Gradientes difusivos em filmes finos - Diffusive gradients in thin films
A técnica de gradientes difusivos em filmes finos (DGT) é uma técnica química ambiental para a detecção de elementos e compostos em ambientes aquosos , incluindo águas naturais , sedimentos e solos . É bem adequado para a detecção in situ de contaminantes de metais residuais tóxicos biodisponíveis . A técnica envolve o uso de um amostrador passivo especialmente projetado que contém um gel de ligação , um gel difusivo e um filtro de membrana . O elemento ou composto passa através do filtro de membrana e do gel difusor e é assimilado pelo gel de ligação de uma maneira com taxa controlada. A análise pós-implantação do gel de ligação pode ser usada para determinar a concentração média ponderada de solução a granel do elemento ou composto por meio de uma equação simples.
História
A técnica DGT foi desenvolvida em 1994 por Hao Zhang e William Davison no Lancaster Environment Center da Lancaster University no Reino Unido . A técnica foi usada pela primeira vez para detectar cátions metálicos em ambientes marinhos usando Chelex 100 como agente de ligação. Uma caracterização adicional da DGT, incluindo os resultados de implantações de campo no Estreito de Menai e no Oceano Atlântico Norte , foi publicada em 1995. A técnica foi testada pela primeira vez em solos em 1998, com resultados demonstrando que a cinética de dissociação de espécies lábeis na água porosa ( solução do solo) pode ser determinada via DGT. Desde então, a técnica DGT foi modificada e expandida para incluir um número significativo de elementos e compostos, incluindo metais catiônicos, nitrato, fosfato e outros oxiânions ( V , Cr VI , As , Se , Mo , Sb , W ), antibióticos , bisfenóis e nanopartículas , e até foi modificado para a exploração geoquímica de ouro . O DGT também foi desenvolvido e calibrado para a medição de radionuclídeos , inclusive para a análise de actinídeos como U , Pu e Am .
DGT Research Ltd. foi fundada em julho de 1997 pelos desenvolvedores originais da técnica, os Profs. Davison e Zhang, e vende dispositivos DGT® prontos para implantações de água, solo e sedimentos para medir diferentes analitos, bem como as peças componentes para automontagem. A empresa detém as patentes originais do dispositivo e DGT® é uma marca registrada em todo o mundo. Em 2014, uma empresa rival " EasySensor " foi criada pelo Prof. Shiming Ding e fornece dispositivos que a empresa afirma serem análogos aos produtos DGT® originais.
O dispositivo DGT
O dispositivo DGT mais comumente usado é uma sonda de plástico "tipo pistão" e compreende uma base cilíndrica de policarbonato e uma tampa circular de ajuste apertado com uma abertura (janela DGT). Um gel de ligação, gel difusivo e membrana de filtro são empilhados na base, e a tampa é usada para selar as camadas de gel e de filtro dentro. As dimensões das camadas de gel variam dependendo das características do ambiente, como a taxa de fluxo da água sendo amostrada ; um exemplo é um dispositivo de aproximadamente 2 cm de diâmetro contendo uma camada de gel de 1 mm. Outras configurações de sonda comumente usadas incluem aquelas para implantação em sedimentos (para medir a mobilização de soluto com profundidade) e na forma planar para medir a dinâmica do soluto na rizosfera vegetal.
Princípios de operação
Desdobramento, desenvolvimento
Os dispositivos DGT podem ser implantados diretamente em meios ambientais aquosos, incluindo águas naturais, sedimentos e solos. Em águas de fluxo rápido, a face do dispositivo DGT deve ser perpendicular à direção do fluxo, a fim de garantir que a camada limite difusiva (DBL) não seja afetada pelo fluxo laminar . Em águas de fluxo lento ou estagnadas, como em lagoas ou águas subterrâneas , a implantação de dispositivos DGT com diferentes espessuras de gel difusivo pode permitir a determinação do DBL e uma determinação mais precisa da concentração em massa. Modificações no gel difusivo (por exemplo, aumentando ou diminuindo a espessura) também podem ser realizadas para garantir limites de detecção baixos.
Análise de géis de ligação e imagem química
Após os dispositivos / sondas DGT terem sido recuperados, os géis de ligação podem ser eluídos usando métodos que dependem do analito alvo e do gel de ligação DGT (por exemplo, o ácido nítrico pode ser usado para eluir a maioria dos cátions metálicos dos géis Chelex-100). O NaOH pode ser usado para eluir a maioria dos oxiânions do óxido de Zr (Ding et al., 2010, 2011,2016; Sun et al., 2014). O eluente pode então ser analisado quantitativamente por meio de uma variedade de técnicas analíticas, incluindo, mas não se limitando para: ICP-MS , GFAAS ICP-OES , AAS , espectroscopia UV-Vis ou densitometria de imagem por computador . Para imagens químicas e para obter distribuição bidimensional (2D) de alta resolução de analitos em ambientes heterogêneos, como sedimentos e rizosfera , as tiras de gel recuperadas podem ser analisadas por PIXE ou LA-ICP-MS após a secagem do gel.
A equação DGT
A DGT é baseada na aplicação da lei de Fick . Uma vez que a massa de um analito foi determinada, a concentração média do tempo do analito na massa,, pode ser determinada pela aplicação da seguinte equação:
onde é a massa do analito na resina, é a espessura da camada difusiva e da membrana do filtro juntas, é o coeficiente de difusão do analito, é o tempo de implantação e é a área da janela DGT. Podem ser necessárias técnicas de análise mais elaboradas nos casos em que a força iônica da água é baixa e onde há presença de matéria orgânica significativa .
