Preparação, caracterização e certificação de material de referência de pilhas alcalinas

Abstract

A produção de materiais de referência certificados (MRCs) é restrita no Brasil, principalmente para elementos traço em matrizes complexas, como é o caso de pilhas alcalinas. O tema da presente tese é a produção de MRCs de cátodo e ânodo de pilha alcalina, com respeito às concentrações de chumbo, cádmio e mercúrio. Quatro materiais candidatos foram preparados, dois simulando o cátodo e o ânodo de pilhas alcalinas e outros dois obtidos a partir do ânodo e cátodo de pilhas alcalinas comercializadas no Brasil. Os materiais candidatos foram avaliados por meio da calorimetria diferencial exploratória (DSC) e termogravimetria (TGA), quanto a potenciais riscos devidos a reações ocasionadas por ação da temperatura, sendo que nenhum risco foi detectado. Também foram caracterizados quanto à homogeneidade, distribuição do tamanho das partículas e estabilidade a curto e longo prazos. Foi observado que todas as partículas dos materiais eram < 0,5 mm e estes mostraram-se estáveis e homogêneos. Foi realizada a quantificação de três elementos alvo (Pb, Cd e Hg) por espectrometria de emissão óptica com plasma indutivamente acoplado (ICP OES), sendo feita validação da metodologia para tal finalidade. Para verificar a homogeneidade quanto às concentrações dos elementos alvo, foi ainda investigada a massa mínima de material a ser utilizada na análise. Foi observado que os quatro materiais produzidos atendem ao requisito de homogeneidade em relação às concentrações de chumbo, cádmio e mercúrio entre os frascos (EF) e dentro dos frascos (DF), considerando-se massa mínima de 250 mg de material. Os materiais também se mostraram estáveis a 40 °C e umidade relativa de 80% por um período de 24 meses. Na atribuição dos valores das concentrações de chumbo, cádmio e mercúrio e nos cálculos de incerteza para cada um dos elementos nos quatro materiais, as incertezas encontradas foram da mesma ordem de grandeza daquelas relatadas para MRCs sólidos. Amostras dos quatro materiais foram analisados por três laboratórios parceiros acreditados à norma NBR ISO/IEC 17025 e, excluindo-se um outlier (Pb em zinco em pó), as concentrações dos três elementos alvo encontradas pelos laboratórios estavam dentro da faixa esperada de concentração, evidenciando a reprodutibilidade dos valores de concentração atribuídos. Assim, conclui-se que os materiais produzidos atendem aos requisitos de qualidade nacionais e internacionais e, portanto, os quatro materiais são passíveis de certificação.

Certified reference materials (CRMs) production is restricted in Brazil, mainly for trace elements in complex matrices, such as alkaline cells. The theme of this thesis was the production of CRMs of anode and cathode of alkaline cells, with respect to Pb, Cd and Hg concentrations. Four candidate materials were prepared, two simulating the cathode and anode of alkaline cells and two others obtained from the anode and cathode of alkaline cells commercialized in Brazil. The candidate materials were evaluated by differential exploratory calorimetry (DSC) and thermogravimetry (TGA) regarding potential risks due to reactions caused by temperature action, and any risk was not detected. They were also characterized with respect to homogeneity, particles size distribution, and stability in short and long terms. All particles were < 0.5 mm, and the materials were stable and homogeneous, ensuring similar properties of them. Three target elements (Pb, Cd and Hg) were quantified by inductively coupled plasma optical emission spectrometry (ICP OES), whereas a methodology has been validated for this purpose. The minimum amount of material to be used in the analysis was also investigated to verify the homogeneity regarding the target elements concentrations. It was observed that the four materials produced meet the homogeneity requirement within the flasks and inside the flasks, considering that at least 250 mg of material is used in the analysis. The materials were also stable at 40 °C and 80% relative humidity for a period of 24 months. In the assignment of Pb, Cd and Hg concentration values and in the uncertainty calculations for each of the elements in the four materials, the uncertainties found were of the same order of magnitude of those reported for solid CRMs. The four materials were analysed by three partner laboratories accredited to the NBR ISO/IEC 17025 standard. Excluding an outlier (Pb in powdered zinc), the concentrations of the three target elements found by the laboratories were within the expected concentration range, evidencing the reproducibility of the assigned concentration values. Thus, it was concluded that the materials produced meet the national and international quality requirements and, therefore, the four materials are subject to certification.