Química Nova- Produção de material de referência certificado de óxido de hólmio(III) em ampolasProduction of certified reference material of holmium(III) oxide in ampoules
Gonçalvesi DEF, Alvarengaii APD, Borgesiii PP, , Gomesii JFS, Araujoiii TO. Produção de material de referência certificado de óxido de hólmio(III) em ampolas. Quim. Nova. 2018;41(10):1162-1166
Produção de material de referência certificado de óxido de hólmio(III) em ampolas
Production of certified reference material of holmium(III) oxide in ampoules
Debora E. F. GonçalvesI; Ana P. D. AlvarengaII; Paulo P. BorgesIII,*; Juliana F. S. GomesII; Thiago O. AraujoIII
I. Departamento de Material de Referência, Visomes Comercial Metrológica, 04823-080 São Paulo - SP, Brasil
II. Divisão de Metrologia Óptica, Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia, 25250-020 Duque de Caxias - RJ, Brasil
III. Divisão de Metrologia Química e Térmica, Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia, 25250-020 Duque de Caxias - RJ, Brasil
*e-mail: ppborges@inmetro.gov.br
Palavras-chave: holmium(III) oxide; certified reference material; spectrophotometry; wavelength; calibration.
Os materiais de referência certificados (MRCs) são ferramentas importantes para o sistema de qualidade de um laboratório na garantia da confiabilidade de resultados e da exatidão de medições químicas. Possuem uma declaração de sua incerteza associada e a rastreabilidade metrológica demonstrável a padrões nacionais ou internacionais.1 A produção de um MRC envolve muitas etapas, pois ele deve ser planejado, desenvolvido, ter a homogeneidade e a estabilidade avaliadas, além de seu valor de propriedade determinado na etapa de caracterização e ter sua incerteza estabelecida. Dentre as diversas áreas que utilizam MRCs, destaca-se a área de óptica com a espectrofotometria no UV-Vis. Essa técnica é muito utilizada e o espectrofotômetro é um equipamento fundamental para a análise de diversos materiais. Por meio da espectrofotometria, compostos químicos podem ser identificados e quantificados por seus espectros característicos na faixa do ultravioleta (UV) ao visível (Vis). Como as absorbâncias associadas a diversos analitos podem ser alteradas em intervalos pequenos de comprimentos de onda, e a precisão e exatidão das medidas devem ser maximizadas, a calibração do espectrofotômetro é essencial. Para isto, são utilizados MRCs específicos para calibrar a escala de comprimentos de onda do equipamento como, por exemplo, a solução de óxido de hólmio(III), Ho2O3.2
Apesar de não haver produção de MRCs no Brasil para a escala de comprimentos de onda, existem outros MRCs que podem ser utilizados na calibração e checagem da escala de comprimentos de onda de espectrofotômetros UV-Vis, como o filtro sólido de hólmio e de didímio.3 Atualmente, o MRC de Ho2O3 em solução é o material mais utilizado, já que ele pode ser utilizado na faixa do UV-Vis e seus picos de absorbância são intrínsecos e bem resolvidos, ao contrário do filtro sólido de didímio.3 O MRC de Ho2O3 em solução provê linhas mais nítidas e menos dependentes de matriz do que o filtro sólido de hólmio.4 Ainda, algumas normas e farmacopeias exigem o uso da solução de Ho2O3 para a verificação da escala de comprimento de onda.5,6
Este trabalho tem como objetivo apresentar os resultados da produção do MRC de solução de Ho2O3 em ampolas de vidro, primordial para garantir a rastreabilidade e confiabilidade dos resultados das medições espectrofotométricas.
Para a produção e estudo do candidato a MRC, foram empregados o óxido de hólmio (Ho2O3) com pureza de 99,99% (Alfa Aesar, EUA), o ácido perclórico (HClO4) P.A. (Merck, Alemanha) e a água desionizada, com condutividade menor ou igual a 1,00 µS cm-1, obtida com purificador de água (Elga, Inglaterra). O Ho2O3 de pureza 99,99% foi escolhido, pois estudos preliminares7 indicaram que não houve diferenças espectrais entre Ho2O3 de pureza 99,99% e 99,999% na região espectral estudada. Foram utilizados uma balança analítica digital com resolução de 0,1 mg (Mettler Toledo, EUA), banho termostático (Lauda, Alemanha), máquina de selagem de ampola (Rota Verpackungstechnik, Alemanha), espectrofotômetro digital UV-Vis, modelo PV-667-0 (Agilent, EUA), espectrofotômetro digital UV-Vis-NIR, modelo PR-092 (Perkin Elmer, EUA) e MRC de Ho2O3 - SRM-2034 (NIST, EUA).
Etapas da certificação do MRC de Ho2O3
As etapas de processamento do material, avaliação da homogeneidade, avaliação da estabilidade, caracterização, avaliação da incerteza e atribuição dos valores de propriedade e suas incertezas são discutidas a seguir.
Preparo da solução de Ho2O3
O procedimento de produção da solução de Ho2O3 foi o adotado pelo NIST, conforme Weidner et al.7,8 A concentração de solução de Ho2O3 preparada foi de 4,0% (m/m) em 10% (m/m) HClO4. Inicialmente, Ho2O3 foi pesado em balança analítica digital diretamente em um Erlenmeyer. Aproximadamente 1/10 da água desionizada a ser utilizada foi adicionada ao Erlenmeyer contendo o Ho2O3. A quantidade total de HClO4 foi pesada em um recipiente de vidro e adicionada ao Erlenmeyer. A mistura foi colocada em banho termostático à temperatura de 80 °C, durante 1 h. Após a obtenção de uma solução homogênea e transparente, o Erlenmeyer foi retirado do aquecimento e deixado resfriar à temperatura ambiente.
A solução de Ho2O3 foi transferida quantitativamente para um balão de vidro, e água desionizada foi adicionada até a indicação da massa total de solução desejada. A solução foi homogeneizada e mantida a (20 ± 5) °C até o envase do material.
A solução de Ho2O3 preparada foi envasada em ampolas de vidro transparente de 5,0 mL. A primeira etapa do envase foi a abertura das ampolas com ajuda de uma chama da máquina de selagem. O enchimento das ampolas com a solução de Ho2O3 foi realizado utilizando um repipetador automático. Antes de fechá-las, a máquina de selagem injetou argônio na ampola, para evitar reações com o oxigênio do ar. A seguir, as ampolas com a solução foram colocadas no carrossel da máquina de selagem para fechamento da sua parte superior. As ampolas foram identificadas com numeração de acordo com a ordem de envase, totalizando 60 unidades e armazenadas a (25 ± 5) °C.
Estudos de certificação do material de referência de Ho2O3
Para a certificação do lote de solução de Ho2O3 produzida, a espectrofotometria no UV-Vis foi utilizada na avaliação da homogeneidade e da estabilidade e na caracterização, sendo analisados os 14 picos de máxima absorbância da solução de Ho2O3. Os parâmetros de medição utilizados foram: modo: Scan, faixa espectral: 235 nm a 645 nm, largura de banda espectral: 1,00 nm e velocidade de varredura: 30,0 nm min-1. Para cada ampola analisada, foram realizados 2 ciclos de medição, 3 repetições para cada ciclo, num total de 6 medições.
Para a avaliação da homogeneidade, utilizou-se o espectrofotômetro PV-667-0. Todas as ampolas foram medidas no mesmo dia para garantir melhor repetibilidade.
A ferramenta estatística de regressão linear foi empregada para verificar se houve tendência na seleção das unidades.9 O teste estatístico ANOVA foi utilizado para avaliar a homogeneidade do lote produzido, levando em conta a variabilidade dos resultados obtidos tanto entre as ampolas quanto dentro das ampolas.10 Com a tabela ANOVA, foram obtidos os valores de MQ (média quadrática) entre e dentro das unidades, gl (graus de liberdade) entre e dentro das unidades, Fcalculado e p-valor, necessários para avaliar a homogeneidade e calcular a incerteza referente a esse estudo.
Após a comprovação da homogeneidade do lote de soluções de Ho2O3, foi realizada a avaliação da estabilidade do lote, a curto e a longo prazos, utilizando o espectrofotômetro PV-667-0. Para análise dos dados, a ferramenta estatística de regressão linear9 foi empregada para verificar a tendência dos resultados de comprimento de onda com o passar do tempo.
A estabilidade a curto prazo é associada a qualquer efeito devido ao transporte do material, na qual simula-se condições às quais o material possa vir a ser exposto durante o transporte. Os estudos de estabilidade a curto prazo foram realizados de modo isócrono (garantindo melhor repetibilidade), com duração de 35 dias (5 semanas), nas temperaturas 50 °C, 25 °C e 4 °C.
A estabilidade a longo prazo é associada a qualquer efeito devido ao armazenamento do material, na qual simula-se condições de prateleira. Os estudos de estabilidade a longo prazo foram realizados pelo modo clássico (garantindo uma precisão intermediária), com duração de 9 meses consecutivos.
Após a avaliação da estabilidade a curto prazo, foi realizada a caracterização do candidato a MRC produzido. Os resultados foram obtidos através da caracterização do mensurando utilizando 2 métodos independentes em 2 laboratórios,10 através do ensaio realizado pelo Laboratório de Radiometria e Fotometria (Laraf) do Inmetro (com utilização do espectrofotômetro PR-092), como também por medidas realizadas pelo Laboratório de Óptica da Visomes (com utilização do espectrofotômetro PV-667-0).
Os métodos utilizados para se determinar os comprimentos de onda do Ho2O3 foram independentes, e com a declaração da incerteza-padrão associada pelos 2 laboratórios. A compatibilidade dos resultados dos laboratórios foi verificada através de análise pelo índice zeta.11 Após os resultados serem comprovadamente compatíveis, os valores de propriedade do comprimento de onda dos picos de máxima absorbância da solução de Ho2O3 produzida foram atribuídos por meio de média ponderada,12 considerando os valores obtidos pelos laboratórios e suas incertezas padrão associadas à etapa de caracterização.
Para avaliar a incerteza expandida (UMRC) da solução de Ho2O3 produzida, levaram-se em consideração os resultados obtidos em cada um dos estudos de certificação do material: homogeneidade, estabilidade e caracterização. As incertezas padrão referentes à homogeneidade (uhom), à estabilidade a curto prazo (uec) e à estabilidade a longo prazo (uel) foram calculadas conforme ISO Guide 35,13 e aquela referente à caracterização (ucar) foi calculada por ponderação das incertezas obtidas de cada laboratório. Levando em consideração as fontes citadas, a incerteza expandida do MRC produzido foi calculada conforme Equação (1).
em que UMRC é a incerteza expandida do MRC e k é o fator de abrangência (de valor igual a 2,00 para 95% de probabilidade de abrangência).
O espectro de absorbância da solução de Ho2O3 preparada (Figura 1) inclui os 14 picos de máxima absorbância utilizados para calibração de espectrofotômetros na faixa espectral de 240 nm a 640 nm identificados por números.
Figura 1. Espectro de absorbância da solução de Ho2O3 e os 14 picos de máxima absorbância usualmente certificados
Homogeneidade do candidato a MRC
Com as 10 ampolas selecionadas para a avaliação da homogeneidade, verificou-se que não houve tendência na seleção das unidades utilizando a regressão linear. A análise da homogeneidade dentro e entre as unidades se baseou na ANOVA, obtendo-se os valores de Fcalculado e p-valor. Para α = 0,05, glentre = 9 e gldentro = 50, o Fcrítico é de 2,12. Para que o lote seja considerado homogêneo, o Fcrítico deve ser maior que Fcalculado, e o p-valor deve ser maior que 0,05 (probabilidade de 95% de abrangência). Os dados de Fcalculado e p-valor para os 14 picos da solução de Ho2O3 produzida encontram-se na Tabela 1.
Como Fcrítico > Fcalculado e p-valor > 0,05 para os 14 picos analisados, o lote da solução de Ho2O3 foi considerado homogêneo.
Estabilidade a curto prazo do candidato a MRC
Para o estudo de estabilidade a curto prazo, inicialmente, os resultados foram analisados pela técnica estatística de regressão linear, na qual obteve-se o valor do coeficiente angular (β1) e do erro padrão (sβ1). Para indicar estabilidade, o valor de β1(em módulo) deve ser menor que o produto entre o sβ1 e o valor de tst(t-student, considerando aproximadamente 95% de confiança).
Na Tabela 2, são apresentados os valores de |β1| e sβ1 tst. Verifica-se que, para 8 picos de máxima absorbância da solução de Ho2O3(assinalados com a letra a na Tabela 2), a condição |β1| < sβ1 tst não foi atendida.
Com isso, foi necessário verificar se a tendência apresentada nesse estudo foi tecnicamente significativa, utilizando a Equação (2). Estipulou-se que a diferença entre Yestimado e Y0 deveria ficar menor que 30% da incerteza alvo de 0,15 nm para que a tendência encontrada no estudo não fosse considerada significativa.
em que Yestimado equivale ao comprimento de onda obtido pela regressão linear estimando um tempo de 5 semanas (duração do estudo) e Y0 é valor médio de comprimento de onda obtido nas leituras da primeira ampola. As diferenças relativas obtidas resultaram em valores menores que 30%, indicando que a inclinação da reta não gerou instabilidade suficiente para que o valor de comprimento de onda saísse da faixa de incerteza da solução. Ou seja, para um prazo de 35 dias esses picos foram considerados estáveis. Por meio desse estudo, as temperaturas máxima e mínima de transporte do material puderam ser definidas como 50 °C e 4 °C, respectivamente, sendo que o material pode ficar exposto às temperaturas limites por até 5 semanas, o tempo total de estudo.
Estabilidade a longo prazo do candidato a MRC
A avaliação da estabilidade a longo prazo foi realizada durante 9 meses consecutivos. Os dados passaram por regressão linear, na qual obtiveram-se os valores de β1 e sβ1. Para indicar estabilidade, o β1(em módulo) deve ser menor que o produto sβ1 tst. Na Tabela 3, encontram-se os valores de |β1| e sβ1 tst.
Para o estudo de estabilidade a longo prazo, verifica-se que, para todos os 14 picos de máxima absorbância do Ho2O3 analisados, |β1| ficou menor que sβ1 tst, indicando que não houve tendência e demonstrando estabilidade por 9 meses, se mantido e armazenado à temperatura de 25 °C.
Verificou-se que o estudo de estabilidade a curto prazo foi mais crítico que a estabilidade a longo prazo, apresentando uma tendência nos resultados devido às diferenças de temperatura extremas.
Caracterização do candidato a MRC
Nesta etapa, foram distribuídas 3 ampolas do lote contendo a solução produzida para cada laboratório, portanto, 6 ampolas foram analisadas para obtenção do valor da caracterização.
Os resultados de caracterização dos 2 laboratórios foram analisados quanto à compatibilidade através do índice zeta, no qual, para todos os picos, ficou confirmado que todos ficaram compatíveis. Dessa forma, os resultados dos laboratórios foram combinados por média ponderada,9 cujos valores constam na Tabela 4.
Estimativa da incerteza do MRC de Ho2O3
As incertezas padrão de cada estudo foram calculadas conforme ISO Guide 35.13 Para o estudo de estabilidade a longo prazo, a incerteza foi extrapolada em mais 3 meses, resultando num total de 12 meses. Dessa forma, o prazo de validade da solução de Ho2O3 foi estimado para 1 ano após a produção.
Os valores de cada incerteza padrão referentes aos estudos de certificação e a incerteza expandida do MRC estão apresentados na Tabela 5.
Atribuição do valor de propriedade
O valor de propriedade da solução de Ho2O3 produzida foi apresentado para cada um dos 14 picos de máxima absorbância, nos comprimentos de onda certificados, sendo a média ponderada dos valores obtidos pelos 2 laboratórios. A incerteza da solução a ser considerada foi estabelecida como a maior incerteza encontrada dentre os 14 picos certificados: apenas um valor de incerteza expandida foi apresentado para os 14 picos. Os valores de propriedade dos 14 picos de máxima absorbância da solução de Ho2O3 produzida são apresentados na Tabela 6.
Uma metodologia para preparo e envase em ampolas de vidro do material foi desenvolvida, e realizada a avaliação da homogeneidade e da estabilidade a curto e longo prazo, na qual a solução de Ho2O3 produzida demonstrou-se homogênea e estável por 9 meses. Com a avaliação da estabilidade a curto e a longo prazos foi demonstrado que o material se manteve estável durante o transporte por até 5 semanas em temperaturas elevadas, atingindo 50 °C e temperaturas mais baixas de até 4 °C, além de poder ser armazenado à temperatura ambiente por até um ano. O material produzido foi caracterizado por meio de medições utilizando métodos independentes realizados em 2 laboratórios, de acordo com a Norma ABNT NBR ISO 17034, sendo obtidos os valores de propriedade dos 14 picos de máxima absorbância da solução de Ho2O3. A partir da combinação das incertezas padrão referentes à homogeneidade, estabilidade e da caracterização, a incerteza expandida do MRC foi estimada em 0,12 nm, para um fator de abrangência (k) igual a 2,00, em uma probabilidade de abrangência de aproximadamente 95%.
APDA e TOA agradecem ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq.
1. Augusto, C. R.; Monteiro, T. M.; Rodrigues, J. M.; Cunha, V. S.; Congresso Interno do Inmetro, Rio de Janeiro, Brasil, 2010.
2. Gonçalves, D. E. F.; Dissertação de Mestrado, Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia, Brasil, 2018.
3. Travis, J. C.; Acosta, J. C.; Andor, G.; Bastie, J.; Blattner, P.; Chunnilall, C. J.; Crosson, S. C.; Duewer, D. L.; Early, E. A.; Hengstberger, F.; Kim, C. S.; Liedquist, L.; Manoocheri, F.; Mercader, F.; Monard, L. A. G.; Nevas, S.; Mito, A.; Nilsson, M.; Noël, M.; Rodriguez, A. C.; Ruíz, A.; Schirmacher, A.; Smith, M. V.; Valencia, G.; van Tonder, N.; Zwinkels, J.; J. Phys. Chem. Ref. Data 2005, 34, 41.
4. International Accreditation New Zealand; Technical Guide, Nova Zelândia, 2005.
5. European Pharmacopoeia; Ph.Eur., 9th ed., França, 2017.
6. The United States Pharmacopoeia; National Formulary 35, 40, EUA, 2017.
7. Weidner, V. R.; Mavrodineanu, R.; Mielenz, K. D.; Velapoldi, R. A.; Eckerle, K. L.; Adams, B.; NBS Special Publications 1986, 260-102, 69.
8. Weidner, V. R.; Mavrodineanu, R.; Mielenz, K. D.; Velapoldi, R. A.; Eckerle, K. L.; Adams, B.; J. Res. Natl. Bur. Stand. 1985, 90, 115.
9. Miller, J. N.; Miller, J. C.; Statistics and Chemometrics for Analytical Chemistry, 5a ed., Person: Inglaterra, 2005.
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