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Title: Desenvolvimento e aplicação de metodologias analíticas para a determinação de elementos-traço e majoritários em amostras de água produzida
Authors: Oliveira, Eliane Padua
metadata.dc.contributor.advisor: Santelli, Ricardo Erthal
metadata.dc.contributor.advisorco: Capilla, Ramsés
Issue Date: 2011
Abstract: Neste trabalho, foram desenvolvidos procedimentos analíticos para a determinação de elementos-traço e elementos majoritários em águas produzidas provenientes da indústria do petróleo. Neste contexto, desenvolveu-se um procedimento para a determinação de elementos-traço em águas de formação e produzida (PFW, do inglês produced formation water) de alta salinidade por espectrometria de massa com plasma indutivamente acoplado (ICP-MS, do inglês inductively coupled plasma mass spectrometry), juntamente com injeção em fluxo (FI, do inglês flow injection) e separação da matriz e pré-concentração on-line. As águas produzidas (PFW) apresentam composição complexa contendo várias substâncias orgânicas e inorgânicas, e também geralmente apresentam alta salinidade. Uma mini-coluna empacotada com resina funcionalizada com o ácido iminodiacético Toyopearl AF Chelate-650M foi utilizada para a separação/préconcentração de Cd, Pb, Ni, Zn, V, Co e U; a resina Toyopearl imobilizada com 8- hidroxiquinolina para Fe, e a resina sílica imobilizada 8-hidroxiquinolina para Mo. A matriz de planejamento Doehlert e função de desejabilidade foram usadas para gerar superfícies de resposta (MSR) e otimizar os parâmetros de separação/préconcentração da coluna. Usando alíquotas com 7,5 ml de PFW, limites de detecção (em ng mL-1) de 0,0007 (Cd); 0,009 (Pb); 0,017 (Ni); 0,024 (Zn); 0,0002 (U); 0,047 (Mo); 0,058 (Fe); 0,002 (Co); 0,013 (V) e 0,041 (Mn) foram obtidos. O vanádio, Co e Mn foram determinados pelo método de adições padrão enquanto Cd, Pb, Ni, Zn, Mo, Fe e U foram quantificados através da diluição isotópica. O material de referência certificado CASS-4 (água do mar costeira) foi utilizado para validação do método e a alta salinidade das amostras de PFW (39-120 ‰) de plataformas offshore do Brasil foram examinadas. As faixas de concentração encontradas nestas águas em ng mL-1 foram: 0,013 -1,4 (Cd); 0,057 - 0,80 (Pb); 0,229 - 5,1 (Ni); 0,096 – 3360 (Zn); 0,001 - 0,081 (U); 0,244 – 69 (Mo); 0,84 – 1419 (Fe); 0,004 - 3,5 (Co); 0,088 - 0,85 (V) e 4,2 - 6230 (Mn). Quanto à determinação dos elementos majoritários, a otimização de parâmetros do ICP OES (do inglês Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectroscopy) foi realizada utilizando a matriz Doehlert e a função de desejabilidade estudando as seguintes variáveis: velocidade da bomba (rpm), vazão do gás auxiliar (L min-1) e potência do gerador de radiofrequência (RF) (W). Uma vez estabelecida, a metodologia foi aplicada às amostras de PFW, que foram analisadas por ICP OES. Os elementos Ca, Mg, K, Ba e B determinados pelo método de adições padrão dessas águas apresentaram a seguinte faixa de concentrações em mg L-1: 624 – 10569 (Ca); 105 – 1005 (Mg); 215 – 806 (K); 0,78 – 44,6 (Ba); 14,5 – 63,7 (B). Nas condições ótimas estabelecidas, os limites de detecção do método em Yg L-1 foram: 2,0 (Ca); 1,5 (Mg); 2,0 (K); 1,1 (Ba) e 0,5 (B). Por meio da Análise de Componentes Principais (PCA), os diferentes grupos das amostras de PFW com características comuns puderam ser identificados, mostrando a utilidade desta ferramenta para este e outros estudos.
metadata.dc.description.abstractother: This work presents the development of analytical methodologies for the determination of trace metals and major elements in produced formation waters from petroleum exploration. In this context, a procedure was developed for the determination of trace metals in high salinity petroleum produced formation water (PFW) by inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) coupled with flow injection (FI) on-line matrix separation and preconcentration. High salinity PFW waters present complex compositions containing various organic and inorganic substances. Mini-column packed with Toyopearl AF Chelate-650M iminodiacetate resin was used for the matrix separation/preconcentration of Cd, Pb, Ni, Zn, V, Co and U; Toyopearl 8-hydroxiquinoline resin for Fe, and silica immobilized 8- hydroxyquinoline resin for Mo. A Doehlert matrix and desirability function was used to generate response surface to optimize the column separation/preconcentration parameters. Using 7.5 mL aliquots of PFW, method limits of detection (in ng ml-1) of 0.0007 (Cd), 0.009 (Pb), 0.017 (Ni), 0.024 (Zn), 0.0002 (U), 0.047 (Mo), 0.058 (Fe), 0.002 (Co), 0.013 (V) and 0.041 (Mn) were obtained. Vanadium, Co and Mn were determined by the method of standard additions whereas Cd, Pb, Ni, Zn, Mo, Fe and U were quantitated using isotope dilution. CASS-4 (coastal seawater) certified reference material was used for method validation and high-salinity PFW (39–120‰) from Brazilian offshore platforms examined. The concentration ranges in ng ml-1 found in these waters were: 0.013–1.47 (Cd), 0.057–0.80 (Pb), 0.229–5.1 (Ni), 0.096–3360 (Zn), 0.001–0.081 (U), 0.244–69 (Mo), 0.84–1419 (Fe), 0.004–3.5 (Co), 0.088–0.85 (V) and 4.2–6230 (Mn). Regarding the determination of major elements, optimization of ICP OES parameters was carried out using a Doehlert design and desirability function involving the following the variables: pump speed (rpm), auxiliary gas flow (L min-1) and radio frequency power (W). Once established, the methodology was applied to the PFW samples, which were analyzed by ICP OES. Calcium, Mg, K, Ba and B were determined by the method of standard additions. The major elements of these waters showed the following range of concentrations in mg L-1: 624 – 10569 (Ca), 105 – 1005 (Mg), 215 – 806 (K), 0.78 – 44.6 (Ba) and 14.5 – 63.7 (B). In the optimum conditions established, the method limits of detection in Yg L-1 were 2.0 (Ca), 1.5 (Mg), 2.0 (K), 1.1 (Ba) and 0.5 (B). By means of the Principal Component Analysis (PCA), different groups of produced formation waters with common characteristics could be identified, showing the utility of this tool for this and further studies.
URI: https://app.uff.br/riuff/handle/1/7505
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