A análise química determina qualitativa e/ou quantitativamente os elementos químicos que compõem um material. Esse processo revela se o material atende às especificações das normas técnicas ou aos requisitos do projeto.
Quando a equipe realiza a análise logo após o recebimento da matéria-prima, ela identifica irregularidades na composição antes que o material entre nos processos de fabricação, evitando retrabalhos e não conformidades. Em análises de falha, a análise química abre a investigação e orienta a identificação das causas do problema.
A representatividade da amostra determina a confiabilidade dos resultados, por isso o técnico deve adotar técnicas adequadas de amostragem. Além disso, a escolha do método analítico depende principalmente da precisão requerida, do tempo disponível e do custo envolvido.
Espectrometria de emissão/absorção
Quando um átomo absorve energia, seus elétrons saltam para níveis energéticos superiores. Ao retornarem ao estado original, liberam essa energia na forma de luz visível, não visível ou raios X. Como cada elemento possui níveis energéticos únicos, cada transição gera um comprimento de onda característico — uma espécie de impressão digital do elemento.
Um exemplo clássico é o sódio presente no sal de cozinha: ao receber calor, ele produz uma coloração amarela característica. O processo inverso também ocorre, quando os elétrons absorvem energia eletromagnética para atingir estados excitados.
As técnicas de espectrometria de emissão e absorção atômica exploram esse princípio para determinar qualitativa e quantitativamente a composição química dos materiais, por meio da identificação do tipo e da intensidade da radiação emitida ou absorvida.
Entre as técnicas mais empregadas para análise de metais destacam-se:
- Espectrometria de emissão óptica (OES);
- Espectrometria por plasma (ICP);
- Espectrometria de raios X;
- Espectrometria de absorção atômica (AAS).
Cada uma delas atende a aplicações específicas, conforme o tipo de material e o nível de precisão desejado.
Espectrometria de massas
O equipamento ioniza a amostra por descarga elétrica, acelera os íons produzidos e os submete a campos magnéticos ou elétricos, que desviam suas trajetórias. A relação massa/carga de cada espécie ionizada determina o raio da trajetória percorrida.
Sensores estrategicamente distribuídos ao longo do aparelho captam a posição e a intensidade dos sinais, permitindo que o analista identifique os elementos presentes e determine suas concentrações.
Essa técnica oferece elevada sensibilidade e se destaca em análises químicas que exigem alta precisão e baixos limites de detecção.
Via úmida
A análise química por via úmida é uma das técnicas mais antigas para a determinação qualitativa e quantitativa da composição química de materiais.
Embora demande mais tempo do que os métodos espectrométrico, ela apresenta vantagens relevantes: sofre menos influência da geometria da amostra, dos tratamentos térmicos e dos processos mecânicos anteriores. Além disso, o técnico pode realizar a amostragem de forma a representar a composição química global do material, reduzindo problemas causados pela heterogeneidade local. Muitos laboratórios também utilizam os resultados da via úmida para calibrar equipamentos espectrométrico.
Em ligas metálicas, o técnico coleta a amostra por furação, obtendo cavacos que dissolve em solução ácida aquosa para análise. Os resultados quantitativos derivam principalmente de dois métodos:
- Gravimetria: baseia-se na formação de um precipitado por reação química. O precipitado é separado e pesado, permitindo determinar a quantidade do elemento de interesse.
- Titrimetria (ou volumetria): fundamenta-se na medição do volume de reagente consumido para completar uma reação química com a solução analisada.
Microanálise
As técnicas de microanálise, como EDX ou EDS, são normalmente acopladas a microscópios eletrônicos de varredura (MEV) e permitem realizar análises químicas qualitativas e quantitativas em regiões específicas de uma amostra.
O equipamento direciona um feixe de elétrons sobre a superfície do material, excitando os átomos da amostra. Em resposta, cada átomo emite raios X com energia característica, que o sistema usa para identificar os elementos químicos presentes e quantificar sua concentração.
A principal vantagem dessa técnica em relação aos métodos convencionais de espectrometria é sua elevada resolução espacial. Isso possibilita analisar regiões muito localizadas da amostra, como:
- Contornos de grão;
- Inclusões;
- Partículas de segunda fase;
- Produtos de corrosão;
- Camadas superficiais.
Além das análises pontuais, a microanálise também pode ser utilizada para realizar varreduras lineares, permitindo observar variações composicionais ao longo de uma determinada região da amostra. Simultaneamente, o equipamento pode fornecer informações topográficas da superfície analisada.
Outra aplicação importante é o mapeamento químico, que permite visualizar a distribuição espacial de elementos específicos. Em ferros fundidos cinzentos, por exemplo, essa técnica evidencia a concentração de carbono ao longo dos veios de grafita.
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A análise química é apenas uma das etapas dentro de um processo completo de caracterização e qualificação de materiais. Para garantir resultados confiáveis e conformidade com normas técnicas, ela é frequentemente combinada com ensaios mecânicos, metalográficos e de microscopia eletrônica de varredura. Conheça todos os ensaios de materiais realizados pela MIB e saiba como podemos apoiar o controle de qualidade e a análise de falha na sua operação.