxima absorbância da soluçao de Ho2O3 produzida sao apresentados na Tabela 6.

 

 

CONCLUSAO

Uma metodologia para preparo e envase em ampolas de vidro do material foi desenvolvida, e realizada a avaliaçao da homogeneidade e da estabilidade a curto e longo prazo, na qual a soluçao de Ho2O3 produzida demonstrou-se homogênea e estável por 9 meses. Com a avaliaçao da estabilidade a curto e a longo prazos foi demonstrado que o material se manteve estável durante o transporte por até 5 semanas em temperaturas elevadas, atingindo 50 °C e temperaturas mais baixas de até 4 °C, além de poder ser armazenado à temperatura ambiente por até um ano. O material produzido foi caracterizado por meio de mediçoes utilizando métodos independentes realizados em 2 laboratórios, de acordo com a Norma ABNT NBR ISO 17034, sendo obtidos os valores de propriedade dos 14 picos de máxima absorbância da soluçao de Ho2O3. A partir da combinaçao das incertezas padrao referentes à homogeneidade, estabilidade e da caracterizaçao, a incerteza expandida do MRC foi estimada em 0,12 nm, para um fator de abrangência (k) igual a 2,00, em uma probabilidade de abrangência de aproximadamente 95%.

 

AGRADECIMENTOS

APDA e TOA agradecem ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq.

 

REFERENCIAS

1. Augusto, C. R.; Monteiro, T. M.; Rodrigues, J. M.; Cunha, V. S.; Congresso Interno do Inmetro, Rio de Janeiro, Brasil, 2010.

2. Gonçalves, D. E. F.; Dissertaçao de Mestrado, Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia, Brasil, 2018.

3. Travis, J. C.; Acosta, J. C.; Andor, G.; Bastie, J.; Blattner, P.; Chunnilall, C. J.; Crosson, S. C.; Duewer, D. L.; Early, E. A.; Hengstberger, F.; Kim, C. S.; Liedquist, L.; Manoocheri, F.; Mercader, F.; Monard, L. A. G.; Nevas, S.; Mito, A.; Nilsson, M.; Noël, M.; Rodriguez, A. C.; Ruíz, A.; Schirmacher, A.; Smith, M. V.; Valencia, G.; van Tonder, N.; Zwinkels, J.; J. Phys. Chem. Ref. Data 2005, 34, 41.

4. International Accreditation New Zealand; Technical Guide, Nova Zelândia, 2005.

5. European Pharmacopoeia; Ph.Eur., 9th ed., França, 2017.

6. The United States Pharmacopoeia; National Formulary 35, 40, EUA, 2017.

7. Weidner, V. R.; Mavrodineanu, R.; Mielenz, K. D.; Velapoldi, R. A.; Eckerle, K. L.; Adams, B.; NBS Special Publications 1986, 260-102, 69.

8. Weidner, V. R.; Mavrodineanu, R.; Mielenz, K. D.; Velapoldi, R. A.; Eckerle, K. L.; Adams, B.; J. Res. Natl. Bur. Stand. 1985, 90, 115.

9. Miller, J. N.; Miller, J. C.; Statistics and Chemometrics for Analytical Chemistry, 5a ed., Person: Inglaterra, 2005.

10. ABNT NBR ISO 17034; Requisitos gerais para a competência de produtores de material de referência, 1ª ed., Rio de Janeiro, 2017.

11. ISO 13528; Statistical methods for use in proficiency testing by interlaboratory comparison, 2a ed., França, 2015.

12. Cox M. G.; Advanced Mathematical and Computational Tools in Metrology IV 2000, 53, 45.

13. ISO Guide 35; Reference materials - Guidance for characterization and assessment of homogeneity and stability; 4a ed., França, 2017.

On-line version ISSN 1678-7064 Printed version ISSN 0100-4042
Qu�mica Nova
Publica��es da Sociedade Brasileira de Qu�mica
Caixa Postal: 26037 05513-970 S�o Paulo - SP
Tel/Fax: +55.11.3032.2299/+55.11.3814.3602
Free access

GN1