Metrologia e laboratório

Heterogeneidade: quantas partículas entram na amostra?

Uma análise pode ser repetível e, ainda assim, descrever mal um material heterogêneo. Quando o metal está concentrado em uma pequena fração das partículas, a pergunta passa a ser quantas dessas partículas entraram na porção analisada. A massa nominal da alíquota, isoladamente, não responde isso.

O cálculo a seguir usa geometria e probabilidade elementar para mostrar o efeito. Não é uma aplicação completa da teoria de amostragem de Gy nem um protocolo de preparação de resíduos. As hipóteses foram simplificadas deliberadamente e não representam uma medição de catalisadores CATPRO.

Partículas iguais em uma mistura ideal

Considere uma alíquota de 100 mg formada por esferas de mesmo diâmetro e densidade de 2,5 g/cm³. Suponha que uma fração numérica de 0,001 das partículas seja portadora do componente de interesse e que a seleção seja aleatória e independente.

A massa de uma esfera é sua densidade multiplicada por πd³/6. Com essas hipóteses:

Diâmetro assumido Partículas na alíquota Portadoras esperadas Variação relativa aproximada da contagem
50 µm aproximadamente 611 mil aproximadamente 611 4,0%
250 µm aproximadamente 4.889 aproximadamente 4,89 45,2%

A variação foi aproximada por 1 dividido pela raiz da contagem esperada de portadoras, usando um modelo de Poisson. A mudança de diâmetro por um fator cinco aumenta a massa individual por um fator 125, reduzindo muito o número de unidades presentes na mesma alíquota.

Existe até a possibilidade de nenhuma portadora

No segundo caso, a probabilidade modelada de obter zero partículas portadoras é aproximadamente 0,75%, calculada por exp(−4,89). Isso não significa que uma amostra real de 250 µm tenha essa probabilidade: depende de todas as hipóteses, inclusive distribuição, densidade e associação do metal.

O exercício mostra por que uma alíquota pequena pode produzir resultados extremos sem falha instrumental. Repetir a leitura da mesma solução não acrescenta as partículas que ficaram fora da porção original.

O material real é mais complexo

Catalisadores podem apresentar revestimentos, fases, fragmentos de tamanhos diferentes e distribuição desigual entre regiões. A fração de partículas portadoras não precisa coincidir com a fração mássica. Segregação e aglomeração também podem invalidar a hipótese de seleção independente.

Além disso, densidade aparente de um pó inclui efeitos do empacotamento e não deve substituir automaticamente a densidade material da esfera usada no cálculo. A IUPAC distingue a densidade aparente como grandeza sensível à organização do material a granel.

Onde esse raciocínio ajuda

Na elaboração de um plano analítico, o modelo incentiva a separar variabilidade de coleta, subamostragem, preparação e leitura. Ele permite perguntar se a massa examinada contém unidades suficientes para representar a população pretendida.

A resposta operacional exige método validado para a matriz e condições seguras de manuseio; o artigo não recomenda moagem, abertura de carcaças ou geração de pó. Materiais desconhecidos não devem ser processados apenas para reproduzir um exercício estatístico.

Para comprador e gerador, a conclusão é que mais casas decimais não compensam uma porção pouco representativa. O orçamento analítico pode ter mais efeito ao melhorar o desenho de amostragem do que ao repetir muitas vezes a medição de uma única alíquota.

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