Determinação simultânea de metais em cachaças utilizando a voltametria de redissolução com eletrodos de nanotubo de carbono e calibração multivariada

Abstract

Cachaças são bebidas produzidas a partir da cana-de-açúcar com teor alcoólico de aproximadamente 40% em volume. Devido a seu grande consumo no país e sua complexidade em constituição química, promoveu-se neste trabalho a determinação dos metais cobre, zinco, cadmio e chumbo, que em quantidades elevadas, são nocivos à saúde e ao metabolismo humano. Determinou-se as concentrações desses metais por meio da voltametria de redissolução anódica com onda quadrada, sendo elas analisadas por voltametria em caráter in situ. Com as correntes obtidas pela voltametria, juntamente com as concentrações encontradas por uma técnica de referência (espectro de emissão óptica com plasma indutivamente acoplado – ICP OES) desenvolveram-se duas metodologias quimiometricas para a previsão desses metais em amostras de cachaça. As determinações simultâneas desses metais foram construídas por meio das as Redes Neurais Artificiais (RNA) e os Quadrados Mínimos Parciais (PLS), utilizando as correntes obtidas pela voltametria utilizando eletrodos de mercúrio e carbono comerciais, e um eletrodo de nanotubo de carbono construído em laboratório. Antes do desenvolvimento dessas técnicas, pré-tratamentos estatísticos particulares foram desenvolvidos nos dados de corrente de voltametria, a fim de obter-se uma melhor resposta de previsão dos metais. Tanto para a voltametria quanto para o ICP OES, a determinação de chumbo fora ineficaz, podendo justificar que o limite de detecção dos aparelhos era maior que a concentração deste metal nas amostras. Após o desenvolvimento dos métodos quimiometricos, calculou-se a raiz quadrada do erro de predição (RMSEP) para todos os metais, tanto no PLS quanto nas redes neurais, além de uma construção de gráficos de correlação de valores obtidos pelo ICP OES pelos valores previstos pela quimiometria. Os valores de RMSEP foram significativos, informando que as redes neurais obtiveram os melhores resultados para este trabalho. Contudo, o teste F com os valores encontrados pelas técnicas quimiométricas, determina que não existe variação das concentrações previstas em análise estatística. O método proposto mostrou-se simples e objetivo, tornando-se um bom método de análise alternativo.

Cachaças are drinks produced from sugarcane with an alcohol content of approximately 40% in volume. Due to its large consumption in the country and their complexity in chemical constitution, the determination of the metals: copper, zinc, cadmium and lead, it was promoted in this study, which in high amounts, are harmful to health and the human metabolism. It was determined the concentrations of these metals by voltammetric anodic dissolution with square wave, analyzed in situ by voltammetry. With the obtained currents by voltammetry, along with the concentrations found by a reference technique (Inductively Coupled Plasma - Optical Emission Spectrometry - ICP OES) , along with the currents obtained by voltammetry, two chemometric methodologies were developed to predict these metals in samples of Cachaça. Simultaneous determinations of these metals were constructed by means of Artificial Neural Networks (ANN) and the Partial Least Squares (PLS), using the currents obtained by voltammetry using mercury and carbon commercial electrodes, and a carbon nanotube electrode built in the laboratory. Before the development of these techniques, particular statistical pretreatments were developed in voltammetry currents data in order to obtain a better response of forecast of the metals. Both for the voltammetry and ICP OES, the determination of lead was ineffective, and can justify that the detection limit of the equipment was greater than the concentration of this metal in the samples. After the development of quimiometricos methods, it was calculated root mean squared error of prediction (RMSEP) for all metals, both in PLS as in neural networks, in addition to a construction of correlation charts of values obtained by ICP OES for predicted values by chemometrics. However, the F-test with the values found by chemometrics techniques determines that there is no variation of expected concentrations in statistical analysis. The proposed method showed itself simple and objective, making it a good alternative method of analysis.