Determinação voltamétrica sequencial de urânio, cádmio e chumbo em fertilizantes fosfatados utilizando o eletrodo de filme de bismuto

Abstract

A agricultura do país atravessa uma fase onde todo o esforço para a verticalização da produção de alimentos se torna justificável, dada a expectativa do aumento no consumo de alimentos bem como do crescimento populacional. Neste sentido, a prática de fertilização assume um papel importante, sendo responsável por cerca de 50% dos ganhos de produtividade nas culturas. Apesar de indiscutível a necessidade da aplicação de fertilizantes ricos em fósforo, tais insumos podem conter certos elementos, como metais pesados, potencialmente tóxicos ao meio ambiente. A aplicação de fertilizantes derivados de rochas fosfáticas naturalmente ricas em urânio se configura como uma fonte antropogênica deste metal ao meio ambiente. Assim, a determinação de urânio em fertilizantes fosfatados é de interesse, visto que os vegetais tendem a absorver e acumular metais provenientes do solo. Desta forma, este trabalho apresenta uma metodologia eletroanalítica para determinação voltamétrica sequencial de urânio, cádmio e chumbo em amostras de fertilizantes fosfatados empregando o eletrodo de filme de bismuto (BiFE). A análise voltamétrica sequencial foi escolhida, permitindo de uma forma simples e rápida a determinação de várias espécies metálicas com a manipulação de apenas uma alíquota de amostra. O BiFE foi preparado ex situ em substrato de carbono vítreo em uma solução tampão acetato 0,1 mol L-1 (pH 4,5), contendo Bi(III) 200 mg L-1. Aplicou-se a voltametria adsortiva de redissolução para a determinação de U(VI), utilizando cupferron como agente complexante em eletrólito suporte PIPES/KCl (pH 7,0). Os voltamogramas foram registrados a partir do uso da voltametria de pulso diferencial - o pico de redução do complexo ocorre em cerca de -1,1 V. Uma resposta linear foi alcançada na faixa de 4,0 a 20,0 µg L-1, apresentando um limite de detecção de 1,0 µg L-1 (200 s pré-concentração). Os íons cádmio e chumbo foram determinados utilizando a voltametria de redissolução anódica. Através da voltametria de onda quadrada, os picos de oxidação para os íons Pb(II) e Cd(II) foram observados em potenciais de -0,56 V e -0,78 V, respectivamente. As curvas de calibração apresentaram resposta linear na faixa de 10,0 a 40,0 µg L-1, bem como limites de detecção de 2,43 µg L-1 e 2,03 µg L-1 para Pb(II) e Cd(II), respectivamente (100 s pré-concentração). A metodologia foi aplicada com êxito na determinação destes três íons metálicos em amostras de fertilizantes fosfatados, para os quais foram estimados os seguintes valores: U(VI) 37,2 ? 150 mg kg-1, Pb(II) 78,2 ? 204 mg kg-1 e Cd(II) 54,4 mg kg-1. Para a validação da metodologia desenvolvida, utilizaram-se dois materiais de referência certificados (SRM 695 e SRM 1643e). Assim, a metodologia proposta apresenta-se como um procedimento simples, preciso, exato, rápido e de baixo custo, permitindo a determinação de cádmio, chumbo e urânio em níveis traço em amostras de fertilizantes fosfatados, destacando-se como novidade a análise voltamétrica sequencial com o emprego do BiFE.<br>

Abstract : The country's agriculture is going through a phase where all the effort for vertical integration of food production becomes justifiable, given the expectation of the food consumption increasing as well as population growth. This way, the practice of fertilization plays an essential role, responsible for 50% of the culture productivity. Despite the unquestionable requirement of phosphorous fertilizers, such inputs may contain certain elements, such as heavy metals, potentially toxic to the environment. The application of fertilizers derived from phosphate rocks that are naturally rich in uranium configures an anthropogenic source of uranium to the environment. Thus, the determination of uranium in phosphate fertilizers is of interest, since the plants tend to absorb and accumulate metals from the soil. Therefore, this work presents an electroanalytical methodology for the sequential voltammetric determination of uranium, cadmium and lead in phosphate fertilizers samples by using the bismuth film electrode (BiFE). The sequential voltammetric analysis was chosen, allowing a simple and fast way for a various metal species determination by the manipulation of only one aliquot portion of the sample. The BiFE was prepared ex situ by deposition onto the glassy carbon substrate in 0.1 mol L-1 acetate buffer (pH 4.5) containing 200 mg L-1 Bi(III). The adsorptive stripping voltammetry was applied for the U(VI) determination by using cupferron as complexing agent and PIPES/KCl (pH 7.0) as supporting electrolyte. The voltammograms were recorded in the differential pulse mode - the stripping peak occurs at ca. -1.1 V. Linear calibration range was observed from 4.0 to 20.0 µg L-1, with a detection limit of 1.0 µg L-1 (200 s deposition time). Cadmium and lead were determined by using anodic stripping oltammetry. By using the square wave mode, peaks for Pb(II) and Cd(II) were observed at -0.56 V and -0.78 V, respectively. Linear calibration ranges were obtained from 10.0 to 40.0 µg L-1 for both analytes, with detection limits of 2.43 µg L-1 and 2.03 µg L-1, for Pb(II) and Cd(II), respectively (100 s deposition time). The methodology was successfully applied to the three metal ions determination in phosphate fertilizers samples, for which the following values were evaluated: U(VI) 37.2 - 150 mg kg-1 , Pb(II) 78.2 - 204 mg kg-1 and Cd(II) 54.4 mg kg-1. To validate the developed methodology, two certified reference materials were employed (SRM 695 and SRM 1643e). Hence, the proposed methodology is presented as a simple, precise, accurate, rapid and low cost procedure, allowing the trace level determination of cadmium, lead and uranium in phosphate fertilizers samples, highlighting the sequential voltammetric analysis by using the BiFE as the analytical novelty.