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ABSTRACT

Recebido em 10/8/10; aceito em 3/6/11; publicado na web em 22/7/11 SPECIATION ANALYSIS OF COPPER AND ZINC USING DIFFERENTIAL PULSE ANODIC STRIPPING VOLTAMMETRY. This work describes methodologies for speciation analysis of the metals copper and zinc as total, total dissolved, labile, as well as complexation capacity (conditional stability constants and available ligand concentration), using the same technique, differential pulse anodic stripping voltammetry (DPASV). Several supporting electrolytes were tested, and the results showed that KNO 3 and HNO 3 resulted in voltamograms without interferences as well as excellent resolution for the total and labile fractions. The methodology using the DPASV technique allows a simple and low cost analysis of copper and zinc speciation, with high precision and sensitivity, with limits of quantification (LOQ) of 1.8 nmol L -1 for copper and 2.1 nmol L -1 for zinc.Keywords: anodic stripping voltammetry; speciation; trace metal. INTRODUÇÃOEstudos de especiação de metais são de grande importância para a avaliação de impactos ambientais, avaliações ecotoxicológicas, assim como para o entendimento do comportamento e destino dos metais em ambientes aquáticos.1 Informações sobre a reatividade, mobilidade e biodisponibilidade dos metais em águas naturais podem ser obtidas mediante estudos de especiação. A relação entre especiação dos elementos metálicos e toxicidade aos organismos é complexa e depende não somente da espécie química em questão, mas também do organismo exposto e da função fisiológica que o elemento metálico exerce no organismo.2 Sabe-se que os elementos cobre e zinco são essenciais aos organismos aquáticos, mas podem ser tóxicos quando encontrados em concentrações mais elevadas.3 Devido à complexidade da interação metais-organismo-ambiente, o uso de técnicas analíticas capazes de determinar diferentes espécies químicas com baixa manipulação amostral, tal qual a voltametria, assume destaque quanto à compreensão da dinâmica dos metais no ambiente.Sabe-se que o papel biogeoquímico dos metais correlaciona-se com suas formas físico-químicas, as quais incluem espécies associadas ao material particulado, coloidal e dissolvido.3,4 Portanto, avaliar a concentração total de um metal é insuficiente para inferir sobre seu comportamento e destino no ambiente, assim como sobre seus impactos na biota aquática. 1,3,5 Alguns autores consideram que espécies lábeis apresentam maior biodisponibilidade aos organismos aquáticos.6 Por outro lado, metais complexados a ligantes orgânicos são considerados de menor biodisponibilidade. 7A matéria orgânica dissolvida (MOD) exerce um papel fundamental na especiação dos metais-traço; os ligantes orgânicos possuem poder de complexação com metais, 8 cuja força de associação e quantidade de ligantes disponíveis variam com a categoria da MOD.9,10 Os estudos de especiação de metais podem ser realizados empregando-se diferentes abordagens e técnicas analíticas tais como a voltametria de redissolução anódica (DPASV) e voltametria de redissolução catódica (...

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This research aimed at evaluating cadmium (Cd), copper (Cu), lead (Pb), and zinc (Zn) speciation in water samples as well as determining water quality parameters (alkalinity, chlorophyll a, chloride, conductivity, dissolved organic carbon, dissolved oxygen, inorganic carbon, nitrate, pH, total suspended solids, and water temperature) in a eutrophic reservoir. This was performed through calculation of free metal ions using the chemical equilibrium software MINEQL+ 4.61, determination of labile, dissolved, and total metal concentrations via differential pulse anodic stripping voltammetry, and determination of complexed metal by the difference between the total concentration of dissolved and labile metal. Additionally, ligand complexation capacities (CC), such as the strength of the association of metals-ligands (logK'ML) and ligand concentrations (C L) were calculated via Ruzic's linearization method. Water samples were taken in winter and summer, and the results showed that for total and dissolved metals, Zn > Cu > Pb > Cd concentration. In general, higher concentrations of Cu and Zn remained complexed with the dissolved fraction, while Pb was mostly complexed with particulate materials. Chemical equilibrium modeling (MINEQL+) showed that Zn(2+) and Cd(2+) dominated the labile species, while Cu and Pb were complexed with carbonates. Zinc was a unique metal for which a direct relation between dissolved species with labile and complexed forms was obtained. The CC for ligands indicated a higher C L for Cu, followed by Pb, Zn, and Cd in decreasing amounts. Nevertheless, the strength of the association of all metals and their respective ligands was similar. Factor analysis with principal component analysis as the extraction procedure confirmed seasonal effects on water quality parameters and metal speciation. Total, dissolved, and complexed Cu and total, dissolved, complexed, and labile Pb species were all higher in winter, whereas in summer, Zn was mostly present in the complexed form. A high degree of deterioration of the reservoir was confirmed by the results of this study.