Preparação e caracterização de nanopartículas de paládio visando a aplicação como modificador químico para determinação de cádmio e chumbo em extratos lixiviados de resíduos da indústria de óleo e gás por espectrometria de absorção atômica de alta resolução com fonte contínua

Abstract

Nanopartículas de paládio com diferentes tamanhos e formas foram avaliadas como potenciais modificadores químicos para determinação de Cd e Pb por espectrometria de absorção atômica de alta resolução com fonte contínua e atomização em forno de grafite. Nanocubos e nanoesferas de paládio hidrofílicos foram preparados com tamanhos variando de 3 a 22 nm. Efeitos positivos em termos de sensibilidade e estabilidade térmica com o uso de nanopartículas de paládio foram observados, especialmente usando as nanoesferas de 3 nm. A massa do modificador influenciou a estabilidade térmica de Cd e Pb. Entretanto, a sensibilidade dos analitos e a eficácia do modificador pareceu ser suprimida de forma importante na presença de componentes da matriz dos extratos lixiviados de resíduos da indústria de óleo e gás. A temperatura de pirólise 800 °C foi a condição ótima para Cd e Pb, enquanto as temperaturas de atomização foram, respectivamente, 1800 °C e 2300 °C, utilizando 200 ng de nanopartículas de paládio de 3 nm. Os limites de detecção (0,15 µg L-1 para Cd e 4 µg L-1 para Pb) e a precisão (RSD = 34 % para Cd e RSD = 18 % para Pb) foram considerados satisfatórios para a análise em extratos lixiviados de resíduos da indústria de óleo e gás. A exatidão do método proposto, foi avaliada por testes de recuperação e por comparação com os resultados obtidos por espectrometria de massa com plasma indutivamente acoplado (ICP-MS). Foram obtidas boas porcentagens de recuperação para ambos os analitos (100-115 % Cd e 97-113 % Pb) e os resultados obtidos pelo método proposto apresentaram boa concordância com os obtidos por ICP-MS (teste t pareado a um nível de confiança de 95 %), comprovando a exatidão do método proposto. Consequentemente, o método mostrou ser adequado para determinação de Cd e Pb em extratos lixiviados de resíduos da indústria de óleo e gás. O método foi aplicado com sucesso para determinação de Cd e Pb em extratos lixiviados, obtidos por meio do procedimento Toxicity Characteristic Leaching (TCLP), de amostras borra oleosa, cascalhos de perfuração e uma amostra de carvão. As concentrações dos analitos nos extratos analisados variaram de < 0,50 (LOQ) a 39,8 µg L-1 para Cd e < 13 (LOQ) a 354,4 µg L-1 para Pb. Esses resultados estão abaixo do limite legal (0,5 mg L-1 Cd e 1,0 mg L-1 Pb), estabelecido pela Norma Brasileira ABNT NBR 10004.

Abstract: Palladium nanoparticles with different sizes and shapes were evaluated as potential chemical modifiers for Cd and Pb determination by high-resolution continuum source graphite furnace atomic absorption spectrometry. Hydrophilic palladium nanocubes and nanospheres were prepared with sizes varying from 3 to 22 nm. Positive effects in terms of sensitivity and thermal stability with the use of palladium nanoparticles were observed, especially using the 3 nm nanospheres. The mass of modifier influenced the thermal stability of Cd and Pb. However, the sensitivity of the analyte and the effectiveness of the modifier appeared to be suppressed in a way important extent in the presence of matrix components of the leached extracts from oil and gas industry residues. The pyrolysis temperature 800 °C was the optimal condition for Cd and Pb, while the atomization temperatures were, respectively, 1800 °C and 2300 °C, using 200 ng of 3 nm palladium nanoparticles. The limit of detection (0.15 µg L-1 for Cd and 4 µg L-1 for Pb) and the precision (RSD = 34 % for Cd e RSD = 18 % for Pb) were considered satisfactory for the analysis in leached extracts from oil and gas industry residues. The accuracy of the proposed method, was evaluated by recovery tests and by comparison with the results obtained by inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS). Were obtained good percentages of recovery for both analytes (100-115 % Cd and 97-113 % Pb) and the results obtained by the proposed method showed good agreement with those obtained by ICP-MS (paired t test at a confidence level of 95 %), proving the accuracy of the proposed method. Consequently, the method proved to be adequate for the determination of Cd and Pb in leached extracts from oil and gas industry residues. The method was successfully applied for the determination of Cd and Pb in leached extracts, obtained through the Toxicity Characteristic Leaching Procedure (TCLP), from samples of oily sludge, drill cuttings and a coal sample. The analyte concentrations in the analyzed extracts ranged from < 0.50 (LOQ) to 39.8 µg L-1 for Cd and < 13 (LOQ) to 354.4 µg L-1 for Pb. These results are below the legal limit (0.5 mg L-1 Cd and 1.0 mg L-1 Pb), established by the Brazilian Standard ABNT NBR 10004.