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AUTARQUIA ASSOCIADA UNIVERSIDADE DE SO PAULO
DEGRADAO DE PROFENOFS EM SOLUO AQUOSA E EM ERVILHAS
PROCESSADAS POR FEIXE DE ELTRONS E A SNTESE DE POLMEROS
IMPRESSOS PARA EXTRAO SELETIVA DESSE PESTICIDA
Flvio Thihara Rodrigues
Tese apresentada como parte dos
requisitos para obteno do Grau de
Doutor em Cincias na rea de Tecnologia
Nuclear - Aplicaes
Orientadora:
Profa. Dra. Anna Lucia Casaas Haasis
Villavicencio
Co-orientador:
Prof. Dr. Eric Marchioni
So Paulo
2015
-
INSTITUTO DE PESQUISAS ENERGTICAS E NUCLEARES
Autarquia associada Universidade de So Paulo
DEGRADAO DE PROFENOFS EM SOLUO AQUOSA E EM ERVILHAS
PROCESSADAS POR FEIXE DE ELTRONS E A SNTESE DE POLMEROS
IMPRESSOS PARA EXTRAO SELETIVA DESSE PESTICIDA
Flvio Thihara Rodrigues
Tese apresentada como parte dos
requisitos para obteno do Grau de
Doutor em Cincias na rea de Tecnologia
Nuclear - Aplicaes
Orientadora:
Profa. Dra. Anna Lucia Casaas Haasis
Villavicencio
Co-orientador:
Prof. Dr. Eric Marchioni
Verso Corrigida Verso Original disponvel no IPEN
So Paulo
2015
-
AGRADECIMENTOS
Dra. Anna Lucia C. H. Villavicencio por todos os conselhos,
ensinamentos, confiana e apoio.
Ao Dr. Eric Marchioni por ter me recebido junto equipe de Chimie
Analytique des Molcules BioActives (CAMBA) da Universidade de Strasbourg,
contribudo para o desenvolvimento e estruturao deste trabalho.
Dra. Diane Julien-David e Dra. Sonia Lordel por compartilhar
conhecimento de qumica analtica, transmitir as instrues de manipulao dos
equipamentos de cromatografia e realizao da parte experimental deste trabalho.
Aos pesquisadores Dra. Cline Clayeux, Dr. Christophe Marcic,
Dra. Franoise Bindler, Dra. Martine Bergaentzl, Dra. Minjie Zhao, Dr. Sad
Ennahar pelo convvio harmonioso, por serem receptivos, esclarecerem dvidas
diversas, contribuies cientficas e pessoais.
Ao Dr. Wilson Aparecido Parejo Calvo, Dra. Margarida Hamada e
Dra. Mnica Beatriz Mathor pelo auxlio na resoluo dos problemas do dia-a-dia
e pelas palavras de incentivo.
Arial, principalmente ao Dr. Florentz Kuntz, Dr. Alan Strasser e Ludovic
Frechard pela ajuda concedida e por disponibilizarem as instalaes para a
realizao das irradiaes.
Ana Claudia Martinelli Feher, Claudia Regina Nolla, Marcos Cardoso da
Silva e Myriam Benelhocine pela ajuda nos assuntos administrativos.
Ao Dr. Michel Mozeika Arajo, um grande amigo, que sempre esteve
disposto a me ajudar e a solucionar qualquer dvida cientfica.
Ao Collge Doctoral Europen (CDE) pela hospitalidade e pela excelente
prestao de servios.
Aos alunos de iniciao cientfica Hugues Zimmermann e Loic Bonne que
me auxiliaram nas anlises com polmeros impressos e compartilharam bons
momentos em Strasbourg.
Diviso de Ensino do Instituto de Pesquisas Energticas e Nucleares
(IPEN) e ao Centro de Tecnologia das Radiaes (CTR) por terem ajudado a
concretizar este trabalho.
https://br.linkedin.com/pub/ana-claudia-martinelli-feher/6a/871/3bahttps://pt-br.facebook.com/mmozeikahttps://fr-fr.facebook.com/pages/R%C3%A9sidence-du-Coll%C3%A8ge-doctoral-europ%C3%A9en-Universit%C3%A9-de-Strasbourg/109224585785233
-
Universidade de So Paulo e Universidade de Strasbourg por
disponibilizarem as instalaes fsicas para realizao desta pesquisa.
Aos colegas de trabalho da Universidade de Strasbourg Me Mathieu
Ostermann, Dr. Fernando Jonathan Lona Ramrez, Ma Ikram Hammi, Dr. Remmelt
Van der Werf e Dra. Li Zhou.
Aos colegas do IPEN Dra. Amanda Cristina Koike, Ma Anglica Barbezan,
Dr. Gustavo Bernardes Fanaro, Dr. Marcelo Augusto Gonalves Bardi, Dra.
Mrcia Ribeiro, Dra. Patrcia Takinami e Dr. Renato Duarte.
Aos amigos que sempre me ajudaram distante ou prximos com conselhos
e contribuies com este trabalho: Dra. Aniele Fischer Brand, Edmar Braga,
Ma Daiane Cristine de Souza, Dr. Jeferson Moreto, Dra. Marlene Bampi, Dra.
Milene Oliveira Pereira Bicudo, Dra. Gabrieli Alves de Oliveira e Oziel Hillmann.
Ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientfico e Tecnolgico
(CNPq) e Cincias sem Fronteiras pela bolsa de doutorado concedida, auxlio
financeiro que permitiram o desenvolvimento desta tese e o estgio doutoral na
Universidade de Starsbourg.
Ao Campus France e gide por toda ajuda concedida em todos os
processos de minha transio do Brasil para Frana.
A todos meus familiares, principalmente meus pais, Audenil Rodrigues
Perez e Maruta Thihara Rodrigues, e minha irm Ma Priscila Thihara Rodrigues,
por me ensinar o sentido do amor puro e apoio incondicional em todos os
momentos.
A todos que de alguma forma contriburam para o desenvolvimento deste
trabalho, expresso minha sincera gratido.
Agradeo a Deus, acima de tudo, que conduz minha vida.
https://www.facebook.com/angel.barbezan?fref=pb&hc_location=friends_tab
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Para ser grande, s inteiro: nada
Teu exagera ou exclui.
S todo em cada coisa. Pe quanto s
No mnimo que fazes.
Assim em cada lago a lua toda
Brilha, porque alta vive
Ricardo Reis
(Heternimo de Fernando Pessoa)
Au dbut des recherches exprimentales
sur un sujet dtermin quelconque, l'imagination
doit donner des ailes la pense.
Au moment de conclure et d'interprter
les faits que les observateurs ont
rassembls, l'imagination doit, au contraire,
tre domine et asservie par les rsultats
matriels des expriences
Louis Pasteur
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DEGRADAO DE PROFENOFS EM SOLUO AQUOSA E EM ERVILHAS
PROCESSADAS POR FEIXE DE ELTRONS E A SNTESE DE POLMEROS
IMPRESSOS PARA EXTRAO SELETIVA DESSE PESTICIDA
Flvio Thihara Rodrigues
RESUMO
Profenofs um organofosforado empregado como inseticida e acaricida amplamente utilizado no Brasil para o controle de pragas de cebolas, milho, soja, caf, tomate, algodo, feijo, batata e outros. A irradiao um processo empregado em todo o mundo e recomendada por diversos rgos de sade para a conservao de alimentos. A radiao ionizante utiliza raios gama, raios X ou aceleradores de eltrons e tem sido aplicada para eliminar ou reduzir a ao de agentes patognicos e contribuir para aumentar o tempo de estocagem de vrios alimentos. Os objetivos desse trabalho foram: (a) avaliar a degradao de solues aquosas de profenofs submetidas radiao ionizante, identificar e quantificar a formao de novos produtos por GC-MS; (b) analisar o efeito de feixe de eltrons em ervilhas inoculadas com solues aquosas de profenofs; (c) sintetizar Polmeros Molecularmente Impressos (MIP) e Slica Impressa Molecularmente (MIS), posteriormente, caracterizar os adsorventes em fase slida e verificar sua seletividade para profenofs. O tratamento com aceleradores de eltrons com dose 31,6 kGy promoveu a formao de um novo produto de degradao e reduo de 93,40 % de profenofs em solues aquosas. Em ervilhas inoculadas com 1 g de profenofs submetidas radiao ionizante de 30,4 kGy promoveu uma reduo na concentrao de profenofs em 57,46 %. Alm disso, foram realizadas snteses de MIP e MIS para a extrao em fase slida de profenofs. Os MIS sintetizados por sol-gel mostraram-se eficazes para o reconhecimento molecular e extrao seletiva de profenofs.
Palavras-chave: Profenofs, Irradiao de Alimentos, Ervilhas, Extrao Lquido-Lquido, QuEChERS, Extrao em Fase Slida, Polmero de Impresso Molecular, Slica Impressa Molecularmente
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DEGRADATION OF PROFENOFOS IN AQUEOUS SOLUTION AND PEAS BY
ELECTRON BEAM PROCESSED AND SYNTHESIS OF IMPRINTED
POLYMERS FOR SELECTIVE EXTRACTION OF THIS PESTICIDE
Flvio Thihara Rodrigues
ABSTRACT
Profenofos is an organophosphate widely used in Brazil as insecticide and acaricide in the control of pests in onions, corn, soybeans, coffee, tomato, cotton, beans, potatoes among others. Irradiation is a process used worldwide and recommended by many health agencies for food preservation. Food irradiation preserving process uses accelerated electrons, gamma rays or X-rays. Ionizing radiation treatment is applied to eliminate or to reduce the action of pathogens and to increase the shelf life of some foods. The objective of this study were (a) to evaluate the degradation of aqueous solutions of Profenofos by ionizing radiation, identify and quantify the formation of new products by GC-MS; (b) to analyze the effects of electron beam in peas inoculated with aqueous solutions of Profenofos; (c) to synthesize Molecularly Imprinted Polymer (MIP) and Molecularly Imprinted Silica (MIS), subsequently characterize the adsorbents in solid phase and check its selectivity for profenofos. The treatment with electron accelerators with 31.6 kGy dose promoted the formation of a new by-product and 93.40 % reduction of profenofos in aqueous solutions. In peas inoculated with 1 g of profenofos by ionizing radiation of 30.4 kGy promoted a reduction of 57.46 % in the concentration of profenofos. Furthermore, the MIP and MIS were performed for solid phase extraction of profenofos. The MIS synthesized by sol-gel proved to be effective for the recognition molecular and selective extraction of profenofos. Keys words: Profenofos, Food Irradiation, Peas, Liquid-Liquid Extraction, Solid Phase Extraction, Quechers, Molecularly Imprinted Polymer, Molecularly Imprinted Silica
https://www.google.com.br/search?es_sm=93&q=molecularly+imprinted+polymer&spell=1&sa=X&ei=zzIGVbWSJoHasATRq4AQ&ved=0CBoQvwUoAAhttps://www.google.com.br/search?es_sm=93&q=molecularly+imprinted+polymer&spell=1&sa=X&ei=zzIGVbWSJoHasATRq4AQ&ved=0CBoQvwUoAA
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SUMRIO
Pgina
CONTEXTO DA PESQUISA ................................................................................. 18
OBJETIVOS .......................................................................................................... 21
CAPTULO I - REVISO BIBLIOGRFICA ........................................................... 22
1.1 Pesticidas ........................................................................................................ 22
1.1.1 Destino e atuao dos pesticidas no meio ambiente ................................... 24
1.1.2 Classificao dos pesticidas ........................................................................ 26
1.1.3 Organofosforados ........................................................................................ 27
1.1.3.1 Profenofs ................................................................................................. 29
1.2 Irradiao de Alimentos .................................................................................. 31
1.2.1 Radilise da gua ........................................................................................ 33
1.2.2 Situao Sanitria de Alimentos Irradiados .................................................. 34
1.2.3 Aceleradores de Eltrons ............................................................................. 35
1.3 Mtodos analticos de extrao ....................................................................... 38
1.3.1 Extrao em fase slida ............................................................................... 38
1.3.2 Metodologias de anlise de resduos de pesticidas em alimentos ............... 39
1.3.3 Extrao com solvente ................................................................................. 40
1.3.4 QuEChERS .................................................................................................. 41
1.3.5 Sntese de polmeros de impresso molecular por via radicalar .................. 43
1.3.5.1 Princpio da impresso molecular ............................................................. 43
1.3.5.2 Interaes moleculares para preparo do MIP ........................................... 44
1.3.5.3 Reagentes para sntese de MIPs .............................................................. 45
1.3.5.4 O estado da arte no preparo dos MIP ....................................................... 49
1.3.6 Sntese de molculas impressas por via sol-gel .......................................... 50
1.3.7 Caracterizao do Suporte Impresso ........................................................... 53
REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ...................................................................... 56
CAPTULO II - DEGRADAO DE PROFENOFS EM SOLUO AQUOSA
POR FEIXE DE ELTRONS ................................................................................. 67
1. INTRODUO .................................................................................................. 68
2. MATERIAL E MTODOS .................................................................................. 70
2.1 Padres e Reagentes ..................................................................................... 70
-
2.2 Mtodos .......................................................................................................... 70
2.2.1 Preparao das amostras ............................................................................ 70
2.2.2 Irradiao ..................................................................................................... 71
2.2.3 Procedimento de extrao ........................................................................... 71
2.2.4 Anlise por GC-MS ...................................................................................... 72
2.2.5 Fator de resposta relativa e validao da metodologia ................................ 72
3. RESULTADOS E DISCUSSO ........................................................................ 74
3.1 Degradao de profenofs .............................................................................. 74
3.2 Degradao e subprodutos de profenofs formados aps a uso da radiao
ionizante ................................................................................................................ 76
4. CONCLUSO ................................................................................................... 83
REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ...................................................................... 84
CAPTULO III - DETERMINAO DE PROFENOFS EM ERVILHAS
IRRADIADAS PROCESSADOS POR FEIXE DE ELTRONS UTILIZANDO O
MTODO QuEChERS PARA EXTRAO DO AGROTXICO ........................... 87
1. INTRODUO .................................................................................................. 88
2. MATERIAL E MTODOS .................................................................................. 90
2.1 Amostras e Reagentes .................................................................................... 90
2.2 Mtodos .......................................................................................................... 90
2.2.1 Preparao da Amostra ............................................................................... 90
2.2.2 Irradiao ..................................................................................................... 91
2.2.3 Moagem criognica da ervilha e protocolo do mtodo QuEChERS ............. 91
2.2.4 Protocolo do mtodo QuEChERS ................................................................ 93
2.3 Anlise com GC-MS ........................................................................................ 96
2.4 Fator de resposta relativo e validao da metodologia ................................... 97
3. RESULTADOS E DISCUSSO ........................................................................ 99
3.1 Mtodo QuEChERS ........................................................................................ 99
3.2 Seleo do Padro interno ............................................................................ 100
3.3 Determinao cromatogrfica usando GC-MS/MS ....................................... 100
4. CONCLUSO ................................................................................................. 104
REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS .................................................................... 105
-
CAPTULO IV - DESENVOLVIMENTO E CARACTERIZAO DE POLMEROS
DE IMPRESSO MOLECULAR PARA A EXTRAO SELETIVA DE
PROFENOFS ................................................................................................... 108
1. INTRODUO ................................................................................................ 109
2. MATERIAL E MTODOS ................................................................................ 111
2.1 Reagentes e materiais .................................................................................. 111
2.2 Snteses dos Polmeros de Impresso Molecular ......................................... 111
2.3 Preparo da coluna SPE ................................................................................. 114
2.4 Dessoro da molcula molde do polmero .................................................. 115
2.5 Caracterizao do perfil de eluo em SPE ................................................. 115
2.5.1 Caracterizao MIP I .................................................................................. 116
2.5.2 Caracterizao MIP II ................................................................................. 116
2.5.3 Caracterizao MIP III ................................................................................ 117
2.5.4 Caracterizao MIP IV ............................................................................... 117
2.5.5 Caracterizao MIP V ................................................................................ 118
2.6 Validao do mtodo .................................................................................... 118
2.7 Mtodo cromatogrfico.................................................................................. 119
3. RESULTADOS E DISCUSSO ...................................................................... 120
3.1 Perfil cromatogrfico do profenofs .............................................................. 120
3.2 Eliminao da molcula molde ...................................................................... 120
3.3 Caracterizao do MIP .................................................................................. 121
3.3.1 Caracterizao do MIP I ............................................................................. 121
3.3.2 Caracterizao do MIP II ............................................................................ 122
3.3.3 Caracterizao do MIP III ........................................................................... 123
3.3.4 Caracterizao do MIP IV com refrigerao ............................................... 124
3.3.5 Caracterizao MIP V ................................................................................ 127
3.4 Anlise dos MIP e seus constituintes ............................................................ 128
3.5 Validao da metodologia ............................................................................. 129
4. CONCLUSO ................................................................................................. 132
REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS .................................................................... 133
CAPTULO V - SNTESE E CARACTERIZAO DE SLICA IMPRESSA
MOLECULARMENTE PARA A EXTRAO SELETIVA DE PROFENOFS .... 135
1. INTRODUO ................................................................................................ 136
-
2. MATERIAL E MTODOS ................................................................................ 138
2.1 Reagentes e solventes .................................................................................. 138
2.2 Preparo da Slica Impressa Molecularmente................................................. 138
2.3 Preparo da coluna MIS ................................................................................. 141
2.4 Extrao do profenofs do MIS antes do perfil de eluio ............................ 141
2.5 Procedimento geral de extrao para MIS .................................................... 141
2.5.1 Protocolo de extrao para MIS I ............................................................... 142
2.5.2 Protocolo de extrao para MIS II .............................................................. 142
2.5.3 Protocolo de extrao para MIS III, IV e V ................................................. 143
2.6 Mtodo cromatogrfico.................................................................................. 143
2.7 Validao da metodologia analtica ............................................................... 144
3. RESULTADOS E DISCUSSO ...................................................................... 145
3.1 Caracterizao da soluo de percolao .................................................... 145
3.1.1 Caracterizao do MIS I ............................................................................. 145
3.1.2 Caracterizao do MIS II ............................................................................ 147
3.1.3 Caracterizao do MIS III ........................................................................... 153
3.1.4 Caracterizao do MIS IV .......................................................................... 154
3.1.5 Caracterizao do MIS V ........................................................................... 156
3.2 Anlise dos MIS ............................................................................................ 157
3.3 Parmetros analticos da validao da metodologia ..................................... 158
4. CONCLUSO ................................................................................................. 159
5. TRABALHOS FUTUROS ................................................................................ 160
REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS .................................................................... 161
-
LISTA DE FIGURAS
Pgina
FIGURA 1.1 - Produo agrcola e consumo de agrotxicos nas lavouras do Brasil
de 2002 2011......................................................................................................22
FIGURA 1.2 - Principais processos fsicos, qumicos, biolgicos no transporte e na
degradao de pesticidas no meio ambiente ........................................................25
FIGURA 1.3 - Estrutura molecular geral dos organofosforados ...........................27
FIGURA 1.4 - Vias metablicas sugeridas para degradao de profenofs no solo,
vegetais e em reaes enzimticas ......................................................................31
FIGURA 1.5 - Radura: smbolo internacional para alimentos irradiados ..............35
FIGURA 1.6 - Comportamento da deposio de energia em meio aquoso para
diferentes energias cinticas produzidas por aceleradores de eltrons ...............36
FIGURA 1.7 - Princpio de extrao em fase slida .............................................38
FIGURA 1.8 - Alguns tipos de colunas de SPE ....................................................39
FIGURA 1.9 - Esquema da tcnica de extrao QuEChERS ...............................42
FIGURA 1.10 - Polmero de molcula impressa ...................................................44
FIGURA 1.11 - Monmeros funcionais comumente empregados na sntese do
MIP ........................................................................................................................46
FIGURA 1.12 - Estrutura qumica de alguns agentes de ligao cruzada usados
na sntese de MIP .................................................................................................48
FIGURA 1.13 - Estrutura qumica dos iniciadores radicalares mais utilizadas na
sntese de MIP ......................................................................................................49
FIGURA 1.14 - Etapas do perfil de eluio envolvido no processo SPE ..............54
FIGURA 1.15 - Perfil ideal aps o processo de extrao realizado em polmeros
impressos e no impressos, sendo P = Percolao, L = Lavagem e E = Eluio
...............................................................................................................................55
FIGURA 2.1 - Frmula molecular do profenofs ...................................................70
FIGURA 2.2 - Curva de degradao de profenofs na gua purificada em funo
da dose de irradiao ............................................................................................75
FIGURA 2.3 - Cromatograma de soluo profenofs irradiados com dose de
11,7 kGy (pico 3), padro interno (pico 1) e produto de degradao (picos 2) ....76
-
FIGURA 2.4.- Espectro de massa do obtido pela anlise por GC-MS do
profenofs com m/z de 339 [M] + ...........................................................................77
FIGURA 2.5 - Espectro de massa correspondente ao subproduto de profenofs
com m/z 259,1 obtido por irradiao .....................................................................78
FIGURA 2.6 - Estrutura qumica da degradao potencial do principal subproduto
de profenofs por acelerador de eltrons .............................................................79
FIGURA 2.7 - Produto de degradao profenofs em diferentes doses de
irradiao ..............................................................................................................80
FIGURA 2.8 - Degradao de profenofs e subprodutos formados em diferentes
doses de irradiao ...............................................................................................80
FIGURA 2.9 - Adaptado de Zamy et. al (2004): Estruturas dos produtos de
degradao do profenofs mediante irradiao policromtica (l> 285 nm) em
soluo aquosa. As Letras A, B, C, D,E e F indicam os diferentes caminhos, na
qual ocorreram clivagem da molcula...................................................................82
FIGURA 3.1 - Frasco de policarbonato, tampas e pndulo de ao inoxidvel......92
FIGURA 3.2 - Frasco de policarbonato com vagens de ervilhas...........................92
FIGURA 3.3 - Freezer/Mill......................................................................................92
FIGURA 3.4 - Coluna SPE - Carbon/NH2...............................................................94
FIGURA 3.5 Descrio esquemtica do QuEChERS e o procedimento de clean
up para ervilhas irradiadas.....................................................................................95
FIGURA 3.6 - Cromatograma do extrato de ervilhas irradiadas nas doses
absorvidas de 4,5 kGy. Sendo o pico 1 o padro interno e pico 2 o profenofs..101
FIGURA 3.7 Degradao de profenofs aps a irradiao por feixe de eltrons
analisados por GC-MS/MS em vrias doses absorvidas. Barras de erros
representam o valor do desvio padro ................................................................103
FIGURA 4.1 - Sntese do MIP .............................................................................114
FIGURA 4.2 Cromatograma da soluo de 2 g/mL de profenofs diludo em
gua deionizada ..................................................................................................120
FIGURA 4.3 - Perfil de eluio do MIP I obtido aps C = 3 mL de H2O; P = 1 mL
da soluo de 2 g/mL de profenofs em diclorometano; L = 1 mL de ACN/MeOH
(90/10, v/v); E1 e E2 = 1 mL de MeOH................................................................122
FIGURA 4.4 (a, b e c) - Perfil de eluio do MIP III obtido aps C = 3 mL de H2O;
P = 1 mL da soluo de 2 g/mL de profenofs em H20; L1 = 1 mL de H20/ACN
-
(80/20, v/v), L2 = 1 mL de H20/ACN (70/30, v/v); L3 = 1 mL de H20/ACN (60/40,
v/v); E = 1 mL de ACN.........................................................................................124
FIGURA 4.5 (a, b e c) Perfil de eluio do MIP IV obtido aps C = 2 mL da
soluo aquosa com 1 % de cido actico; P = 1 mL da soluo de 2 g/mL de
profenofs em H20; L1, L2 e L3 = 1 mL de H20/ACN (60/40, v/v); E = 1 mL de
ACN......................................................................................................................125
FIGURA 4.6 (a, b e c) - Perfil de eluio do MIP IV obtido aps C = 3 mL de H20;
P = 1 mL da soluo de 2 g/mL de profenofs em H20; L1 = 1 mL de MeOH/H20
(40/60, v/v), L2 = 1 mL de MeOH/H20 (30/70, v/v); L3 = 1 mL de MeOH/H20
(20/80, v/v); E = 1 mL de MeOH..........................................................................126
FIGURA 4.7 Perfil de eluio do MIP V obtido aps C = 3 mL de H20; P = 1 mL
da soluo de 2 g/mL de profenofs em H20; L1 = 1 mL de MeOH/H20 (40/60,
v/v), L2 = 1 mL de MeOH/H20 (30/70, v/v); L3 = 1 mL de MeOH/H20 (20/80, v/v);
E = 1 mL de MeOH..............................................................................................127
FIGURA 4.8 (a, b e c) Perfil de eluio do MIS V obtido aps C = 3 mL de H20;
P = 1 mL da soluo de 2 g/mL de profenofs em H20; E1, E2 e E3 = 1 mL de
MeOH...................................................................................................................128
FIGURA 5.1 Esquema da produo do MIS e do NIS......................................140
Figura 5.2 - Perfil de eluio do MIS I obtido aps C = 5 mL de H2O; P = 1 mL de
H20 com 2 g/mL de profenofs; L1 e L2 = 1 mL de H20/ACN (60/40, v/v) e
L3 = 500 L de H20/ACN (60/40, v/v); E1 e E2 = 1 mL de ACN..........................145
Figura 5.3 - Perfil de eluio do MIS I obtido aps C = 5 mL de H2O; P = 1 mL de
H20 com 2 g/mL de profenofs; L1 e L2= 1 mL de H20/ACN (60/40, v/v) e
L3 = 500 L de H20/ACN (60/40, v/v); E = 1 mL de ACN....................................146
Figura 5.4 - Perfil de eluio do MIS I obtido aps C = 5 mL de H2O; P = 1 mL de
H20 com 2 g/mL de profenofs; L1 e L2= 1 mL de H20/ACN (60/40, v/v) e
L3 = 500 L de H20/ACN (60/40, v/v); E1 e E2 = 1 mL de ACN..........................146
FIGURA 5.5 Perfil de eluio do MIS I obtido aps C = 5 mL de H2O; P = 1 mL
de H2O com 2 g/mL de profenofs; L1 e L2= 1 mL de H20/ACN (60/40, v/v) e
L3 = 500 Lde H20/ACN (60/40, v/v); E1 e E2 = 1 mL de ACN...........................147
FIGURA 5.6 - Perfil de eluio do MIS II.A (catucho I) obtido aps aps C = 10 mL
de H2O; P = 1 mL da soluo de 2 g/mL de profenofs em H20, L1 e L2= 1 mL
de H20/ACN (60/40, v/v) e L3 = 500 L de H20/ACN (60/40, v/v); E1, E2, E3 e
E4 = 1 mL de ACN...............................................................................................148
-
FIGURA 5.7 - Perfil de eluio do MIS II.A (cartucho II) obtido aps C = 10 mL de
H2O; P = 1 mL da soluo de 2 g/mL de profenofs em H20; L1 e L2= 1 mL de
H20/ACN (80/20, v/v) e L3 = 500 L de H20/ACN (80/20, v/v); E1, E2, E3 e
E4 = 1 mL de ACN...............................................................................................149
FIGURA 5.8 - Perfil de eluio do MIS II.B obtido aps C = 10 mL de H2O;
P = 1 mL da soluo de 2 g/mL de profenofs em H20; L1, L2 e L3 = 1 mL de
H20/ACN (80/20, v/v) e L3 = 500 L de H20/ACN (80/20, v/v); E1, E2, E3 e
E4 = 1 mL de ACN...............................................................................................149
FIGURA 5.9 - Perfil de eluio do MIS II.C obtido aps C = 10 mL de H2O;
P = 1 mL da soluo de 2 g/mL de profenofs em H20; L1 e L2 = 1 mL de
H20/ACN (80/20, v/v) e L3 = 500 L de H20/ACN (80/20, v/v); E1, E2, E3 e
E4 = 1 mL de ACN...............................................................................................150
FIGURA 5.10 Perfil de eluio do MIS II.A obtido aps C = 5 mL de ACN; 5 mL
de MeOH e 5 mL de H2O; P = 1 mL da soluo de 2 g/mL de profenofs em
H20; L1, L2, L3 e L4 = 1 mL de H20/MeOH (60/40, v/v), L5 = 0,5 mL de H20/MeOH
(60/40, v/v); E1, E2 e E3 = 1 mL de ACN.........................................................151
FIGURA 5.11 - Perfil de eluio do MIS II.B obtido aps C = 5 mL de ACN; 5 mL
de MeOH e 5 mL de H2O; P = 1 mL da soluo de 2 g/mL de profenofs em
H20; L1, L2, L3 e L4 = 1 mL de H20/MeOH (60/40, v/v), L5 = 0,5 mL de H20/MeOH
(60/40, v/v); E1, E2 e E3 = 1 mL de ACN............................................................152
FIGURA 5.12 - Perfil de eluio do MIS III.C obtido aps C = 5 mL de ACN; 5 mL
de MeOH e 5 mL de H2O, P = 1 mL da soluo de 2 g/mL de profenofs em
H20; L1, L2, L3 e L4 = 1 mL de H20/MeOH (60/40, v/v), L5 = 0,5 mL de H20/MeOH
(60/40, v/v); E1, E2 e E3 = 1 mL de ACN............................................................152
FIGURA 5.13 - Perfil de eluio do MIS III obtido aps C = 5 mL de H2O; P = 1 mL
da soluo de 2 g/mL de profenofs em H20; L1, L2 e L3 = 1 mL de
H20/ACN (80/20, v/v); E1, E2, E3 e E4 = 1 mL de ACN......................................153
FIGURA 5.14 - Perfil de eluio do MIS IV obtido aps C = 5 mL de H2O; P = 1 mL
da soluo de 2 g/mL de profenofs em H20; L1, L2 e L3 = 1 mL de
H20/ACN (80/20, v/v); E1, E2, E3 e E4 = 1 mL de ACN......................................154
FIGURAS 5.15 - Perfil de eluio do MIS IV obtido aps C = 5 mL de H2O;
P = 1 mL da soluo de 2 g/mL de profenofs em H20; L1, L2 e L3 = 1 mL de
H20/ACN (75/25, v/v); E1, E2, E3 e E4 = 1 mL de ACN......................................155
-
FIGURA 5.16 - Perfil de eluio do MIS IV obtido aps C = 5 mL de H2O;
P = 1 mL da soluo de 2 g/mL de profenofs em H20; L1, L2 e L3 = 1 mL de
H20/ACN (75/25, v/v), L4 e L5 = 500 L de H20/ACN (75/25, v/v); E1, E2, E3 e
E4 = 1 mL de ACN...............................................................................................156
FIGURA 5.17 - Perfil de eluio do MIS V obtido aps C = 5 mL de H2O; P = 1 mL
da soluo de 2 g/mL de profenofs em H20; L1, L2 e L3 = 1 mL de H20/ACN
(80/20, v/v); E1, E2, E3 e E4 = 1 mL de ACN.....................................................157
-
LISTA DE TABELAS
Pgina
TABELA 1.1 - Classes toxicolgicas dos pesticidas..............................................26
TABELA 1.2 - Culturas e tolerncia para profenofs.............................................30
TABELA 2.1 - Valores de peso molecular (Mw), fatores relativos de resposta
(RRF), tempos de reteno (Tr) de profenofs e atrazina.....................................75
TABELA 2.2 - Parmetros analticos de cromatografia gasosa para profenofs...76
TABELA 3.1 - Condies de deteco por GC-MS/MS: tempo de reteno, fatores
de resposta relativos (RRF), tempos de reteno (Tr) da atrazina e do
profenofs............................................................................................................101
TABELA 3.2 - Linearidade e limite de deteco do profenofs em ervilhas........102
TABELA 3.3 - Eficincia de remoo de profenofs por feixe de eltrons..........102
TABELA 4.1 - Snteses de polimerizao radicalar.............................................112
TABELA 4.2 - Diferentes solues aquosas (com ACN e MeOH) de profenofs
obtidas por HPLC-UV...........................................................................................130
TABELA 4.3 - Parmetros analticos de cromatografia gasosa para
profenofs............................................................................................................131
TABELA 5.1 - Snteses de polimerizao via sol-gel...........................................139
TABELA 5.2 - Parmetros analticos de HPLC-UV para profenofs...................158
-
18
LISTA DE ABREVIATURAS
ACN: Acetonitrila
AIBN: 2,2-azo-bis-iso-butironitrila
APTES: 3-aminopropiltrietoxisilano
DVB: divinilbenzeno
CG: Cromatografia Gasosa
EGDMA: Etileno Glicol Dimetacrilato
HPLC: Cromatografia Lquida de Alta Eficincia (High Performance Liquid
Chromatography)
GC: Cromatografia Gasosa
LoD: Limite de Deteco (Limit of Detection)
LoQ: Limite de Quantificao (Limit of Quantitation)
MIP: Polmero de Impresso Molecular (Molecularly Imprinted Polymer)
MIS: Polmero de Slica Impressa Molecularmente (Molecularly Imprinted Slica)
MAA: cido Metacrlico
MeOH: Metanol
MS: Espectro de Massa
NIP: Polmero No Impresso (Non-Imprinted Polymer)
NIS: Polmero de Slica No Impressa Molecularmente (Non-Imprinted Silica)
PTMS: Feniltrimetoxisilano
RRF: Fator de Resposta Relativo (Relative Response Factor)
SIM: Monitoramento de ons Selecionados (Selected Ion Monitoring)
SPE: Extrao em Fase Slida (Solid Phase Extraction)
UV: Ultravioleta
TeOS: Tetraetoxisilano
tR: Tempo de Reteno
https://www.google.com.br/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=6&cad=rja&uact=8&ved=0CE4QFjAFahUKEwjy4cfc0O7GAhVKhpAKHegjAKs&url=http%3A%2F%2Fwww.clinchem.org%2Fcontent%2F40%2F7%2F1233.abstract&ei=8n2vVfKgMMqMwgTox4DYCg&usg=AFQjCNFqyiQqM3IE8zmBXoA0vpKgDaGgFA&sig2=tJsD9MLfLLxhZq6jclff0w&bvm=bv.98197061,d.Y2I
-
19
CONTEXTO DA PESQUISA
O emprego de pesticidas nas lavouras para obter alimentos mais
resistentes ao ataque de pragas tornou-se uma ferramenta essencial para garantir
o desenvolvimento e a expanso da produo agrcola. Contudo, o uso incorreto
de pesticidas na agricultura pode ocasionar o desequilbrio ambiental,
contaminao dos aquferos, deposio de resduos e metais pesados no solo,
prejudicar a sade do trabalhador rural, contaminao dos produtos alimentcios e
a intoxicao humana ocasionada pela ingesto destes alimentos contaminados.
Como alternativa de evitar perdas de ps-colheitas, garantir uma maior
qualidade nos alimentos, a irradiao pode ser empregada em diversas hortalias,
frutas e vegetais. A aplicao da radiao ionizante em alimentos corrobora para
garantir a manuteno das qualidades sensoriais, a sua salubridade, reduzir as
perdas naturais causadas por processos fisiolgicos (como brotamento,
maturao e envelhecimento) e reduir a carga microbiologica, entre outros
benefcios. A irradiao de alimentos uma tecnologia segura, podendo substituir
ou ser utilizada de forma conjugada com os outros processos qumicos, trmicos,
fsicos de conservao de alimentos.
Para identificar e quantificar os pesticidas presente em alimentos existem
diversos mtodos de preparo de amostras como a extrao lquido-lquido,
extrao em fase slida (SPE Solid Phase Extration), ambos mtodos so
rpidos, flexveis de fcil manipulao que pode ser empregado para separar e
isolar um ou mais analitos presentes numa mistura lquida ou extrato de uma
mistura slida, empregadas na purificao, pr-concentrao de resduos de
pesticidas e aplicados para diversas matrizes. Outros mtodos empregados
nesse trabalho foram o QuEChERS e os polmeros impressos molecularmente
para extrao do profenofs.
A metodologia QuEChERS (Quick, Easy, Cheap, Effective, Rugged and
Safe) um mtodo de extrao de pesticidas para determinao de componentes
multirresiduais e eliminar interferentes provenientes da matriz.
-
20
Os Polmeros Molecularmente Impressos (Molecularly Impriented
Polymers MIP) e Slica Impressa Molecularmente (Molecularly Imprinted Silica -
MIS) so polmeros sintticos, com capacidade de reconhecer seletivamente uma
molcula especfica, fornecidos por um molde. O reconhecimento molecular pode
ser caracterizado como a ligao preferencial de um composto a um receptor com
alta seletividade sobre outros.
-
21
OBJETIVOS
Os objetivos deste trabalho consistiram em:
(a) Avaliar a degradao de solues aquosas de profenofs submetidas
radiao ionizante, identificar e quantificar a formao de novas molculas
resultantes dessa interao;
(b) Analisar o efeito de feixe de eltrons em ervilhas inoculadas com solues
aquosas de profenofs. Alm de extrair o pesticida com mtodo QuEChERS para
sua identificao e quantificao por cromatografia gs acoplada
espectrometria de massas operando no modo tandem (GC-MS/MS);
(c) Sintetizar Polmeros Molecularmente Impressos (MIP) e Slica Impressa
Molecularmente (MIS), posteriormente, caracterizar os adsorventes em fase
slida para a extrao e verificar sua seletividade para o profenofs.
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22
CAPTULO I
1. REVISO BIBLIOGRFICA
1.1 Pesticidas
Nas ltimas dcadas, o aumento surpreendente da produo agrcola,
batizado de Revoluo Verde, tem como resultado o emprego de pesticidas
sintticos no controle de ervas daninhas e insetos (Shibamoto e Bjeldanes, 2014),
visando a produo extensiva de commodities agrcolas (MAA, 2015).
O Ministrio do Desenvolvimento Agrrio (MDA, 2012) e a Agncia
Nacional de Vigilncia Sanitria (ANVISA, 2013) mostraram que o Brasil o maior
consumidor e produtor de agrotxicos do mundo, desde o ano de 2009. A
utilizao de pesticidas na agricultura brasileira tem apresentado um crescimento
significativo (FIG. 1.1), sendo que o consumo mdio passou 10,5 litros por hectare
(l/ha) em 2002, para 12,0 l/ha em 2011.
FIGURA 1.1 Produo agrcola e consumo de agrotxicos nas lavouras do Brasil de 2002 2011
Fonte Adapato de SINDAG (2010 e 2011) e IBGE/SIDRA (2012)
-
23
Segundo Ministrio do Meio Ambiente (MMA) (2015) os pesticidas so
produtos e agentes de processos fsicos, qumicos ou biolgicos, utilizados nos
setores de produo, colheita, armazenamento e beneficiamento de produtos
agrcolas de alimentos, pastagens, proteo de florestas (nativas ou plantadas) e
de outros ecossistemas (ambientes urbanos, hdricos e industriais), com a
finalidade de alterar a composio da flora ou da fauna, para preserv-las da ao
danosa de seres vivos considerados nocivos. Ainda, os agrotxicos so definidos
como substncias e produtos qumicos empregados como desfolhantes,
dessecantes, estimuladores e inibidores de crescimento, bioativos capazes de
prevenir, destruir ou combater espcies indesejveis que interfere na produo de
alimentos (Holland, 2006).
O Ministrio da Agricultura, Pecuria e Abastecimento (MAPA, 2015)
fiscaliza a qualidade e a eficcia dos agrotxicos usados no Brasil e ao mesmo
tempo, diminuir o risco que a aplicao desses produtos possa oferecer sade
humana e ao meio ambiente. O agrotxico precisa ser registrado pelo MAPA, pelo
Instituto Brasileiro do Meio Ambiente e dos Recursos Naturais Renovveis
(IBAMA) e pela ANVISA.
Na Europa, a European Food Safety Autority (EFSA, 2015) o rgo
responsvel por fiscalizar os riscos dos pesticidas e o Annual Report on pesticides
Residues analisa e avalia as informaes dos compostos qumicos aplicados na
agricultura. A legislao da Unio Europia (UE) referente aos pesticidas
disponveis ao agricultor, encontra-se descrita na Directiva 91/414/CEE, do
Decreto de Lei n 98/94, que tem como finalidade assegurar a harmonizao da
homologao dos pesticidas utilizados na lavoura, reavaliar e regulamentar os
agrotxicos existentes, autorizar o emprego de novos produtos no campo e
reduzir os riscos de contaminao (Amaro, 2007).
A concentrao mxima permitida ou reconhecida como admissvel em um
alimento denominada como Limite Mximo de Resduos (LMR) (Cooper e
Dobson, 2007; Pay et al., 2007). O LMR visa estabelecer um controle da
exposio humana aos resduos de pesticidas presentes nos alimentos (ANVISA,
2003; krbi e Predojevi, 2008).
No Brasil, a ANVISA criou em 2001 o Programa Nacional de
Monitoramento de Resduos de Agrotxicos em Alimentos (PARA). Os principais
objetivos do PARA so detectar resduos devido ao uso imprprio e/ou uso no
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24
autorizado do agrotxico para determinada cultura, avaliar a segurana para o
consumo do alimento tratado, proteger a credibilidade de exportadores perante
seus clientes e melhorar aes contra o uso imprprio destes produtos (ANVISA,
2001).
O controle de resduos e contaminantes exerce papel fundamental para
garantir a segurana alimentar. por meio do Plano Nacional de Controle de
Resduos e Contaminantes (PNCRC) que o MAPA (2011) assegura que os
produtos alimentcios que chegam ao consumidor livres de substncias perigosas
e contaminantes a nveis no aceitveis.
1.1.1 Destino e atuao dos pesticidas no meio ambiente
Os pesticidas tm sido empregados de diversos modos durante a pr e a
ps-colheita dos alimentos. Infelizmente, alguns pesticidas, como DDT (Dicloro-
difenil-tricloroetano), persistem e permanecem na natureza e, consequentemente,
so encontrados em vrios alimentos cultivados em solo contaminado ou nos
peixes que vivem em gua contaminada (Shibamoto e Bjeldanes, 2014).
Os problemas ambientais ocasionados pelo uso incorreto de pesticidas
esto relacionados principalmente com o destino que estes compostos tem no
meio ambiente, como a contaminao de solos agrcolas, de guas superficiais e
subterrneas, na atmosfera e nos alimentos (Cooper e Dobson, 2007; Pay et al.,
2007). Os pesticidas em contato com o solo esto vulnerveis aos processos
fsico-qumicos que controlam seu destino no ambiente, como processo de
adsoro, soro ou reteno, transformaes de natureza biolgica (degradao
por microorganismos) ou qumica (quebra da molcula por fotlise ou hidrlise). A
biodegradao pode ser considerada o principal mecanismo de degradao dos
agrotxicos no solo, devido a ao microbiana nas molculas dos pesticidas
(Baskaran et al., 2003).
http://www.infoescola.com/quimica/dicloro-difenil-tricloroetano-ddt/http://www.infoescola.com/quimica/dicloro-difenil-tricloroetano-ddt/
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25
Os pesticidas podem ser transportados no ecossistema pelos processos de
lixiviao, volatilizao e escoamento superficial (run-off) ocorrendo exposio
dos recursos hdricos ao risco de contaminao. Na FIG.1.2 esto representados,
esquematicamente, os principais processos na degradao e movimentao dos
pesticidas na natureza e ainda ilustra os caminhos mais provveis nos quais
esses produtos qumicos podem ser encontrados (Birolli, 2013).
FIGURA 1.2 - Principais processos fsicos, qumicos, biolgicos no transporte e na degradao de pesticidas no meio ambiente
Fonte Adaptado de Birolli (2013)
No processo de degrao dos pesticidas deve se considerar os processos
qumicos, fsicos e biolgicos, como tambm seus produtos de degradao. Alm
de haver a degradao fsico-qumica do pesticida no solo, ocorre a ao
enzimtica da biota do solo, dificultando a separo do produto degradado
biologicamente com o composto modificado abioticamente, como ocorre em
grupos funcionais lbeis ou interconvertidos (Birolli, 2013).
http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0100-40422009000400031#fig01
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26
1.1.2 Classificao dos pesticidas
O Brasil um dos pases que mais utilizam pesticidas no mundo com 425
princpios ativos permitidos para uso agrcola e 2 mil formulaes comerciais
diferentes (ANVISA, 2014). Os agrotxicos podem ser classificados de acordo
com sua toxicologia, sua ao e ao grupo qumico a que pertencem (Patnaik,
2007).
Os pesticidas esto divididos em quatro classes toxicolgicas (TAB 1.1),
Dose Letal (DL50), que so: I = rtulo vermelho, II = rtulo amarelo, III = rtulo azul
e IV = rtulo verde. A classe I abrange os compostos considerados altamente
txicos para seres humanos, a II, os mediamente txicos, a III, os pouco txicos e
a IV, os compostos considerados praticamente no-txicos para seres humanos
(IAL, 2008).
TABELA 1.1 - Classes toxicolgicas dos pesticidas
Classe
Toxicidade
DL50 oral
(mg/kg)
DL50 drmica
(mg/kg)
CL50
inalatria
(mg/L) Lquido Slido Lquido Slido
I Extremamente 20 5 40 10 0,2
II Altamente 20 - 200 5 50 40 400 10 100 0,2 2,0
III Medianamente 200 - 2000 50 500 400 - 4000 100 - 1000 2,0 - 20,0
IV Pouco txico > 2000 > 500 > 4000 > 1000 > 20,0
DL: Dose letal; CL: Concentrao Letal Fonte Adaptado de EMBRAPA (2006)
A Dose Letal considera a quantidade da substncia txica que produz uma
mortalidade de 50 % dos animais de prova em condies controladas por 24
horas. Esta dose geralmente expressa em funo da massa do agente txico
inoculada (mg) por unidade de massa corprea da espcie em estudo (kg)
(EMBRAPA, 2006).
Os agrotxicos so agrupados conforme o tipo de agente a ser controlado
e podem ser classificados como inseticidas, fungicidas, herbicidas, bactericidas,
acaricidas, nematicidas, moluscidas e raticidas (Carvalho, 2009; Jickells e
Negrusz, 2008; Patnaik, 2007). Segundo SINDAG (2010), os agrotxicos mais
utilizados no Brasil so os herbicidas seguidos pelos inseticidas e fungicidas.
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27
Quanto forma de atuao, os pesticidas podem ser sistmicos ou no-
sistmicos (Carvalho, 2009). Os sistmicos fixam-se na superfcie da planta,
dispersando-se, subsequentemente, atravs de toda a planta, transportando-se
em quantidade letal para o inseto, sem prejudicar a planta. Os no-sistmicos
necessitam atingir diretamente os organismos nocivos para serem eficazes,
portanto, tem ao de contato, penetrao, ingesto e fumegante. Com relao
toxicologia dos alimentos as classes mais importantes de pesticidas so os
inseticidas, os fungicidas e os herbicidas. Os acaricidas, os moluscicidas e os
rodenticidas tm menor importncia (Shibamoto e Bjeldanes, 2014).
Do ponto de vista da composio qumica, os pesticidas possuem uma
grande diversidade estrutural, mas muitos deles apresentam algumas
caractersticas em comum, sendo classificados dentro de um mesmo grupo, ou
seja, por estruturas moleculares semelhantes. Os pesticidas podem ser divididos
quimicamente em quatro classes distintas: organoclorados, organofosforados,
piretrides e carbamatos (Ware e Whitane, 2004; U.S. EPA, 2012).
As prximas sees abordam a descrio do pesticida orgafosforado e
profenofs que foram empregados nos experimentos realizados neste trabalho.
1.1.3 Organofosforados
Os organofosforados so compostos que atuam como inseticidas ou
acaricidas formados por teres ou tiis derivados de cidos fosfricos, fosfnico,
fosfnico ou fosforamdico (Grisolia, 2005), esto entre os pesticidas sintticos
mais antigos, que compe a classe de inseticidas mais utilizados na atualidade.
Sua estrutura molecular est descrita na FIG. 1.3.
FIGURA 1.3 - Estrutura molecular geral dos organofosforados
Sendo: X = O, S ou SE, o R1 e R2 = aquil, SR', OR' ou NHR' e o L = Halognios, alquil, aril ou compostos heterocclicos
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28
Os R1 e R2 so grupos arilas ou alquilas, formando fosfinatos ou fosfonatos
ou tiofosfonatos, atravs de um tomo de oxignio ou de enxofre, formando
fosfatos e fosforotioatos. Em algumas situaes, R1 est diretamente ligado ao
tomo de fsforo e o R2 est ligado por um tomo de oxignio ou de enxofre,
formando fosfonatos ou tiofosfonatos. O grupo L pode pertencer a uma variedade
de grupos, tais como halognios, alquila, arila ou heterocclicos (Santos et al.,
2007).
A classe dos organofosforados ocupam um tero dos pesticidas mais
utilizados mundialmente por proporcionar alto rendimento na produo agrcola,
possuir baixo custo (Kanekar et al., 2004; Singh e Walker, 2006; Cycon et al.,
2009) e ter ampla gama de aplicao (Xu et al., 2010). Os pricipais pesticidas
organofosforados so: paration, metil parathion, metilparaoxon, paraoxon,
diaziona, melation (Shibamoto e Bjeldanes, 2014) e profenofs.
At recentemente, pouca ateno foi dada aos possveis efeitos txicos
dos pesticidas sobre os organismos alvo, os seres humanos e outros organismos
(Shibamoto e Bjeldanes, 2014). O uso intensivo de organofosforados leva a
contaminao do meio ambiente pelo processo de escoamento superficial no solo
e a lixiviao das guas subterrneas. Alm de intoxicar diretamente os
agricultores eles ainda podem ampliar o seu processo de contaminao at as
populaes dos grandes centros urbanos.
A maioria dos compostos desta classe so inibidores da
acetilcolinesterases como a acetilcolina (ACh), que um neurotransmissor
(Grisola, 2005) responsvel pelo funcionamento do sistema nervoso, bem como em
certas regies cerebrais, permitindo a transmisso de impulsos nervosos nos seres
vivos (Shibamoto e Bjeldanes, 2014).
Normalmente, acetilcolina aps ser liberada, se degrada rapidamente por
enzimas conhecidas como colinesterases. Os organofosforados so capazes de
competir com a acetilcolina pelo stio receptor localizado nas colinesterases e,
dessa forma, bloqueiam a quebra da acetilcolina. A extenso da inibio da
enzima depende muito de fatores estricos, isto , do modo como o inibidor se
encaixa na enzima e tambm da natureza dos grupos orgnicos presentes.
O acmulo resultante de acetilcolina nas junes da musculatura lisa em
humanos provoca uma opresso torcica, salivao, lacrimejamento, aumento da
sudorese, peristalse, nuseas, vmitos, clicas, diarreia, bradicardia e uma
-
29
constrio caracterstica das pupilas oculares (Grisolia, 2005; Shibamoto e
Bjeldanes, 2014).
Embora os organofosforados representem um perigo ocupacional
significativo para os trabalhadores agrcolas, os resduos presentes nos produtos
alimentcios normalmente no acarretam exposies suficientes para provocar
sintomas txicos agudos em seres humanos (Shibamoto e Bjeldanes, 2014).
1.1.3.1 Profenofs
O profenofs classificado como pesticida organofosforado, apresenta
nome qumico de O-4-bromo-2-chlorophenyl O-ethyl S-propyl, frmula qumica:
C11H15BrClO3PS (FAO, 1998; ANVISA, 2012; Reddy e Rao, 2008), possui ao
acaricida e inseticida. Este pesticida aplicado na estrutura foliar nas culturas de
algodo, amendoim, batata, caf, cebola, ervilha, feijo, feijo-vagem, girassol,
mandioca, melancia, milho, pepino, repolho, soja, tomate e trigo na agricultura
brasileira (ANVISA, 2012). O profenofs amplamente utilizado em vrios pases,
como a Tailndia, Vietn e ndia (Swarnam e Velmurugan 2013; Toan et al. 2013),
incluindo o Brasil (AGROFIT, 2015).
Segundo a Organizao Mundial da Sade (OMS) a molcula de
profenofs possu toxidade moderada (Classe toxicolgica II) em contato drmico
ou injesto do produto (Malghani et al., 2009).
A TAB. 1.2 apresenta as diferentes culturas agrcolas e sua respectiva
tolerncia para o profenofs, de acordo com o MAPA. Os ingredientes ativos,
produtos formulados, relatrios e componentes de frmulas registrados no MAPA,
podem ser consultados no Sistema de Agrotxicos Fitossanitrios (AGROFIT,
2015).
-
30
TABELA 1.2 - Culturas e tolerncia para profenofs
Cultura (s) Limite Mximo de Resduo
mg/kg do Produto Comercial
Intervalo
de
Seguraa
(Dias)
Ingesto
Diria (IDA)
mg/kg Peso
Corporal
Nacional Codex
Amendoim 0,02 - 22 0,01
Batata 0,05 0,05 14 0,01
Caf 0,03 - 7 0,01
Cebola 0,05 - 5 0,01
Ervilha 0,10 - 4 0,01
Feijo 0,10 - 14 0,01
Melancia 0,05 - 4 0,01
Milho 0,02 - 7 0,01
Pepino 0,10 - 3 0,01
Repolho 0,05 1,00 14 0,01
Soja 0,10 0,05 21 0,01
Tomate 1,00 10,00 10 0,01
Trigo 0,10 - 14 0,01
Segundo, dados da FAO (Food and Agriculture Organization of the United
Nations - Organizao para a Alimentao e Agricultura das Naes Unidas) o
profenofs pode ser efemeramente degradado em condies aerbias at a
mineralizao do pesticida. O principal composto qumico resultado da hidrlise
ou das reaes metablicas do profenofs definido como 4-bromo-2-clorofenol.
A FIG. 1.4 esquematiza os diversos produtos de degradao por
biotransformaes possveis para o profenofs (Silva, 2013).
-
31
FIGURA 1.4 - Vias metablicas sugeridas para degradao de profenofs no solo, vegetais e em reaes enzimticas
1.2 Irradiao de Alimentos
A irradiao de alimentos empregada como mtodo de conservao
segura, com a finalidade de reduzir a incidncia de doenas alimentares e
problemas potenciais na cadeia de produo de alimentos (Lima et al., 2001;
Miller, 2005).
A radiao ionizante apresenta vrias vantagens em relao aos mtodos
tradicionais de conservao de alimentos (Farkas, 2006) por atuar como um
tratamento fitossanitrio no controle de pragas (Morehouse, 2002), proporcionar
aumento da vida de prateleira de alguns produtos alimentcios, reduzir os nveis
de contaminao microbiolgica e retardar os processos fisiolgicos em vegetais
(Lima et al., 2001).
O processo de irradiao de alimentos um tratamento fsico pelo qual
ocorre a emisso e propagao de energia atravs do espao ou de uma matria.
Os equipamentos emissores de radiao ionizante podem ser classificados como
-
32
fontes naturais ou artificiais. Fontes emissoras naturais consistem em um
radioistopo emissor alfa (), beta () ou gama () de alta energia. As fontes
artificiais geram feixe de eltrons de energias variveis, e incluem equipamentos
de raios X, aceleradores de eltrons e cclotrons (Fellows, 2006).
Para aplicaes em alimentos, as principais fontes emissoras de raios
gama so: cobalto-60 (60Co) ou csio-137 (137Cs). Os raios X gerados por
mquinas que operam com nvel de energia de at 5 MeV e os feixe de eltrons
gerados por mquinas que operam com nvel de energia de at 10 MeV, tambm
so permitidos para utilizao em alimentos segundo o Codex Alimentarius
Commission (CAC, 2003).
A irradiao normalmente aplicada em alimentos embalados, processo
de fcil controle e os produtos podem ser imediatamente distribudos na cadeia de
abastecimento alimentar aps o tratamento (Roberts, 2014). Os custos do
tratamento de irradiao de alimentos so competitivos com tratamentos
alternativos e em alguns casos pode ser considerada menos dispendiosa
(Boaratti, 2004). Contudo, o processo ionizante no evita a re-contaminao ou a
re-infestao de agentes patognicos (Boaratti, 2004).
Alimentos que apresentam em sua composio qumica elevado teor de
gordura podem promover a formao da 2-alcilciclobutanonas aps serem
irradiados com doses elevadas. As 2-alcilciclobutanonas possuem risco
toxicolgico potencial que podem afetar sade humana (Roberts, 2014).
Quando absorvida por um material biolgico, a radiao ionizante pode ter
ao direta ou indireta sobre o material. O efeito direto ocorre quando a radiao
age diretamente no material biolgico, causando excitao ou ionizao de
molculas do cido nuclico, podendo conduzir a morte celular (Alcarde et al.,
2003).
O efeito indireto ocasionado pela interao da radiao com a molcula
de gua (radilise), gerando radicais livres. A maior presena de gua no alimento
resulta em maior produo de radicais livres, trazendo consequncias, como a
diminuio de nutrientes (Tritsch, 2000).
-
33
1.2.1 Radilise da gua
Em alimentos que contm alto teor de umidade, a gua ionizada pela
irradiao (Fellows, 2006) e produz molculas ionizadas, excitadas e eltrons
livres, esse fenmeno conhecido como radilise da gua (WHO, 1994).
Durante a radilise as molculas de gua atingem um estado excitado
(H2O*) ou ento propicia a formao de produtos radiolticos como o eltron
hidratado ou aquoso (e-aq), hidrnio (H3O+), gua ionizada (H2O
+), radical
hidroperoxila H2O-, os quais, por serem instveis podem levar formao de
radicais livres, perxido de hidrognio, radical de hidrognio (H), radical de
hidroxila (OH), hidroperoxilia (HO2) e perxido de hidrognio (H2O2). Os radicais
livres se caracterizam por serem muito reativos (Breen e Murphy, 1995; Riley,
1994).
A interao da radiao ionizante com uma molcula de gua forma
espcies ionizadas e excitadas como:
H2O H2O+ + e-
H2O+ + e- H2O
-
O on positivo reage com a gua formando um radical hidroxila e H3O+
H2O+ + H2O H3O
+ + OH-
Os produtos H2O+ e H2O
- so muitos instveis podendo se dissociar em:
H2O+ H+ + OH
H2O- OH- + H
Algumas reaes so formadas como consequncia da interao entre
molcula de gua e a radiao ionizante. Os principais produtos moleculares
esto mostrados abaixo:
OH + OH H2O2
H + H H2
H + H2O OH + H2
H + OH H2O
RH + OH R + H2O
A radilise da gua o mecanismo mais importante no processo de
irradiao de materiais em solues aquosas. Os eltrons, os ons carregados
-
34
positivamente e as espcies excitadas so os precursores das alteraes
qumicas no produto irradiado (Kubesh et al., 2005).
1.2.2 Situao Sanitria de Alimentos Irradiados
A Organizao Mundial de Sade (OMS) em conjunto com Organizao
das Naes Unidas para Agricultura e Alimentao (FAO) e a Agncia
Internacional de Energia Atmica (IAEA) aprovam e recomendam irradiao de
alimentos, em doses que no comprometam suas caractersticas sensoriais. A
partir disso, a irradiao de determinados alimentos foi aprovada por autoridades
de sade em aproximadamente 60 pases (Delince, 2005).
No Brasil a ANVISA a agncia reguladora, vinculada ao Ministrio da
Sade, responsvel pelo controle sanitrio de todos os produtos e servios
submetidos vigilncia sanitria, este rgo monitora e certifica os alimentos que
tenham sido intencionalmente submetidos ao processo de radiao ionizante
(Anvisa, 2001).
As normas para o emprego desta tecnologia esto descritas na Resoluo
n 21 de 25 de janeiro de 2001, autorizada pela ANVISA que preconiza o uso da
irradiao de alimentos com finalidade sanitria, fitossanitrias e/ou tecnolgicas.
Esta resoluo estabelece que a dose mxima absorvida seja inferior quela que
comprometa as propriedades e os atributos sensoriais e nutricionais do alimento,
e que a dose mnima aplicada seja suficiente para atingir o objetivo desejado
(Anvisa, 2001).
A Resoluo RDC n 21 determina que os alimentos devem apresentar
condies higinicas aceitveis para ser submetido ao processo de irradiao,
todo produto tratado por energia ionizante deve ser identificado no seu rtulo com
o smbolo da radura (FIG. 1.5) ou descrito como alimento tratado por processo de
irradiao.
-
35
FIGURA 1.5 Radura: smbolo internacional para alimentos irradiados
1.2.3 Aceleradores de Eltrons
Os aceleradores de eltrons so mquinas emissoras de eltrons que
consistem de um catodo aquecido para fornecer eltrons e um tubo com vcuo no
qual os eltrons so acelerados por um campo eletrosttico de alta voltagem. Os
dispositivos mais difundidos so os aceleradores de eltrons, acelerados Van der
Graaff e os cclotrons (Fellows, 2006).
Fontes emissoras de eltrons so usadas em aplicaes que vo desde
estudos fundamentais de interao entre partculas, cross-linking em cadeias
polimricas, aplicaes mdicas e at na irradiao de alimentos. As principais
vantagens destas fontes emissoras so que elas podem ser desligadas depois de
utilizadas e podem ser direcionados sobre o alimento embalado (Martins e Silva,
2014).
Em aplicaes industriais existem aceleradores de eltrons de 500 keV
10 MeV de energia, que so utilizados para a irradiao da superfcie de materiais
slidos, conservao de alimentos, esterilizao mdica, digitalizao de carga e
outros produtos industriais (Mittal, 2012).
A aplicao de aceleradores lineares de eltrons de 5 MeV de energia tem
a limitao de no penetrar profundamente nos alimentos em comparao com
equipamentos de energia de 10 MeV. Na China, as fontes emissoras de raios
gama de 60Co e aceleradores de eltrons de baixa energia tendem a ser
substitudos por aceleradores lineares de eltrons de 10 MeV (potncia > 10 kW),
por fornecerem uma capacidade de processamento. Assim, com 10 MeV a
irradiao por feixe de eltrons mais adequada para a aplicao industrial em
larga escala (Yang et al., 2014).
-
36
Estudo realizado por Miller (2005) utilizou aceleradores de eltrons com
janela de titnio de 0,003 polegadas. O estudo mostrou o comportamento da
deposio da energia de eltrons em meio aquoso pela densidade superficial,
aplicando diferentes faixas de energias (1 10 MeV).
O cdigo TIGER unidimensional de Monte Carlo foi o modelo usado para
descrever o comportamento de deposio de energia na gua para diferentes
energias cinticas de eltrons como est mostrado na FIG. 1.6.
FIGURA 1.6 - Comportamento da deposio de energia em meio aquoso para di- ferentes energias cinticas produzidas por aceleradores de eltrons
Fonte Adaptado de Miller (2005)
O grfico mostra que com o aumento da energia cintica do feixe de
eltrons h uma maior penetrao dos eltrons na gua. Observou-se que a
interao da energia cintica com o meio contribui para o decrscimo da energia
de deposio. evidente que a energia de deposio ao atingir um valor mximo
seguida de uma diminuio linear. Entretanto, a energia depositada no tem a
tendncia de cair para zero abruptamente. Este resultado uma consequncia da
energia dispersa, do espalhamento e do freamento dos eltrons no meio.
A perda de energia especfica ou poder de freamento definida como a
taxa de perda de energia sofrida por uma partcula carregada em atravessar um
comprimento de caminho (-dE/dx) e est relacionado carga e velocidade da
partcula incidente e das propriedades fsicas do meio (Rivadeneira et al., 2007).
-
37
O poder de freamento pode ser expressa pela Equao 1.1 (Ryan e Poston,
2005):
(1.1)
Quando dividida pela densidade do material, as quantidades so
convertidas pelas suas respectivas massas de poder de freamento (Equao 1.2).
(1.2)
Sendo : a densidade do meio, (dE/dx )col a massa de coliso de
energia de freamento, que inclui toda a energia perdida nas colises de partculas
que produz diretamente eltrons secundrios (raios delta) e excitaes atmicas,
(dE/dx ) rad a radiativa do poder de freamento em massa que inclui todas as
perdas de energia do eltron primrio que levam produo de bremsstrahlung
(ICRU, 1984). O poder de freamento de coliso para eltrons foi calculado pela
Equao 1.3:
(1.3)
Sendo: (dE/dx)col a perda de energia especfica ou poder de freamento; k
o nmero de tomos por unidade de volume; e: representa a carga do eltron; Z:
representa o nmero atmico do material de barreira; me a massa em repouso
do eltron; : a velocidade dos eltrons; = /c; na qual, c: a velocidade da
luz. A derivada da energia de freamento pela derivada da distncia (-(dE/dx))
expresso por joules por metro (J/m).
-
38
1.3 Mtodos analticos de extrao
1.3.1 Extrao em fase slida
A extrao em fase slida (SPE Solid Phase Extration) um mtodo
rpido, flexvel, de fcil manipulao empregada para separar e isolar um ou mais
analitos presentes em uma mistura lquida ou extrato de uma mistura slida, de
acordo com as suas propriedades qumicas e fsicas (Kang et al., 2011). O SPE
til para a pr-concentrao de analitos, extrao, clean up e estocagem de
diversos tipos de amostras. Este procedimento muito empregado na purificao
de resduos de pesticidas e pode ser aplicada em vrias matrizes como:
substncias qumicas, sangue, gua, tecidos animais e vegetais, etc. A SPE
baseia se fundamentalmente no condicionamento da coluna, a reteno do
analito, a lavagem da coluna e a eluio, como mostra a FIG. 1.7.
FIGURA 1.7 Princpio de extrao em fase slida Fonte - Adaptado de Bel Hadj-Kaabi (2008)
A etapa de condicionamento consiste em preparar a coluna para receber a
amostra e ativa-la com gua e/ou solvente orgnico, em seguida os analitos
-
39
presentes em uma matriz lquida so percolados atravs de cartucho de SPE e
adsorvidos em um sorvente slido. Na etapa de lavagem os interferentes so
removidos com solventes orgnicos, enquanto os analitos de interesse
permanecem retidos no adsorvente. Por fim, a coluna eluda com solventes
orgnicos recuperando os analitos e obtendo os extratos mais limpos (Zhang et
al., 2012).
A SPE emprega pequenas colunas de extrao, preenchidas com
adsorventes que permite uma separao eficaz dos componentes da matriz.
Existem vrios tipos de colunas, as principais so as colunas de slica gel e C18,
que garantem rapidez, economia, eficincia na preparao das amostras.
A fase extratora empacotada possu diversos formatos (FIG. 1.8) e podem
ser utilizadas na forma de cartuchos e seringas de polipropileno e polietileno com
a presena de discos porosos denominados frits. Os SPE podem ser usados
discos e ainda como bandeja ou placas de 96 poos em cada poo possu um
cartucho com fase extratora ou discos possibilitando processamento de amostras
de maneira mais rpida.
FIGURA 1.8 Alguns tipos de colunas de SPE Fonte - Adaptado de Thurman e Snavely (2000)
1.3.2 Metodologias de anlise de resduos de pesticidas em alimentos
O preparo da amostra tem como finalidade extrao do analito da matriz e
remover quaisquer interferentes (clean up) que interfiram no desempenho do
instrumento analtico (Kinsella et al., 2009; Wiilkowska e Biziuk, 2011). A
amostragem deve ser representativa e o pr-tratamento da amostra deve ser
eficiente para no comprometer a determinao cromatogrfica (Tadeo, 2000).
-
40
O pr-tratamento e/ou a extrao de resduos de pesticidas presentes nos
alimentos pode abordar diferentes metodologias, como Disperso da Matriz em
Fase Slida (MSPD), Extrao em Fase Slida (SPE), Microextrao em Fase
Slida, (SPME), Extrao Assistida por Microondas (MAE), Extrao Lquida
Pressurizada (PLE), Extrao com Fludo Supercrtico (SFE), Extrao Sortida em
Barras de Agitao (SBSE), Rpido, Barato, Eficaz, Robusto e Seguro
(QuEChERS) e Microextrao Empacotada por Sorbentes (MEPS) (Tadeo et al.,
2000; Abdel-Rehim, 2011; Zhang et al., 2012), extrao lquido-lquido com
partio em baixa temperatura (LLE-LTP), Polmeros Molecularmente Impressos
(MIPs) (Zhang et al., 2012).
As metodologias desenvolvidas atualmente para o preparo de amostras
procuram reduzir fontes de erros, aumentar a sensibilidade para identificao e
quantificao dos analitos, alm de utilizar volumes menores de amostras e
solventes como os QuEChERS e os MIPs (Anastassiades et al., 2003; Abdel-
Rehim, 2011).
1.3.3 Extrao com solvente
A extrao lquido-lquido (ou do ingls, liquid-liquid extraction - LLE) pode
ser considerada como operao tradicional e simples para o preparo de amostras
(Botitsi et al., 2007; Lambropoulou e Albanis, 2007; Liu et al., 2011).
A LLE uma tcnica empregada nos processos de separao de um ou
mais compostos de uma mistura lquida. O mtodo consiste na transferncia dos
analitos presentes em uma matriz lquida para outra fase lquida imiscvel
(solvente orgnico menos polar ou apolar), de acordo com as diferenas de
solubilidade dos produtos nestas duas fases (Blackadder e Nedderman, 2004).
A LLE possu as vantagens de ser um mtodo de separao clssico e
simples para preparo das amostras e garante a anlise de diversos compostos
qumicos com extratos de tima seletividade para alguns analitos especficos
(Queiroz et al., 2001).
A LLE apresenta as seguintes desvantagens: utiliza grande volume de
solvente orgnico elevando custo do processo, operao de difcil automao,
pode apresentar baixa repetibilidade e reprodutibilidade em virtude das inmeras
-
41
fases de extrao, possibilidade de formao de emulses, e muitas vezes no
capaz de eliminar os interferentes presentes em matrizes complexas (Beyer e
Biziuk, 2008; Blackadder e Nedderman, 2004).
1.3.4 QuEChERS
Em 2003, Anastassiades e colaboradores desenvolveram o QuEChERS
(do ingls Quick, Easy, Cheap, Effective, Rugged and Safe). Esta metodologia foi
elaborada para a extrao de pesticidas, aplicada principalmente em alimentos
para reduzir as limitaes prticas de mtodos de extrao de multirresduos.
Rotineiramente, o QuEChERS utilizado para quantificar os nveis de
pesticidas em alimentos (Albert et al., 2014; Kruve et al. 2008), sendo empregado
especificamente pelos mtodos oficiais da AOAC 2007.01 e da EN 15662.
As vantagens do mtodo QuEChERS incluem a rapidez de anlise, a
maioria dos solventes empregados so pouco poluentes e txicos, permite a
reduo significativa de contaminaes nas amostras, baixo consumo de
solventes, uso de material descartvel, muito fcil de manusear e apresenta
baixos custos (Lehotay, 2005).
O mtodo QuEChERS original, representado na FIG. 1.9, envolve uma
extrao inicial de 10 g de amostra com 10 mL de acetonitrila (ACN) que promove
uma partio lquido-lquido facilitado a remoo de componentes polares da
matriz. Em seguida, adiciona-se de 4 g de sulfato de magnsio anidro (MgSO4),
agente secante que remove o excesso de gua presente na amostra, e mais 1 g
de cloreto de sdio (NaCl), para o ajuste da fora inica em um tubo, aps
centrifugados causam o efeito salting out. O emprego do MgSO4 foi devido a sua
capacidade de absoro de gua em relao a outros sais, alm de ser processo
exotrmico, resultando num aquecimento de 40 a 45 C, que aumenta a
velocidade de extrao (Anastassiades et al., 2003).
-
42
FIGURA 1.9. - Esquema da tcnica de extrao QuEChERS Fonte - Adaptado de Macedo (2012)
Para remover a gua residual e realizar fase de limpeza ou de clean up
deve-se retirar uma alquota de 1 mL da fase sobrenadante, adiciona-se 150 mg
de MgSO4 e 25 mg do adsorvente amina primria e secundria secundria (PSA -
composto por grupos etilenodiamina-N-propil ligados slica) so simplesmente
misturadas com 1 mL extrato de acetonitrila (Anastassiades et al., 2003). O PSA
tem a funo de remover acares, cidos graxos, cidos orgnicos e pigmentos
(Wilkowska e Biziuk, 2011). A etapa de clean up da amostra tem como finalidade,
remover os interferentes e componentes polares da matriz, como cidos
orgnicos, pigmentos polares, acares, entre outros, (Anastassiades et al., 2003)
antes de realizar a anlise cromatogrfica (Pay et al., 2007).
Anastassiades e colaboradores (2003) determinaram a relao de 10 g de
amostra e 10 mL de ACN, pois em testes experimentais os autores notaram que
grande parte de agrotxicos mais polares no foram bem extrados pelo solvente
usando a relao de 10 g de amostra e 5 mL de ACN. O solvente mais
empregado na extrao QuEChERS ACN, entretanto a acetona e acetato de
etila podem ser utilizados como solventes alternativos (Anastassiades et al.,
2003).
-
43
1.3.5 Sntese de polmeros de impresso molecular por via radicalar
1.3.5.1 Princpio da impresso molecular
A impresso molecular um mtodo verstil e simples para a preparao
de receptores artificiais que contm stios de reconhecimento especfico e alta
seletividade para uma determinada substncia ou para um grupo de substncias
estruturalmente semelhante (Tamayo, 2007).
Nos ltimos anos, os MIPs so aplicados em diferentes reas, tais como:
na extrao em fase slida (SPE) (Tamayo,2007), na indstria de frmacos
(Puoci, 2011), usado para mimetizar catlise enzimtica (Resmini, 2012), tm sido
amplamente estudados para a remoo de poluentes ou substncias txicas no
meio ambiente, entre outros (Li et al., 2012; Cao et al., 2014). O MIP utilizado
para garantir maior seletividade a mtodos de preparo de amostras que visam
limpeza e concentrao dos analitos antes da determinao dos mesmos.
A seletividade dos MIPs est relacionada ao reconhecimento de molcula
de interesse que foi estabelecida como molde (tambm conhecido como template,
molcula chave, molcula alvo, molcula impressa ou analito).
O processo de impresso molecular inicia-se com a interao da molcula
impressa por meio de ligao covalente ou no com os monmeros funcionais,
formando um complexo estvel monmero-template. Essa interao leva a
formao de interaes reversveis e posies especficas das extremidades dos
monmeros ao redor da molcula alvo (Lord et al., 2000; Haupt e Mosbach,
1999). Posteriormente, adicionado o agente reticulante que promove ligaes
cruzadas no monmero para formar uma matriz polimrica rgida. Com a adio
do iniciador radicalar inicia-se a reao de polimerizao (Tarley et al., 2005).
A polimerizao ocorre dentro um tubo em presena de um solvente
porognico entre monmeros complexados com o molde e o agente reticulante
para formar cavidades especficas.
Posteriormente, com o monlito formado realiza-se a moagem,
peneiramento, sedimentao, transfere o MIP para um cartucho (Lordel, 2011)
para a remoo do template do suporte polimrico com uso de solventes
porognicos ou com a clivagem qumicas (Ye e Mosbach, 2001). As cavidades
-
44
geradas so similares molcula de impresso em forma e tamanho, e
apresentam stios ativos vazios que promovem as interaes especficas com a
molcula molde. O processo de impresso molecular est ilustrado na FIG. 1.10.
FIGURA 1.10 - Polmero de molcula impressa Fonte Adaptado de Haupt (2003)
A seletividade dos MIPs est relacionada com o processo de sntese, das
propores molares entre o template e monmero funcional, a escolha do
solvente, a qualidade e quantidade do agente reticulante e iniciador radicalar,
alm do tempo da reao de polimerizao.
Os MIPs podem ser sintetizados por trs mtodos diferentes, covalente,
no-covalente e semi-covalente, dependendo da natureza de ligao entre
monmeros funcionais e a molcula molde.
1.3.5.2 Interaes moleculares para preparo do MIP
O preparo do MIP por ligaes covalentes entre a molcula alvo e os
monmeros utiliza o mesmo tipo de interaes que os sistemas de
reconhecimento molecular que so: ligaes de hidrognio, interaes
eletrostticas e interaes (Albericio e Tulla-Puche, 2008). Neste tipo de
impresso, adiciona-se uma grande quantidade de monmero, formando maiores
nmeros de locais de ligao no especficos, porm diminuindo a seletividade da
ligao (Albericio e Tulla-Puche, 2008; Komiyama et al., 2004).
Polmeros constitudos por ligao covalente possuem stios mais seletivos,
devido uniformidade gerada nos mesmos, possu um limitado nmero de
molculas compatveis com a cintica de ligao, clivagem entre os monmeros
(Abdullah et al., 2006).
-
45
A impresso no-covalente recebe essa denominao devido as ligaes
entre os monmeros funcionais e o template. Esse tipo de impresso tem sido
empregado como estratgia para formao de stios especficos de
reconhecimento molecular com maior uniformidade, isso ocorre, pois a clivagem
entre os monmeros e a molcula realizada lentamente (Abdullah et al., 2006).
As interaes no-covalentes que podem ocorrer so: ligaes de hidrognio,
inica, on-dipolo, dipolo-dipolo e dipolo-dipolo induzido (Abdullah et al., 2006). A
principal desvantagem a formao de stios de ligao heterogneos (Ye e
Mosbach, 2001).
A impresso de polmeros por ligaes semi-covalentes combina a
impresso covalente e no-covalente. Neste procedimento de polimerizao, a
molcula impressa e o monmero funcional se ligam por interaes covalentes e
so facilmente separadas por clivagem hidroltica. Os grupos ainda presentes na
cavidade formada aps a hidrlise tm a capacidade de estabelecer ligaes com
o template por meio de ligaes no covalentes (Albericio e Tulla-Puche, 2008;
Navarroa et al., 2011).
1.3.5.3 Reagentes para sntese de MIPs
O desenvolvimento dos MIPs consiste na adio dos seguintes reagentes
no meio reacional: template, o monmero funcional, agente reticulante, solventes
e iniciador radicalar. A seleo dos reagentes para sntese de MIP deve ser
criteriosa, pois estes determinam a superfcie morfolgica, natureza qumica e o
desenvolvimento de stios especficos de reconhecimento molecular.
Nesse contexto, a escolha da molcula impressa deve possuir em sua
estrutura grupos funcionais que interajam fortemente com os monmeros para
gerar o complexo estvel entre eles. A interao entre template-monmero em
snteses no covalente so formadas durante a reao de polimerizao como as
ligaes de hidrognio, interaes eletrostticas, interaes hidrofbicas, as
ligaes do tipo - ou internaes ligao metlica. O template deve ser estvel
e quimicamente inerte durante o processo de polimerizao (Sousa e Barbosa,
2009; Cormack e Elorza, 2004).
-
46
A escolha do monmero funcional depende principalmente da sua
interao com a molcula impressa para obter uma perfeita interao e,
consequentemente, obteno de stios especficos seletivos. Os compostos que
possuem grupos bsicos interagem com maior facilidade com monmeros que
apresentem grupos cidos, por exemplo, o cido metacrlico, realizando ligaes
de hidrognio ou eletrostticas. No entanto, molculas cidas impressas reagem
preferencialmente com monmero de carter bsico, como: o 4-vinilpiridina
(Tarley et al., 2005), para formao do polmero, o estireno seria capaz de realizar
interaes de natureza hidrofbica e do tipo (Lordel, 2011).
Na FIG 1.11 esto representados alguns monmeros funcionais utilizados
na sntese de MIP. Estes compostos qumicos caracterizam-se por possuir
potencialidade de interao inica e de ligao de hidrognio (Tarley et al., 2005).
FIGURA 1.11 - Monmeros funcionais comumente empregados na sntese do MIP
A interao entre o monmero funcional e o template obedece ao princpio
de Le Chatelier. O incremento da concentrao do monmero funcional ocasiona
o deslocamento do equilbrio qumico na direo da formao do complexo. Desta
forma, na sntese polimrica o monmero deve ser inserido em maiores
quantidades, geralmente uma proporo de 4:1 (monmero: molcula impressa),
para deslocar o equilbrio e formar o maior nmero possvel de stios especficos
de reconhecimento (Martn-Esteban, 2001; Yan e Ho Row, 2006; Mayes e
-
47
Whitcombe, 2005). O monmero funcional garante ao MIP as caractersticas
mecnicas como a rigidez e porosidade (Martn-Esteban, 2001).
A escolha do solvente outro aspecto fundamental para o desenvolvimento
do MIP. A sua principal finalidade solubilizar os reagentes da sntese polimrica
(template, monmeros funcionais, reagente reticulante e iniciador radicalar). O
solvente contribui na construo de stios seletivos (Tarley et al., 2005; Yan e Ho
Row, 2006; Mayes e Whitcombe, 2005) e suas propriedades no devem interferir
na formao do complexo entre o monmero funcional e a molcula molde
(Pichon, 2007). Os solventes mais adequados para sntese de MIP devem possuir
carter ligeiramente polar e aprticos, como o diclorometano e a acetonitrila, para
desenvolver as interaes polares entre o monmero funcional e a molcula
impressa por ligaes de hidrognio ou eletrostticas. O emprego de um solvente
polar favorece o desenvolvimento das interaes de natureza hidrofbica (Lordel,
2011). O solvente contribui na construo de macroporos no suporte polimrico
por isso denominado solvente porognico (do grego formador de poros)
(Cormack e Elorza, 2004; Martn-Esteban, 2001; Yan e Ho Row, 2006; Mayes e
Whitcombe, 2005).
A estabilidade mecnica, stios de ligao e a textura da matriz polimrica
podem ser garantidos com emprego do agente reticulante ou reagente de ligao
cruzada. Este reagente promove as ligaes cruzadas no polmero, conferindo
uma estrutura rgida e tridimensional ao redor do template, proporcionando a
estabilidade da molcula alvo com o monmero. O agente de reticulao deve ser
inserido em excesso molar em relao aos outros reagentes para permitir a
obteno de cavidades bem definidas (Yan e Ho Row, 2006; Mayes e Whitcombe,
2005).
A FIG. 1.12 ilustra alguns reagentes de ligao cruzada que podem ser
utilizados na impresso molecular. Contudo, o etileno glicol dimetacrilato
(EGDMA) tem sido o reagente mais utilizado por conferir ao MIP propriedades
trmicas e mecnicas estveis com fcil transferncia de massa (Cormack e
Elorza, 2004; Tarley et al., 2005).
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FIGURA 1.12 - Estrutura qumica de alguns agentes de ligao cruzada usados na sntese de MIP
A presena dos agentes de sntese (template, monmero funcional, agente
reticulante e solvente) no suficientemente capaz de desenvolver os radicais
livres para a polimerizao. Portanto, o emprego de iniciadores radicalares em
associao com estmulos fsicos como temperatura e/ou radiao UV, so
fundamentais para iniciar e manter a reao de polimerizao do MIP. Vrios
iniciadores radicalar (FIG. 1.13) podem ser empregados na sntese do MIP, o 2,2-
azo-bis-iso-butironitrila (AIBN) o mais comumente empregado (Cormack e
Elorza, 2004).
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FIGURA 1.13 - Estrutura qumica dos iniciadores radicalares mais utilizadas na sntese de M
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