Integração de uma coluna redutora à um microdispositivo fluídico e avaliação de sistemas miniaturizados na determinação de nitrito, nitrato e fosfato em águas naturais

Abstract

Este trabalho descreve o desenvolvimento e a avaliação de microssistemas de análise por injeção em fluxo (µFIA) para as determinações de nitrito (NO2-), nitrato (NO3-), e fosfato (PO4-3) em águas doces. Para todos os µFIA, a fotolitografia profunda no ultravioleta foi empregada para fabricação dos dispositivos a partir de um fotorresiste a base de uretana-acrilato (UA). Todos os dispositivos apresentaram dimensões tão pequenas quanto à de um cartão de crédito (7,0 cm x 4,0 cm x 0,5 cm) e canais de formato em “U” com até 390 μm de profundidade. Um procedimento simples e de baixo custo foi utilizado para a integração de uma coluna redutora de cádmio ao FIA de NO3-, por meio da inserção manual de grânulos de cádmio selecionados (0,5 a 1,0 mm) à um reservatório dedicado (1,00 mm x 0,65 mm x 20 mm). A coluna demonstrou bom desempenho com 97,5% de eficiência de redução (NO3- para NO2-) e ausência de vazamentos para vazões superiores a 2,0 mL min-1. Os sinais analíticos transientes obtidos com os microssistemas propostos apresentaram razões sinal/ruído satisfatórias e permitiram ajustes lineares (R > 0,99) para as faixas de concentração estudadas (0,06 a 0,37 mg N L-1 (NO2-); 0,23 a 2,26 mg N L-1 (NO3-) e 1,0 a 8,0 mg P L-1 (PO4-3)) sendo estimados os limites de detecção de 0,15 mg N L-1 (NO3-), 0,03 mg N L-1 (NO2-) e 0,54 mg P L-1 (PO4-3). Para as determinações de NO3- e NO2- as figuras de mérito estimadas demonstraram adequação a regulamentação brasileira para águas doces. Empregando-se amostras de águas doces superficiais e/ou amostras de águas comerciais, recuperações de 90,4 % a 114,7 % foram obtidas e não foram observadas diferenças significativas (95% de confiança) entre os valores determinados com os microssistemas e aqueles determinados a partir de métodos de referência, demonstrando uma boa exatidão dos procedimentos. Para todas as determinações, reduções significativas no consumo de reagentes e na geração de resíduos foram observadas em relação aos sistemas de análise por injeção em fluxo usuais, demonstrando que os dispositivos propostos atendem aos preceitos da química verde. ______________________________________________________________________________ ABSTRACT

This work describes the development and evaluation of flow injection analysis (µFIA) microsystems for nitrite (NO2-), nitrate (NO3-), and phosphate (PO4-3) determinations in fresh waters. For all µFIA, deep ultraviolet photolithography was used for fabrication of the devices using a photoresist based on urethane acrylate (UA) photoresist. All devices present dimensions as small as a credit card (7.0 cm x 4.0 cm x 0.5 cm) and "U" shape channels with up to 390 μm deep. A simple and inexpensive procedure was used for the integration of a cadmium reduction column to the µFIA applied for NO3- determination by using manual insertion of selected cadmium particles (0.5 to 1.0 mm) into a dedicated reservoir (1.00 mm x 0.65 mm x 20 mm). The column presented a good performance with an efficiency of reduction of 97,5% (NO3- to NO2-) and no leaks for flow rates higher than 2.0 mL min-1. The proposed microsystem showed adequate signal to noise ratios and provided linear relationships (R> 0,99) for the concentration range studied (0.06 to 0.37 mg L-1 N (NO2-), 0.23 to 2.26 mg L-1 N (NO3-) and 1.0 to 8.0 mg L-1 P (PO4-3)) with estimated detection limits of 0.15 mg L-1 N (NO3 -), 0.03 mg L-1 N (NO2-) and 0.54 mg L-1 P PO4-3). For the determination of NO3- and NO2-, the estimated figures of merit were adequate to Brazilian regulations for freshwater. By employing the proposed devices to fresh superficial water samples and/or commercial water samples, recoveries of 90.4% to 114.7% were obtained and no significant differences were observed (95% confidence) between the values determined with microsystems and those determined from reference methods, demonstrating good accuracy of the procedures. For all determinations, significant reductions in reagent consumption and waste generation were observed when compared to usual flow injection analysis systems demonstrating that the proposed devices are appropriate to the principles of green chemistry.