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Tipo: Tese de Doutorado
Título: Desenvolvimento de métodos analíticos para quantificação de elementos em óleos lubrificantes
Autor(es): Mariana Frizera Borghi Mota
primer Tutor: Leticia Malta Costa
primer Co-tutor: Guilherme Dias Rodrigues
primer miembro del tribunal : Joaquim de Araújo Nóbrega
Segundo miembro del tribunal: Rafael Arromba de Sousa
Tercer miembro del tribunal: Camila Nunes Costa Corgozinho
Cuarto miembro del tribunal: Paulo Jorge Sanches Barbeira
Resumen:  Óleos lubrificantes, de acordo com a Agência Nacional de Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis, são uma mistura composta de óleo mineral básico e aditivos (ANP, 2015). Os métodos normalizados pela ANP (2015) para análise de diversos elementos nesses óleos empregam diferentes técnicas analíticas e fazem uso da diluição direta da matriz com solventes orgânicos. Neste trabalho foram desenvolvidas e validadas três metodologias analíticas para determinação de diferentes elementos nesta matriz. Na primeira, foram realizadas as quantificações de Ca, Zn, Mg, Cu e Fe por Espectrometna de Absorção Atômica por Chama (FAAS) após a digestão da amostra em forno micro-ondas com cavidade. Para estudo da otimização do processo foi realizado um planejamento fatorial fracionário 244, estudando-se uma condição ótima de massa de amostra, mistura ácida composta (ácido nítrico, peróxido de hidrogênio e água), tempo de pré-digestão e programa de aquecimento. Este método foi validado utilizando a amostra de óleo lubrificante de teste interlaboratorial ASTM (LU-1209) para todos os elementos mencionados. Foram obtidas recuperações variando de 88 a 106% e coeficientes de variação entre 0,3 e 5,4% para todos os metais. A segunda metodologia proposta foi à quantificação de Zn e Ca por FAAS utilizando-se sistema aquoso Músico (SAB). O estudo foi otimizado de modo a encontrar uma maior porcentagem de extração de zinco no SAB, avaliando-se, a influência da quantidade de extrator adicionado (ditizona), o pH do meio, a natureza do polímero e do sal utilizado, o comprimento da linha de amarração (CLA) e a razão mássica entre as fases superior e inferior. Uma extração máxima de Zn(E) de (107 ± 4)% foi obtida utilizando um sistema contendo o copolímero tribloco L64, sulfato de sódio e água. Adicionalmente, o método otimizado foi utilizado para quantificação de Ca(11) e validado para ambos os metais, encontrando-se recuperações na faixa de 89 a 100% e coeficientes de variação na faixa de 0,9 a 6,8%. Por fim, a terceira metodologia utilizou pequenos volumes de óleo lubrificante, solventes orgânicos e ítrio como padrão interno para a determinação de Ca, P, Zn e S por Fluorescência de Raio-X por Reflexão Total (TXRF). O método foi otimizado com a amostra de teste interlaboratorial ASTM e xileno. Os parâmetros experimentais estudados foram o volume da amostra, o tempo de medida e o volume depositado no disco de quartzo. Após otimização inicial com xileno, querosene e hexano foram utilizados. As figuras de mérito analíticas foram usadas para avaliar a desempenho do método analítico. As recuperações variaram de 98 a 111% e o desvio padrão relativo permaneceu entre 1,8 e 10%. Para todos os elementos, os resultados obtidos com a amostra ASTM estavam de acordo com os valores certificados. Para todos os métodos, após a validação, foi realizada a quantificação dos elementos de interesse em oito amostras de óleos lubrificantes novos e quatro de óleos lubrificantes usados. Quando possível, os resultados obtidos nos métodos propostos foram comparados com os gerados pela metodologia normalizada. Nestes casos, não foram observadas diferenças significativas ao nível de 95% de confiabilidade, segundo o teste t-Student.
Abstract: Lubricating oils, according to the Brazilian regulatory agency, ANP - Agenda Nacional de Petroleo, Gas Natural e Biocombustiveis, is a mixture composed by mineral based oil and additives (ANP, 2015). The standard methods recommended by the ANP (2105) for various element analysis in these oils employ different analytical techniques, using direct dilution of the matrix with organic solvents. In this work, three methodologies were developed and validated for the determination of different elements in this matrix. In the first one, Ca, Zn, Mg, Cu and Fe quantification by Flame Atomic Absorption Spectrometry (FAAS) were performed after the acid-digestion of the sample in a closed-vessel microwave digestion system. A 241 fractional factorial design was performed to optimization of the procedure, the parameters studied were sample mass, composition of acid mixture (nitric acid, hydrogen peroxide and water), time of pre-digestion and microwave heating program. This method was validated with a reference material of lubricating oil sample of ASTM interlaboratory test (LU-1209) for the above mentioned elements. Recovery ranged from 88 to 106% and coefficients of variation between 0.3 and 5.4%, for all metals. The second methodology proposed was the Zn and Ca quantification by FAAS after aqueous two phase system (ATPS). Studies were carried out in order to find a higher percentage of zinc extraction in ATPS, among them, the influence of the pH, extractor concentration, nature of the electrolyte, nature of the copolymer, tie-line length (ILL), and mass ratio between the top and the bottom phases. The optimized process led to a maximum extraction of Zn(H) of (107 ± 4)%, using a system composed of copolymer L64 + sodium sulfate + water. In addition, the optimized method was used for quantification of Ca (II) and validated for both metals. Recoveries ranged from 89 to 100% and coefficients of variation from 0.9 to 6.8%. Finally, the third methodology describes the use of small volumes of lubricating oil, organic solvents and yttrium as internal standard for determination of Ca, P, Zn and S by Total Reflection X-Ray Fluorescence CFXRF). The method was optimized using an ASTM sample (LU-1209) and xylene as a solvent. The experimental parameters studied were the sample volume, the measurement time and the volume deposited on the quartz disk. Optimized conditions using xylene were analyzed, followed by kerosene and hexane. The analytical merit figures were used to evaluate the performance of the analytical method, for all solvents. Recoveries ranged from 98 to 111% and the relative standard deviation remained between 1.8 and 10.1%. For all elements, the results obtained applying TXRF method were in agreement with certified values. For all methodologies, after validation, the quantification of the elements was realized in eight new and four used lubricating oil samples. As much as possible, the results obtained in the proposed methodologies were compared with those from standardized methodology. In these situations, no significant differences were observed at the 95% confidence level, according to the t-Student test.
Asunto: Química analítica
Fluorescencia de raio X
Preparação de amostra (Química)
Óleos lubrificantes
Química analítica quantitativa
Química ambiental
Espectroscopia de chama
Extração (Quimica)
Microondas
Idioma: Português
Editor: Universidade Federal de Minas Gerais
Sigla da Institución: UFMG
Tipo de acceso: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/SFSA-AR4SXW
Fecha del documento: 29-jun-2017
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