dissertação priscilla velasco da paixão

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO CENTRO DE CIÊNCIAS MATEMÁTICAS E DA NATUREZA INSTITUTO DE QUÍMICA PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM QUÍMICA DETERMINAÇÃO DE ELEMENTOS TRAÇOS EM AMOSTRAS DE CABELO UTILIZANDO AS TÉCNICAS DE FLUORESCÊNCIA DE RAIOS X (XRF) E ESPECTROMETRIA DE RETROESPALHAMENTO RUTHERFORD (RBS) PRISCILLA VELASCO DA PAIXÃO RIO DE JANEIRO AGOSTO/2015

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Page 1: Dissertação Priscilla Velasco da Paixão

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO

CENTRO DE CIEcircNCIAS MATEMAacuteTICAS E DA NATUREZA

INSTITUTO DE QUIacuteMICA

PROGRAMA DE POacuteS-GRADUACcedilAtildeO EM QUIacuteMICA

DETERMINACcedilAtildeO DE ELEMENTOS TRACcedilOS EM AMOSTRAS DE CABELO

UTILIZANDO AS TEacuteCNICAS DE FLUORESCEcircNCIA DE RAIOS X (XRF) E

ESPECTROMETRIA DE RETROESPALHAMENTO RUTHERFORD (RBS)

PRISCILLA VELASCO DA PAIXAtildeO

RIO DE JANEIRO

AGOSTO2015

DETERMINACcedilAtildeO DE ELEMENTOS TRACcedilOS EM AMOSTRAS DE CABELO

UTILIZANDO AS TEacuteCNICAS DE FLUORESCEcircNCIA DE RAIOS X (XRF) E

ESPECTROMETRIA DE RETROESPALHAMENTO RUTHERFORD (RBS)

PRISCILLA VELASCO DA PAIXAtildeO

Dissertaccedilatildeo de mestrado apresentada ao

Programa de Poacutes-Graduaccedilatildeo em Quiacutemica

Instituto de Quiacutemica Universidade Federal do

Rio de Janeiro - UFRJ como parte dos

requisitos necessaacuterios para a obtenccedilatildeo do Grau

de Mestre em Ciecircncias

Orientador Prof Dr Gerardo Gerson Bezerra de Souza

Rio de Janeiro

Agosto2015

DETERMINACcedilAtildeO DE ELEMENTOS TRACcedilOS EM AMOSTRAS DE CABELO

UTILIZANDO AS TEacuteCNICAS DE FLUORESCEcircNCIA DE RAIOS X (XRF) E

ESPECTROMETRIA DE RETROESPALHAMENTO RUTHERFORD (RBS)

PRISCILLA VELASCO DA PAIXAtildeO

Rio de Janeiro 27 de agosto de 2015

Dissertaccedilatildeo de mestrado apresentada ao Programa de Poacutes-Graduaccedilatildeo em Quiacutemica

Instituto de Quiacutemica Universidade Federal do Rio de Janeiro - UFRJ como parte dos

requisitos necessaacuterios para a obtenccedilatildeo do grau de Mestre em Ciecircncias

Aprovada por

___________________________________________________________________________

Presidente - Orientador Prof Dr Gerardo Gerson Bezerra de Souza (IQUFRJ)

___________________________________________________________________________

Prof Dr Caacutessia Curan Turci (IQUFRJ)

___________________________________________________________________________

Prof Dr Enio Frota da Silveira (FIacuteSICAPUC-RIO)

P149 Paixatildeo Priscilla Velasco da Determinaccedilatildeo de elementos traccedilos em amostras de cabelo

utilizando as teacutecnicas de Fluorescecircncia de Raios X (XRF) e

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford (RBS) Priscilla

Velasco da Paixatildeo ndash Rio de Janeiro UFRJ IQ 2015

71 f Orientador Gerardo Gerson Bezerra de Souza Dissertaccedilatildeo (Mestrado) - Universidade Federal do Rio de Janeiro

Instituto de Quiacutemica Programa de Poacutes-Graduaccedilatildeo em Quiacutemica 2015

1 Elementos traccedilo 2 Amostras de cabelo 3 XRF 4 RBS

I Souza Gerardo Gerson Bezerra de (Orient) II Universidade

Federal do Rio de Janeiro Instituto de Quiacutemica Programa de Poacutes-

Graduaccedilatildeo em Quiacutemica III Tiacutetulo

CDD 5413

Dedico esta dissertaccedilatildeo agrave minha famiacutelia

Meu pai Luiz minha matildee Alessandra e

meu irmatildeo Jones

ldquoPor vocecircs faria mil vezesrdquo

AGRADECIMENTOS

A Deus e aos bons espiacuteritos que me guiam nesta jornada dando-me forccedilas para natildeo desistir e

seguir sempre evoluindo

Agrave minha famiacutelia o meu lar ao meu saudoso pai Luiz por toda seguranccedila e amor agrave minha matildee

Alessandra pelo conforto do abraccedilo e por toda a torcida e ao meu irmatildeo Jones pelo estiacutemulo

exemplo e total dedicaccedilatildeo

Agrave minha tia Maria Rosa por todo o amor incentivo e momentos plenos de felicidade

Ao Professor Gerardo Gerson pela orientaccedilatildeo e por contribuir na minha formaccedilatildeo

Agrave Professora Maria Luiza Rocco pelo carinho compreensatildeo e apoio

Agrave Professora Fernanda Stedile pela colaboraccedilatildeo nas mediccedilotildees e anaacutelises dos espectros por

RBS por toda a atenccedilatildeo e auxiacutelio

Agrave Joselaine Caacuteceres por toda a instruccedilatildeo paciecircncia boa energia e amizade

Aos amigos Leyza Lucas Kliacutecia Lima Maria Oliacutevia Rodrigo Pais Felipe Camacho

Marcello Ribeiro e Mostafa Galal por todos os momentos de estudos e descontraccedilatildeo com boas

risadas

Aos companheiros do LIFE Rycharda Lautaro Angeacutelica Vanessa Stephani Mayla Patrick

e Frederico pelo carinho e auxiacutelio

Aos funcionaacuterios da secretaria da poacutes-graduaccedilatildeo Marcelo Navarro e Claacuteudia Neiva por toda a

cordialidade na prestaccedilatildeo de serviccedilo

A todas as pessoas que doaram seus preciosos cabelos para a execuccedilatildeo deste trabalho

A FAPERJ CAPES e CNPq pelo apoio financeiro

Para ser grande secirc inteiro nada

Teu exagera ou exclui

Secirc todo em cada coisa Potildee quanto eacutes

No miacutenimo que fazes

Assim em cada lago a lua toda

Brilha porque alta vive

Ricardo Reis (Fernando Pessoa)

RESUMO

O cabelo humano eacute composto basicamente de trecircs camadas a cutiacutecula (parte externa) o

coacutertex (parte mediana) e a medula (parte interna) A alfa-queratina eacute uma proteiacutena de forma

espiralada que fornece sustentaccedilatildeo ao cabelo Estaacute imersa no coacutertex e eacute composta

principalmente pelo aminoaacutecido cisteiacutena rico em enxofre Cortes histoloacutegicos demonstraram

elevada atividade de metais pesados na alfa-queratina Embora o teor de cinzas no cabelo seja

inferior a 1 indicando uma baixa quantidade de minerais a presenccedila de determinado metal

indica a absorccedilatildeo e a exposiccedilatildeo do indiviacuteduo a esse elemento Assim eacute possiacutevel diagnosticar

por exemplo deficiecircncias nutricionais ou niacuteveis elevados de elementos que podem causar

danos agrave sauacutede Frente agrave anaacutelise de outras amostras bioloacutegicas tais como urina e sangue o

cabelo tem a vantagem da facilidade de amostragem sem trauma para o indiviacuteduo facilidade

de transporte e armazenamento aleacutem da estabilidade quiacutemica e estrutural da amostra No

presente trabalho comparou-se o teor de metais em amostras de cabelo de dois grupos de

pessoas que vivem na Regiatildeo Metropolitana do Rio de Janeiro Enquanto o primeiro grupo

ingere aacutegua de poccedilo o segundo grupo inclui as pessoas que ingerem a aacutegua distribuiacuteda pela

Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos CEDAE Duas teacutecnicas foram utilizadas

Fluorescecircncia de Raios X (XRF) e Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford (RBS)

Amostras de cabelo virgem de pessoas saudaacuteveis e natildeo fumantes foram coletadas lavadas e

armazenadas segundo orientaccedilotildees da Agecircncia Internacional de Energia Atocircmica (IAEA) As

medidas por XRF foram realizadas na Universidade Federal do Rio de Janeiro (com o

espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios-X S8 TIGER - BRUKER) na faixa de energia de

05 a 56 keV atraveacutes do meacutetodo Best Detection Os dados por RBS foram coletados na

Universidade Federal do Rio Grande do Sul (com o acelerador de iacuteons Tandetron - 3 MV

HVEE) usando 2000 keV de iacuteons He+ incidentes e detecccedilatildeo a 165deg As anaacutelises por XRF

evidenciaram a presenccedila de Al Si P S Cl Ca Mn Fe Cu e Zn em amostras de cabelo de

ambos os grupos A presenccedila do elemento natildeo essencial Pb foi observada apenas em amostras

de cabelo de pessoas que bebem aacutegua de poccedilo Aleacutem disso usando a teacutecnica de RBS em uma

amostra de cabelo C N O e Ti foram observados aleacutem dos outros elementos mais pesados e

atraveacutes do caacutelculo da seccedilatildeo de choque de espalhamento Rutherford foi obtida uma anaacutelise

quantitativa relativa

Palavras Chave elementos traccedilo amostras de cabelo XRF RBS

ABSTRACT

Human hair consists basically of three layers the cuticle (outer part) the cortex (middle part)

and the medulla (inner part) Alpha-keratin is a spiral shape protein that supports the hair It is

immersed in the cortex and is composed mainly by a sulfur-containing amino acid cysteine

Histological sections demonstrated high activity of heavy metals in the alpha-keratin

Although the ash content of hair is less than 1 indicating low amount of minerals the

presence of a particular element in hair indicates the absorption andor exposure to this

element Thus it is possible to diagnose for example nutritional deficiencies or high levels of

elements that may cause damage to health Faced with the analysis of other biological samples

such as urine and blood hair has the advantage of easy sampling without trauma to the

individual easy transport and storage besides the chemical and structural stability of this

sample In the present work we compare the metal content in hair samples from two sets of

people who live at the outskirts of the Rio de Janeiro city While the first group drinks plain

well water the second group includes people who drink the water distributed by the Rio de

Janeiro State Company CEDAE Two techniques have been used X-Ray Fluorescence

(XRF) and Rutherford Backscattering Spectrometry (RBS) Virgin hair samples of healthy

people and non-smokers were collected washed and stored according to the guidelines of the

International Atomic Energy Agency (IAEA) The XRF measurements were made at the

Federal University of Rio de Janeiro (X-Ray Fluorescence Spectrometer S8 TIGER ndash

BRUKER) in the energy range of 05 to 56 keV using the Best Detection Method The RBS

data were collected at the Federal University of Rio Grande do Sul (Tandetron - 3 MV HVEE

ion accelerator using 2000 keV He+ incident ions and detection at 165deg) XRF measurements

evidence the presence of Al Si P S Cl Ca Mn Fe Cu and Zn in hair samples from both

groups The presence of the non-essential element Pb was only observed in hair samples from

people who drink well water In addition using the RBS technique in a hair sample C N O

and Ti were observed and through the calculation of Rutherford scattering cross sections a

relative quantitative analysis was obtained

Keywords trace elements hair samples XRF RBS

SUMAacuteRIO

LISTA DE FIGURAS xi

LISTA DE TABELASxiii

LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS xiv

10 INTRODUCcedilAtildeO16

20 OBJETIVOS17

30 REVISAtildeO BIBLIOGRAacuteFICA E FUNDAMENTOS TEOacuteRICOS17

31 O Cabelo17

32 Elementos Essenciais e Natildeo Essenciais e a Sauacutede Humana21

33 Abastecimento de Aacutegua na Regiatildeo de Amostragem 24

34 Fluorescecircncia de Raios X - Teoria26

35 Fluorescecircncia de Raios X - Instrumentaccedilatildeo29

36 Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford - Teoria34

37 Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford - Instrumentaccedilatildeo38

40 METODOLOGIA40

41 Amostragem40

42 Lavagem das Amostras de Cabelo41

43 Paracircmetros Instrumentais43

50 RESULTADOS E DISCUSSOtildeES45

51 Anaacutelise por XRF45

52 Anaacutelise por RBS49

60 CONCLUSOtildeES51

70 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS52

80 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS53

ANEXO I MODELO DO QUESTIONAacuteRIO PREENCHIDO ANTES DA COLETA DAS

AMOSTRAS DE CABELO57

ANEXO II INFORMACcedilOtildeES ADICIONAIS SOBRE OS DOADORES E AS AMOSTRAS

DE CABELO COLETADAS59

ANEXO III ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE

INGEREM AacuteGUA DE POCcedilO (AMPLIACcedilAtildeO DA REGIAtildeO DE INTERESSE)61

ANEXO IV ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE

INGEREM AacuteGUA DISTRIBUIacuteDA PELA CEDAE (AMPLIACcedilAtildeO DA REGIAtildeO DE

INTERESSE)66

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 Desenho esquemaacutetico de um fio de cabelo18

Figura 2 Esquema das fases de crescimento do cabelo19

Figura 3 Estrutura secundaacuteria (α-heacutelice) da α-queratina19

Figura 4 Estrutura da Cisteiacutena e da Cistina21

Figura 5 Reservatoacuterio Paraibuna localizado na Bacia do Rio Paraiacuteba do Sul25

Figura 6 Poccedilo subterracircneo em Duque de Caxias26

Figura 7 Esquema do princiacutepio da Fluorescecircncia de Raios X27

Figura 8 Efeito Auger28

Figura 9 Espalhamento Compton e Rayleigh29

Figura 10 Instrumentaccedilatildeo do Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X por Dispersatildeo de

Comprimento de Onda - S8 TIGER - BRUKER29

Figura 11 Espalhamento elaacutestico em acircngulo de retroespalhamento de um iacuteon de massa M1

por um aacutetomo de massa M2 com M2gtM134

Figura 12 Esquema de um espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford de

um filme fino AB sobre um substrato C ainda mais leve36

Figura 13 Esquema dos componentes presentes na instrumentaccedilatildeo utilizada em anaacutelises por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford38

Figura 14 Mapa com os pontos de coleta de amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua

de poccedilo em destaque a localizaccedilatildeo das residecircncias com os poccedilos40

Figura 15 Coleta de amostra de cabelo na regiatildeo occipital da cabeccedila41

Figura 16 Lavagem das amostras de cabelo42

Figura 17 Amostra de cabelo em porta-amostra do equipamento de Fluorescecircncia de Raios

X42

Figura 18 Amostra de cabelo no porta-amostra do equipamento de Espectrometria de

Retroespalhamento Rutherford43

Figura 19 Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X - S8 TIGER - BRUKER44

Figura 20 Acelerador de iacuteons Tandetron - HVEE 3 MV onde foi feita a anaacutelise por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford44

Figura 21 Espectro de Fluorescecircncia de Raios X completo da amostra 245

Figura 22 Espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da amostra 2

(grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)50

Figura 23 Ampliaccedilatildeo I do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)50

Figura 24 Ampliaccedilatildeo II do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)51

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 Composiccedilatildeo de aminoaacutecidos no cabelo20

Tabela 2 Elementos traccedilo essenciais e algumas de suas funccedilotildees bioloacutegicas22

Tabela 3 Elementos traccedilo natildeo essenciais e suas toxicidades24

Tabela 4 Energia em keV das principais linhas de emissatildeo de raios x dos elementos

analisados46

Tabela 5 Concentraccedilatildeo dos elementos nas amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua

de poccedilo47

Tabela 6 Concentraccedilatildeo dos elementos nas amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua

distribuiacuteda pela CEDAE48

LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS

AAS - Atomic Absorption Spectroscopy (Espectroscopia de Absorccedilatildeo Atocircmica)

CEDAE - Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos do Rio de Janeiro

CONAMA - Conselho Nacional do Meio Ambiente

ERD - Elastic Recoil Detection (Anaacutelise por Detecccedilatildeo de Recuo Elaacutestico)

IAEA - International Atomic Energy Agency (Agecircncia Internacional de Energia Atocircmica)

IBGE - Instituto Brasileiro de Geografia e Estatiacutestica

ICP-AES - Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry (Espectrometria de

Emissatildeo Atocircmica com Plasma Indutivamente Acoplado)

ICP-MS - Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (Espectrometria de Massa com

Plasma Indutivamente Acoplado)

ICP-OES - Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometry (Espectrometria de

Emissatildeo Oacuteptica com Plasma Acoplado Indutivamente)

LIFE - Laboratoacuterio de Impacto de Foacutetons e Eleacutetrons

NAA - Neutron Activation Analysis (Anaacutelise por Ativaccedilatildeo de Necircutrons)

PET ndash Pentaeritriato

PHA - Pulse Height Analyzer (Analisador de Altura de Pulso)

PIXE - Proton Induced X-Ray Emission (Emissatildeo de Raios X Induzidos por Proacutetons)

RBS - Rutherford Backscattering Spectrometry (Espectrometria de Retroespalhamento

Rutherford)

UFRGS - Universidade Federal do Rio Grande do Sul

UFRJ - Universidade Federal do Rio de Janeiro

WDXRF - Wavelength Dispersive X-ray Fluorescence (Fluorescecircncia de Raios X por

Dispersatildeo de Comprimento de Onda)

XRF - X-Ray Fluorescence (Fluorescecircncia de Raios X)

16

10 INTRODUCcedilAtildeO

A determinaccedilatildeo de elementos traccedilo em cabelo tem sido assunto de estudo em

diversas aacutereas da ciecircncia dentre elas o monitoramento de exposiccedilatildeo ambiental e ocupacional

avaliaccedilatildeo da intoxicaccedilatildeo por metais toacutexicos avaliaccedilatildeo do estado nutricional diagnoacutestico e

prevenccedilatildeo de doenccedilas e nas ciecircncias forenses Isto se deve ao fato do cabelo ser considerado

um ldquodosiacutemetro bioloacutegicordquo que reflete a exposiccedilatildeo e absorccedilatildeo do indiviacuteduo a determinado

elemento ou seja a concentraccedilatildeo dos elementos traccedilo no cabelo indica a concentraccedilatildeo dos

mesmos no organismo [1-5]

Frente agrave anaacutelise de outros materiais bioloacutegicos como urina e sangue o cabelo tem a

vantagem da facilidade de amostragem (sem dor ou trauma para o indiviacuteduo) facilidade de

armazenamento transporte e manuseio possibilidade de obtenccedilatildeo de um registro histoacuterico de

exposiccedilatildeo aos elementos em questatildeo aleacutem da estabilidade estrutural da amostra permitindo o

diagnoacutestico por um periacuteodo maior de tempo (meses a anos) [1-46]

Haacute muita controveacutersia na literatura quanto aos dados disponiacuteveis em relaccedilatildeo agrave anaacutelise

elementar em cabelos no tocante agrave falta de um procedimento padratildeo de anaacutelise com uma

etapa de lavagem que seja completamente eficiente em eliminar a contaminaccedilatildeo exoacutegena (ar

aacutegua cosmeacuteticos entre outros) da contaminaccedilatildeo endoacutegena (incorporado ao fio do cabelo

durante a primeira fase de crescimento) [1-3]

Nas uacuteltimas deacutecadas vaacuterios estudos relacionados agrave determinaccedilatildeo elementar de

cabelos com foco em quiacutemica ambiental e ciecircncia meacutedica foram realizados Dentre as teacutecnicas

mais utilizadas encontram-se Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry

(ICP-AES) [13] Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (ICP-MS) [1378]

Neutron Activation Analysis (NAA) [15] Atomic Absorption Spectroscopy (AAS) [15] X-

Ray Fluorescence (XRF) [59-11] e Proton Induced X-Ray Emission (PIXE) [612]

Encontramos na literatura apenas um relato anterior sobre a anaacutelise por RBS de amostras de

cabelo em que a RBS foi utilizada para determinar os principais componentes de cabelo (C

N O e S) Os mesmos autores tambeacutem utilizaram PIXE para determinar elementos em

concentraccedilatildeo mais baixa e Elastic Recoil Detection (ERD) para determinar Hidrogecircnio [6]

Em trabalho de Iniciaccedilatildeo Cientiacutefica feito por mim com orientaccedilatildeo da Prof Dr Lola

Maria Braga Gomes do Departamento de Quiacutemica Analiacutetica-UFRJ em 2012 foram realizadas

anaacutelises da qualidade da aacutegua de 6 poccedilos subterracircneos na localidade Chaacutecaras Arcampo na

cidade de Duque de Caxias-RJ Foram determinados por ICP-OES os seguintes elementos

Cr Mn Fe Ni Cu Zn Ar Cd e Pb Constatou-se a presenccedila de chumbo em valores ateacute 55

vezes acima do permitido pelos Padrotildees de Qualidade de Aacutegua Subterracircnea do CONAMA

[13]

O presente trabalho foi realizado com a intenccedilatildeo de verificar quais elementos

estariam presentes nas amostras de cabelo das pessoas daquela localidade e que ingerem esse

tipo de aacutegua Dentro do nosso conhecimento esta eacute a primeira vez em que XRF e RBS satildeo

conjuntamente aplicados para a determinaccedilatildeo de elementos traccedilo presentes em amostras de

cabelo

Considera-se este trabalho relevante tanto para servir como fonte de dados quanto

para o seu possiacutevel uso no acircmbito social principalmente no que diz respeito ao abastecimento

de aacutegua e a sauacutede de parte da populaccedilatildeo que consome diariamente uma aacutegua sem tratamento

20 OBJETIVO

O presente trabalho tem como objetivo utilizar as teacutecnicas de Fluorescecircncia de

Raios X (XRF) e Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford (RBS) para determinar e

comparar elementos presentes em amostras de cabelo de dois grupos de pessoas que vivem na

Regiatildeo Metropolitana do Rio de Janeiro No primeiro grupo estatildeo pessoas que ingerem aacutegua

de poccedilo enquanto no segundo grupo estatildeo pessoas que ingerem aacutegua tratada e distribuiacuteda pela

Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos (CEDAE) do Rio de Janeiro

30 REVISAtildeO BIBLIOGRAacuteFICA E FUNDAMENTOS TEOacuteRICOS

31 O Cabelo

O cabelo possui uma funccedilatildeo esteacutetica com papel importante nos atributos da beleza

mas tem como principal funccedilatildeo a proteccedilatildeo da cabeccedila dos raios solares Esse processo eacute

realizado atraveacutes de receptores nervosos que agem como sensores teacutermicos capazes de

aumentar a proteccedilatildeo quando necessaacuterio [1214]

A composiccedilatildeo do cabelo eacute de aproximadamente 80 de proteiacutenas 15 de aacutegua e

aproximadamente 5 de lipiacutedios e constituintes inorgacircnicos O cabelo eacute basicamente

constituiacutedo por trecircs camadas cutiacutecula (camada externa) coacutertex (parte intermediaacuteria) e medula

(parte mais interna) (Fig 1) A cutiacutecula eacute formada por vaacuterias subcamadas separadas por um

complexo de ceacutelulas alongadas e justapostas que envolvem o coacutertex O coacutertex eacute o principal

constituinte do cabelo formado por um conjunto de ceacutelulas ciliacutendricas denominadas matriz e

perfeitamente ligadas umas as outras Na matriz encontram-se a α-queratina e outras

proteiacutenas A medula apresenta-se em pequena quantidade e pode estar ausente em alguns tipos

de cabelo Eacute composta por ceacutelulas anucleadas contendo lipiacutedeos e granulaccedilotildees pigmentadas

[1214]

Figura 1 Desenho esquemaacutetico de um fio de cabelo

Fonte http ltwwwartistasdocabelocombrgt Acesso em 30072015

O fio de cabelo desenvolve-se a partir de cavidades denominadas foliacuteculos pilosos

localizados de 3 a 5 mm abaixo da superfiacutecie da pele A taxa de crescimento meacutedio do fio eacute de

cerca de 1 cm por mecircs e cada fio pode ter de 15 a 120 microm de diacircmetro dependendo do tipo de

cabelo O ciclo de crescimento do cabelo eacute dividido em trecircs estaacutegios (Fig2)

Anaacutegeno ocorre o crescimento ativo do cabelo com irrigaccedilatildeo sanguiacutenea atraveacutes dos

foliacuteculos capilares na regiatildeo da papila Pode durar ateacute 7 anos Em um adulto cerca de

90 dos fios encontram-se neste estaacutegio

Cataacutegeno ocorre uma transiccedilatildeo entre o crescimento do fio e seu teacutermino dura apenas

algumas semanas O cabelo para de receber irrigaccedilatildeo sanguiacutenea para de crescer e a

parte mais profunda do foliacuteculo piloso fica mais proacutexima da superfiacutecie da pele

Teloacutegeno ocorre a queda do fio iniciando o crescimento de outro fio atraveacutes de um

foliacuteculo novo que surge no mesmo local [1214]

Figura 2 Esquema das fases de crescimento do cabelo

Fonte httpltwwwtratamentocalviciecombrartigo_02phpgt Acesso em 30072015

A α-queratina eacute uma proteiacutena que apresenta uma estrutura secundaacuteria (α-heacutelice) em

um arranjo helicoidal estabilizado por pontes de hidrogecircnio (Figura 3) e eacute responsaacutevel por dar

sustentaccedilatildeo ao cabelo Ela fica imersa na matriz e eacute composta por uma sequecircncia de

aminoaacutecidos (Tabela 1) sendo a cisteiacutena o principal desses

Figura 3 Estrutura secundaacuteria (α-heacutelice) da α-queratina

Fonte httpltwwwslideplayercombrgt Acesso em 27092015

Tabela 1 Composiccedilatildeo de aminoaacutecidos no cabelo normal Fonte [15]

Ligaccedilotildees quiacutemicas cruzadas entre as cadeias polimeacutericas de α-queratina formam

pontes dissulfeto (-S-S-) que datildeo origem aos resiacuteduos de cistina (Fig4) Como estatildeo em

grande quantidade na composiccedilatildeo do cabelo formam uma rede de alta resistecircncia e datildeo o

formato ao fio A reduccedilatildeo dessas ligaccedilotildees causa mudanccedilas nas propriedades mecacircnicas do fio

Cortes histoloacutegicos evidenciaram elevada atividade de metais pesados na α-queratina [114]

Aminoaacutecido Quantidade Residual ()

Aacutecido Aspaacutertico 49

Aacutecido Glutacircmico 114

Alanina 46

Arginina 58

Cisteiacutena 178

Fenilalanina 16

Glicina 64

Histidina 09

Isoleucina 26

Leucina 58

Lisina 27

Metionina 06

Prolina 84

Serina 117

Tirosina 2

Treonina 68

Valina 58

Figura 4 Estrutura da Cisteiacutena e da Cistina Reaccedilatildeo de oxi-reduccedilatildeo formando a ponte

dissulfeto Adaptado de httpltbiocienciascpoblogspotcombr201211resumo-

proteinashtmlgt

A incorporaccedilatildeo de elementos ao cabelo pode ocorrer por dois meios exoacutegeno e

endoacutegeno A incorporaccedilatildeo endoacutegena ocorre no primeiro estaacutegio de crescimento do fio onde o

foliacuteculo capilar encontra-se em contato com as glacircndulas secretoras e vasos sanguiacuteneos

Assim os elementos quiacutemicos que circulam no organismo atraveacutes dos fluidos podem

incorporar-se ao cabelo Estima-se que o periacuteodo entre a absorccedilatildeo pelo indiviacuteduo e a

incorporaccedilatildeo de elementos no cabelo seja de 30 dias Um modelo mais simples sugere que a

incorporaccedilatildeo endoacutegena ocorra de forma passiva isto eacute por difusatildeo [1] Os metais ligam-se

aos aminoaacutecidos atraveacutes de seus grupos funcionais como sulfidrila (-SH) amina (-NH2)

hidroxila (-OH) e carboxila (-COOH) nos quais a forccedila destas ligaccedilotildees dependeraacute da

estrutura eletrocircnica externa do metal [14]

Na incorporaccedilatildeo exoacutegena os elementos quiacutemicos satildeo levados ao cabelo por fatores

externos como aacutegua poeira fumaccedila cosmeacuteticos entre outros Os elementos podem ligar-se agrave

cutiacutecula do fio capilar principalmente se as cutiacuteculas estiverem danificadas [14]

32 Elementos Essenciais e Natildeo Essenciais e a Sauacutede Humana

Os elementos traccedilos podem ser divididos em essenciais e natildeo essenciais de acordo

com a importacircncia nutricional e a influecircncia no organismo dos seres vivos Os elementos

traccedilo essenciais satildeo considerados beneacuteficos e indispensaacuteveis para os seres vivos dentro de

uma faixa especiacutefica de concentraccedilatildeo Na Tabela 2 estatildeo listados os elementos traccedilo

essenciais e suas respectivas funccedilotildees bioloacutegicas [214]

Tabela 2 Elementos traccedilo essenciais e algumas de suas funccedilotildees bioloacutegicas

Adaptado de [14 16]

B Previne a osteoporose em mulheres na fase poacutes-menopausa

CaImportante na coagulaccedilatildeo sanguinea na contraccedilatildeo muscular transmissatildeo nervosa e

formaccedilatildeo de ossos e dentes

Cl Presente no suco gaacutestrico manteacutem o equilibrio hidrico e de eletroacutelitos

Co Constituinte da vitamina B12

Cr Importante no metabolismo da glicose

Cu Cofator em enzimas redox e no transporte de O2

F Prevenccedilatildeo das patologias bucodentaacuteria e oacutessea atua tambeacutem nos tecidos celulares

Fe Cofator em muitas enzimas e proteiacutenas heme

IPresente na estrutura de dois fatores hormonais da glacircndula tireoacuteide (tiroxina e

triiodotiroxina)

KImportante na regulaccedilatildeo da atividade neuromuscular crescimento celular e equiliacutebrio

osmoacutetico

MgRegula diversas reaccedilotildees enzimaacuteticas e age sobre as trocas iocircnicas da membrana

celular

MnCofator em muitas enzimas auxilia na reduccedilatildeo de accedilucar no sangue e a regular o

funcionamento do sistema reprodutivo

Elementos Essenciais e suas Funccedilotildees Bioloacutegicas

Os elementos traccedilo natildeo essenciais satildeo aqueles que natildeo apresentam nenhuma funccedilatildeo

no metabolismo das espeacutecies animais e vegetais e quando estatildeo em alta concentraccedilatildeo podem

provocar efeitos negativos ao organismo dos seres vivos Na Tabela 3 estatildeo listados alguns

elementos traccedilo natildeo essenciais e suas toxicidades [214]

Mo Cofator em enzimas que metabolizam os aminoaacutecidos metionina e cistina

NaAtua no controle osmoacutetico volume plasmaacutetico transmissatildeo de impulsos nervosos e

controle da contraccedilatildeo muscular

Ni A essencialidade eacute provaacutevel mas ainda natildeo estaacute estabelecida

PAtua na formaccedilatildeo dos ossos e dentes participa da estrutura das membranas

celulares e do processo de absorccedilatildeo renal da glicose

SParticipa da construccedilatildeo das proteiacutenas e no metabolismo energeacutetico faz parte de

algumas vitaminas (tiamina e biotina)

SeParticipaccedilatildeo na siacutentese de hormocircnios tireoideanos na accedilatildeo antioxidante e eacute cofator

em enzimas

Si Atua na estrutura da derme promovendo sua elasticidade

Sn A essencialidade eacute provaacutevel mas ainda natildeo estaacute estabelecida

V A essencialidade eacute provaacutevel mas ainda natildeo estaacute estabelecida

ZnCofator em algumas enzimas e na insulina tambeacutem exerce influecircncia no metabolismo

dos aacutecidos nucleiacutecos

Tabela 3 Elementos traccedilo natildeo essenciais e suas toxicidades Adaptado de [14]

Os termos macrominerais e microminerais (ou elementos-traccedilo) tambeacutem satildeo muito

utilizados no meio cientiacutefico principalmente na aacuterea de nutriccedilatildeo Os macrominerais satildeo

aqueles elementos encontrados em altas concentraccedilotildees nas amostras geralmente acima de

1 ou cuja necessidade diaacuteria no organismo seja maior que 100 mg No cabelo satildeo

considerados macrominerais por exemplo Ca P S Mg Na K e Cl Jaacute os microminerais satildeo

aqueles encontrados em baixas concentraccedilotildees na amostra (ppm ou ppb) ou cuja necessidade

no organismo seja inferior a 100 mg por dia No cabelo podem ser citados os seguintes

microminerais Fe Zn Cu Mn I Cr Se F Co Ni Si e Mo [114]

33 Abastecimento de Aacutegua na Regiatildeo de Amostragem

No Estado do Rio de Janeiro a captaccedilatildeo tratamento aduccedilatildeo e distribuiccedilatildeo das redes

de aacutegua ficam a cargo da CEDAE ndash Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos No presente

momento a CEDAE abastece cerca de 9 milhotildees de pessoas em 64 dos 92 municiacutepios do

Estado sendo Duque de Caxias um desses [17]

O abastecimento de aacutegua pela CEDAE na cidade de Duque de Caxias nunca ocorreu

de forma contiacutenua e natildeo haacute garantia da manutenccedilatildeo da qualidade da aacutegua ateacute a chegada ao

Al

Causa ao organismo anemia enfraquecimento dos ossos e muacutesculos

dificuldade no metabolismo do caacutelcio alteraccedilotildees hepatoloacutegicas e

renais dores de cabeccedila e nervosismo

AsInterrompe a expressatildeo de diversos genes em especial aqueles que

participam das vias de transduccedilatildeo de sinal

CdOcasiona perda de peso hemorragia danos ao sistema respiratoacuterio

hepatoloacutegico e renal

PbGera alteraccedilotildees cardiovasculares gastrointestinais hematoloacutegicas

renais neuroloacutegicas e imunoloacutegicas

Elementos Natildeo Essenciais e suas Toxicidades

consumidor Segundo dados do CENSO-2010 dos 269353 domiciacutelios estabelecidos no

municiacutepio de Duque de Caxias apenas 63 alegaram receber aacutegua de redes de distribuiccedilatildeo

[18] Diante do cenaacuterio atual em que o Sudeste vive a maior crise hiacutedrica dos uacuteltimos cem

anos devido agrave escassez de chuvas os reservatoacuterios que abastecem o estado do Rio de Janeiro

encontram-se em niacuteveis muito baixos e alguns deles chegaram ao volume morto (reserva

teacutecnica) Com isso o abastecimento de aacutegua para a populaccedilatildeo estaacute a cada dia mais escasso

Na Figura 5 apresenta-se uma foto da situaccedilatildeo do maior reservatoacuterio da Bacia do Rio Paraiacuteba

do Sul (em fevereiro deste ano) Este reservatoacuterio alimenta a Estaccedilatildeo de Tratamento de Aacutegua

do Guandu que por sua vez eacute responsaacutevel pelo abastecimento de toda a Regiatildeo Metropolitana

do Rio de Janeiro [19]

Figura 5 Reservatoacuterio Paraibuna localizado na Bacia do Rio Paraiacuteba do Sul apoacutes estiagem dos uacuteltimos anos

Na foto o reservatoacuterio estaacute com -056 da capacidade (volume morto) 03022015 Fonte http

ltogloboglobocomrionivel-de-reservatorios-do-rio-paraiba-do-sul-apresentam-leve-melhora-apos-chuvas-

fortes-15229418gt Acesso em 30072015

Devido aos fatores mencionados aliados agrave facilidade de manutenccedilatildeo e ao baixo custo

de perfuraccedilatildeo a utilizaccedilatildeo de aacutegua de poccedilo subterracircneo (Figura 6) eacute cada vez mais requisitada

para suprir as carecircncias de abastecimento No Brasil o aquiacutefero subterracircneo abastece cerca de

19 do total dos domiciacutelios particulares enquanto que no municiacutepio de Duque de Caxias este

percentual atinge os 35 segundo o CENSO-2010 [18]

Figura 6 Poccedilo subterracircneo em Duque de Caxias

34 Fluorescecircncia de Raios X - Teoria

A Espectroscopia de Fluorescecircncia de Raios X eacute uma teacutecnica natildeo destrutiva que

permite a identificaccedilatildeo simultacircnea (qualitativa e quantitativa) de elementos presentes em uma

amostra A teacutecnica baseia-se no fato dos elementos quiacutemicos emitirem radiaccedilotildees

caracteriacutesticas quando submetidos a uma excitaccedilatildeo adequada [20-23]

As amostras satildeo irradiadas com foacutetons (feixe de raios x) gerados por uma fonte Esse

feixe de raios x primaacuterio possui energia suficiente para ejetar eleacutetrons de camadas internas do

aacutetomo (camadas com maior energia de ligaccedilatildeo) transferindo energia para este eleacutetron que eacute

ejetado como fotoeleacutetron O aacutetomo fica instaacutevel (excitado) com uma vacacircncia na camada

interna Com o intuito de diminuir a energia do sistema eleacutetrons de outras camadas

preenchem essa lacuna A diferenccedila de energia entre os niacuteveis da transiccedilatildeo eletrocircnica eacute

liberada atraveacutes da emissatildeo de um foacuteton de raios x (fluorescecircncia ou raio x secundaacuterio) que

tem energia caracteriacutestica para cada elemento como ilustrado na Figura 7 A energia do raio x

caracteriacutestico eacute fornecida pela Equaccedilatildeo 1 [20-23]

Ex = Eni - Enf (Eq1)

Onde

Ex = energia do raio x caracteriacutestico emitido

Eni Enf = energia dos estados eletrocircnicos inicial e final respectivamente

Figura 7 Esquema do princiacutepio da Fluorescecircncia de Raios X

Fonteltwwwshimadzucombrgt Acesso em 30072015

A radiaccedilatildeo caracteriacutestica eacute nomeada de acordo com o niacutevel de onde se apresenta a

vacacircncia (K L M) e de qual niacutevel (α β) e subniacutevel (1 2) proveacutem o eleacutetron que iraacute

ocupar essa lacuna Por exemplo a vacacircncia originada na camada K pode ser preenchida por

eleacutetrons de dois subniacuteveis da camada L o que origina as linhas espectrais Kα1 e Kα2 Se a

vacacircncia da camada K fosse ocupada por um eleacutetron da M teria-se o Kβ e assim por diante

[23]

Com isso os elementos em uma amostra podem ser identificados atraveacutes da medida

do comprimento de onda (ou energia) dessas radiaccedilotildees caracteriacutesticas e as concentraccedilotildees

mensuradas pela intensidade dessas radiaccedilotildees [2123]

Quando um feixe de raios x incide sobre um determinado material diversas formas

de interaccedilatildeo entre a radiaccedilatildeo e a mateacuteria podem ocorrer tais como o Efeito Auger e os

espalhamentos Rayleigh e Compton [20-23]

O processo de relaxaccedilatildeo natildeo-radiativa ou Efeito Auger ocorre quando o aacutetomo

excitado emite um eleacutetron (eleacutetron Auger) ao inveacutes do processo de fluorescecircncia (Figura 8)

Esses dois processos de relaxaccedilatildeo do sistema satildeo concorrentes e a predominacircncia de um ou de

outro depende do numero atocircmico O Efeito Auger prevalece em elementos com baixo

nuacutemero atocircmico (Zlt20) [21]

Figura 8 Efeito Auger [20]

O fenocircmeno de espalhamento de raios x eacute importante em espectroscopia pois eacute

responsaacutevel pela intensidade da radiaccedilatildeo de fundo (background) presente em uma

determinada medida Ele eacute a soma dos efeitos de dois fenocircmenos o espalhamento coerente

elaacutestico ou Rayleigh no qual os raios x primaacuterios satildeo defletidos sem perda de energia isto eacute

sem alteraccedilatildeo no comprimento de onda (λ) e o espalhamento incoerente inelaacutestico ou

Compton no qual foacutetons de raios x primaacuterio satildeo defletidos com perda de energia e com

ejeccedilatildeo de um fotoeleacutetron (Figura 9) [21]

Figura 9 Espalhamento Compton e Rayleigh [21]

35 Fluorescecircncia de Raios X - Instrumentaccedilatildeo

Na Figura 10 pode ser observado um esquema com os principais componentes do

espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X por Dispersatildeo de Comprimento de Onda

(WDXRF - Wavelength Dispersive X-ray Fluorescence) utilizado neste trabalho Suas

funccedilotildees seratildeo descritas em seguida [23]

Figura 10 Instrumentaccedilatildeo do Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X por Dispersatildeo de

Comprimento de Onda - S8 TIGER - BRUKER [23]

Tubo de Raios X

A radiaccedilatildeo incidente eacute produzida em um tubo de raios x consistindo em uma ampola

de vidro ou de metal sob alto vaacutecuo com um filamento de tungstecircnio em uma extremidade

denominado caacutetodo e um alvo de metal na outra extremidade denominado acircnodo

O filamento eacute aquecido por uma corrente eleacutetrica e emite eleacutetrons (emissatildeo

termiocircnica) Os eleacutetrons satildeo acelerados rumo a um acircnodo (alvo) empregando-se uma

diferenccedila de potencial (10-70 kV) Raios x primaacuterios satildeo produzidos quando esses eleacutetrons

com alta velocidade colidem com o material alvo Com o impacto a maior parte da energia

cineacutetica dos eleacutetrons eacute convertida em calor exigindo que o acircnodo seja resfriado de forma

eficiente Apenas uma pequena parte (02-05 dependendo do tipo do alvo) da energia

eletrocircnica eacute convertida em raios x uacuteteis

Essa radiaccedilatildeo consiste em um Contiacutenuo ou Bremsstrahlung e linhas de raios x

caracteriacutesticas do material alvo (aleacutem de linhas caracteriacutesticas de quaisquer contaminantes

presentes) Assim o espectro primaacuterio de um tubo de raios x convencional consiste em linhas

caracteriacutesticas do material do acircnodo (por exemplo Rh) superpostas a um contiacutenuo de

radiaccedilatildeo

Os tubos de raios x satildeo geralmente isolados atraveacutes de uma janela de beriacutelio pois

esse elemento apresenta baixa absorccedilatildeo de raios x e alta resistecircncia mecacircnica para suportar as

diferenccedilas de pressatildeo

Filtros do Feixe Primaacuterio

O espectro primaacuterio pode natildeo conter apenas as linhas do elemento-alvo mas tambeacutem

as linhas de impurezas como Fe Cr ou Cu presentes em vaacuterias partes do tubo Desta forma o

niacutevel de fundo (background) na posiccedilatildeo desses elementos no espectro pode ser elevado

Filtros de feixe primaacuterio satildeo utilizados para filtrar as linhas caracteriacutesticas do tubo se

o mesmo elemento estiver presente na amostra ou se houver sobreposiccedilatildeo por uma linha do

tubo em linhas de elementos da amostra No equipamento em que foram feitas as anaacutelises satildeo

utilizados (automaticamente) os filtros de Cu de 200 microm de espessura e o de Al de 500 microm de

espessura

Maacutescara

Delimita a aacuterea da amostra que seraacute irradiada

Selo de vaacutecuo (Vacuum seal )

Protege o sistema de detecccedilatildeo dos foacutetons de raios x de qualquer vazamento de

amostra

Goniocircmetro

Em equipamentos de dispersatildeo sequencial empregam-se uma ldquogeometria do feixe

paralelordquo ou uma ldquogeometria de cristal planardquo permitindo que os acircngulos do cristal e do

detector sejam selecionados por um aparelho chamado goniocircmetro

O goniocircmetro eacute uma estrutura de rotaccedilatildeo que permite que o cristal e o detector

possuam um movimento angular acoplado θ a 2θ entre eles

Colimador

Colima o feixe divergente de raios x emitido pela amostra Satildeo normalmente feitos

de uma seacuterie de lacircminas paralelas O comprimento e o espaccedilamento entre as lacircminas

determinam a divergecircncia angular admitida pelo colimador Essa divergecircncia angular

juntamente com o cristal determina a resoluccedilatildeo final do espectro

Pode-se melhorar a resoluccedilatildeo fechando o colimador para minimizar a divergecircncia

Poreacutem com isso a intensidade tambeacutem diminui Assim torna-se necessaacuterio um equiliacutebrio

entre a resoluccedilatildeo final (necessaacuteria para evitar sobreposiccedilotildees espectrais importantes) e a

sensibilidade (relacionada com a intensidade)

Cristal

Separa os vaacuterios comprimentos de onda emitidos pela amostra A lei de Bragg

(equaccedilatildeo 2) propotildee que se um plano cristalino tiver um espaccedilamento interplanar (d) refletindo

um comprimento de raios x (λ) essa onda difere em caminho percorrido por uma distacircncia

(2dsenθ) da onda refletida pelo plano adjacente Quando esse caminho percorrido difere por

um nuacutemero inteiro de comprimento de onda tem-se uma interferecircncia construtiva e os raios x

refletidos satildeo reforccedilados Caso contraacuterio tem-se uma interferecircncia destrutiva e os raios x

refletidos se anulam A equaccedilatildeo de Bragg (2)

119899120582 = 2119889119904119890119899120579 (Eq 2)

Onde

n = nuacutemero inteiro (1 2 3) chamado Ordem de Difraccedilatildeo

d = espaccedilamento interplanos no cristal utilizado

θ = acircngulo de Bragg ou acircngulo de difraccedilatildeo

λ = comprimento de onda da linha espectral

Dessa forma para um dado plano cristalino e uma dada ordem de difraccedilatildeo cada

comprimento de onda no espectro de XRF incidente eacute difratado em um uacutenico acircngulo O

comprimento de onda maacuteximo que o proacuteprio plano cristalino pode difratar eacute 2d (quando senθ

assume o valor maacuteximo de 1) Portanto eacute necessaacuterio um cristal ou um plano cristalino com

diferentes valores de 2d para cobrir diferentes intervalos de comprimento de onda em toda a

tabela perioacutedica No espectrocircmetro utilizado neste trabalho foram usados os seguintes cristais

XS-55 (multicamada de WSi) do C ateacute o Mg PET (Pentaeritriato) do Al ateacute o Ti e LiF 200

do K ateacute o U

Detector

Converte os foacutetons de raios x em pulsos de tensatildeo mensuraacuteveis Satildeo utilizados dois

detectores para cobrir todos os elementos do Be ao U Detector de fluxo proporcional

(preenchido com Ar) para elementos do Be ao Cr e o detector de cintilaccedilatildeo de NaI(Tl) para

elementos do Mn ao U

Detectores de fluxo proporcional

Satildeo detectores de radiaccedilatildeo que operam a partir da ionizaccedilatildeo de gases Satildeo

constituiacutedos por um conjunto de eletrodos e um gaacutes Quando o gaacutes eacute colocado entre dois

eletrodos aos quais eacute aplicada certa diferenccedila de potencial os caacutetions e eleacutetrons produzidos

pela passagem de radiaccedilatildeo seratildeo atraiacutedos pelos eletrodos de carga oposta e por eles seratildeo

coletados Na regiatildeo de verdadeira proporcionalidade (Equaccedilatildeo 3) a razatildeo entre a carga

coletada pelos eletrodos e a carga gerada pela ionizaccedilatildeo primaacuteria manteacutem-se constante para as

diferenccedilas de potencial (∆V) aplicadas e com um capacitor de capacitacircncia (C)

Quando a radiaccedilatildeo atravessa esse tipo de detector e produz pares iocircnicos (formados

por eleacutetrons e caacutetions do gaacutes) esses caacutetions (ionizaccedilatildeo primaacuteria) satildeo acelerados adquirindo

energia suficiente para produzir novos pares iocircnicos (ionizaccedilatildeo secundaacuteria) por colisatildeo com

moleacuteculas inicialmente neutras do gaacutes Assim haacute uma multiplicaccedilatildeo do nuacutemero de pares

original A carga coletada eacute igual agrave carga produzida pela radiaccedilatildeo (Q) multiplicada por um

fator (M) denominado ldquoganhordquo

∆119881 = (119872119876)

119862 (Eq 3)

Portanto o sinal produzido tem altura proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo incidente

Detectores de cintilaccedilatildeo

O cintilador eacute uma substacircncia soacutelida ou liacutequida na qual a energia de radiaccedilatildeo

incidente eacute transferida aos eleacutetrons do material sendo depois emitida na forma de radiaccedilatildeo

eletromagneacutetica de frequecircncia menor (visiacutevel ou ultravioleta)

O detector de cintilaccedilatildeo utilizado eacute constituiacutedo por um cristal de NaI(Tl) (iodeto de

soacutedio ativado com 1 de iodeto de taacutelio) no qual ocorre a emissatildeo de radiaccedilatildeo de frequecircncia

menor aleacutem de um fotomultiplicador onde essa radiaccedilatildeo luminosa eacute transformada em pulso

eleacutetrico e amplificada

O mecanismo de cintilaccedilatildeo nos cristais inorgacircnicos baseia-se na propriedade dos

semicondutores terem banda de valecircncia e banda de conduccedilatildeo Na banda de valecircncia os

eleacutetrons estatildeo essencialmente ligados aos siacutetios do cristal Jaacute na banda de conduccedilatildeo os

eleacutetrons tecircm energia suficiente para migrar atraveacutes do cristal No cristal puro natildeo satildeo

encontrados eleacutetrons na banda proibida

Ao incidir uma radiaccedilatildeo no cristal pode ocorrer excitaccedilatildeo de eleacutetrons ateacute a banda de

conduccedilatildeo deixando lacunas na banda de valecircncia (normalmente preenchida)

No cristal puro a energia necessaacuteria para formar um par eleacutetronlacuna eacute

aproximadamente a mesma liberada quando esse par se recombina Assim os espectros de

absorccedilatildeo e emissatildeo superpotildeem-se ocorrendo autoabsorccedilatildeo da radiaccedilatildeo luminosa produzida

Se o cristal for ativado a emissatildeo pode ocorrer via um siacutetio do ativador para o qual a energia

de transiccedilatildeo eacute menor do que a necessaacuteria para a criaccedilatildeo do par eleacutetronlacuna Desse modo o

espectro emitido eacute deslocado para comprimentos de onda maiores e natildeo causa nova absorccedilatildeo

No tubo fotomultiplicador converte-se a radiaccedilatildeo de baixa intensidade produzida no

cintilador em um sinal eleacutetrico uacutetil agrave detecccedilatildeo e contagem de radiaccedilatildeo

Analisador de altura de pulso (PHA)

A energia do foacuteton incidente de raios x determina o tamanho do pulso de tensatildeo

produzido pelo detector O analisador de altura de pulso faz uso dessa propriedade a fim de

selecionar apenas um intervalo estreito de pulsos de voltagem rejeitando todos os pulsos com

intensidades fora do intervalo escolhido

Ao final utiliza-se o meacutetodo de integraccedilatildeo dos recebidos em um integrador

eletrocircnico Se N representa o nuacutemero de contagens em um tempo de integraccedilatildeo t segundos

entatildeo a taxa de contagem eacute Nt contagens por segundo (cps)

36 Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford - Teoria

A teacutecnica de RBS consiste em incidir partiacuteculas monoenergeacuteticas de um feixe de iacuteons

(geralmente iacuteons He+) de alta energia em um alvo estacionaacuterio Ao colidirem com os aacutetomos

do alvo as partiacuteculas satildeo elasticamente espalhadas no campo eleacutetrico do nuacutecleo do aacutetomo e

chegam a um detector por um acircngulo de retroespalhamento Na Figura 11 apresenta-se um

esquema de espalhamento elaacutestico [25-27]

Figura 11 Espalhamento elaacutestico em acircngulo de retroespalhamento de um iacuteon de massa M1

por um aacutetomo de massa M2 com M2gtM1 [25]

O detector ao receber as partiacuteculas espalhadas produz um pulso ou sinal que eacute entatildeo

processado por um analisador multicanal e classificado conforme a amplitude que

corresponde a uma escala em energia Como resultado as informaccedilotildees sobre a composiccedilatildeo

elementar do aacutetomo alvo satildeo obtidas a partir de um espectro de contagens em funccedilatildeo da

energia das partiacuteculas retroespalhadas detectadas [25]

O fator cinemaacutetico (K) eacute responsaacutevel pela anaacutelise elementar qualitativa Essa

grandeza depende da razatildeo entre as energias das partiacuteculas incidentes antes (E0) e depois (E)

do espalhamento (Equaccedilatildeo 4)

119870 = 119864

1198640 (Eq 4)

Considerando as conservaccedilotildees de energia e do momentum na colisatildeo elaacutestica obteacutem-

se a relaccedilatildeo entre o fator cinemaacutetico (K) a massa atocircmica da partiacutecula incidente (M1) a massa

atocircmica do aacutetomo alvo (M2) e o acircngulo de espalhamento (θ) (Eq 5)

119870 = [1198721 119888119900119904120579+ (1198722

2minus 11987212 1199041198901198992120579)

12

1198721+ 1198722]

2

(Eq 5)

Os valores de M1 θ e E0 satildeo preacute-fixados conhecendo E determina-se K e por

conseguinte determina-se M2

A Figura 12 apresenta um esquema do espectro de RBS de um filme fino de

composiccedilatildeo geneacuterica AB onde a massa de A eacute maior do que a massa de B depositado em um

substrato C ainda mais leve

Figura 12 Esquema de um espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford de

um filme fino AB sobre um substrato C ainda mais leve [27]

A resoluccedilatildeo em massa da teacutecnica eacute a diferenccedila miacutenima de massa entre dois aacutetomos-

alvo para que sinais resolvidos possam ser observados no espectro A discriminaccedilatildeo em massa

eacute maacutexima para θ = 180deg razatildeo pela qual satildeo utilizados acircngulos elevados experimentalmente

Pode-se melhorar a resoluccedilatildeo em massa na RBS aumentando a energia e a massa dos aacutetomos

incidentes e melhorando a resoluccedilatildeo do sistema de detecccedilatildeo com o cuidado para natildeo degradar

os detectores [25]

Outra grandeza importante em RBS eacute a seccedilatildeo de choque de espalhamento (σ) que eacute

uma medida da probabilidade de ocorrer o espalhamento e que atribui o caraacuteter quantitativo agrave

teacutecnica [25] Considerando um nuacutemero de partiacuteculas espalhadas (H) sobre um detector tem-se

a Equaccedilatildeo 6

119867 = 119876119873119905 ⟨119889120590

119889120570⟩Ω (Eq 6)

Onde

Q = nuacutemero de partiacuteculas que atinge a amostra

N = densidade volumeacutetrica dos aacutetomos alvo

t = espessura do alvo

⟨119889120590

119889120570⟩ = seccedilatildeo de choque meacutedia de espalhamento

Ω = acircngulo soacutelido do detector em relaccedilatildeo ao feixe

Para acircngulos pequenos tem-se ⟨119889120590

119889120570⟩ = (

119889120590

119889120570)120579

= σ (Eq 7)

Logo 119867 = 119876119873119905120590120570 (Eq 8)

Na Equaccedilatildeo 8 conhecendo o nuacutemero de partiacuteculas que atinge o alvo Q e o detector

H pode-se determinar o numero de aacutetomos por unidade de aacuterea da amostra (Nt) desde que se

conheccedila o acircngulo soacutelido de detecccedilatildeo Ω e a seccedilatildeo de choque de espalhamento (σ) Para uma

colisatildeo elaacutestica entre dois aacutetomos com nuacutemeros atocircmicos Z1 e Z2 (do aacutetomo incidente e do

aacutetomo alvo respectivamente) em que a forccedila de interaccedilatildeo eacute a repulsatildeo eletrostaacutetica dos

nuacutecleos a seccedilatildeo de choque de espalhamento diferencial (por unidade de acircngulo soacutelido) eacute dada

pela Foacutermula de Rutherford (Equaccedilatildeo 9)

119889120590

119889120570= (

119885111988521198902

4119864)2

4

1199041198901198994120579

[1minus ((

11987211198722) 119904119890119899120579)

2

]

12

+cos120579

[1minus ((11987211198722)119904119890119899 120579)

2

]

12

2

(Eq 9)

Em siacutentese a razatildeo entre as concentraccedilotildees relativas dos elementos A e B na

superfiacutecie de uma amostra 119873119860119860119861(119909)

119873119861119860119861(119909)

pode ser calculada com o auxiacutelio de um programa

computacional ou atraveacutes da medida de altura dos degraus obtidos no espectro sendo

calculadas com as Equaccedilotildees 10 e 11

(119889120590

119889120570)119861

(119889120590

119889120570)119860

= Ji (Eq 10)

119873119860119860119861(119909)

119873119861119860119861(119909)

= 119867119860119860119861

119867119861119860119861 119869119894 (Eq 11)

37 Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford - Instrumentaccedilatildeo

Na Figura 13 pode ser observado um esquema com os principais componentes da

instrumentaccedilatildeo utilizada em anaacutelises por RBS que seratildeo descritos em seguida de acordo com

o equipamento utilizado para a realizaccedilatildeo deste trabalho e com informaccedilotildees obtidas na

referecircncia [25]

Figura 13 Esquema dos componentes presentes na instrumentaccedilatildeo utilizada em anaacutelises por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford Fonte Adaptado de [25]

O Laboratoacuterio de Implantaccedilatildeo Iocircnica da Universidade Federal do Rio Grande do Sul

possui um acelerador Tandetron equipado com fontes de iacuteons dos tipos sputtering e de

plasma com tecnologia ldquotandemrdquo com 3MV de tensatildeo maacutexima no terminal e cinco estaccedilotildees

experimentais de linhas distintas incluindo a de RBS

Fonte de iacuteons

Fonte de Plasma um gaacutes ou um vapor eacute ionizado por meio de campos

eletromagneacuteticos na faixa de radiofrequecircncia ou ao ser atravessado por corrente eleacutetrica

Fonte de ldquoSputteringrdquo os iacuteons satildeo produzidos por transferecircncia de momentum

quando da colisatildeo de um feixe primaacuterio (geralmente Cs+) com um alvo soacutelido

Aceleradores ldquotandemrdquo

Neste tipo de acelerador iacuteons positivos deixam a fonte passam por uma troca de

carga (com vapor de Liacutetio ou outro elemento eletropositivo) e satildeo conduzidos com carga

negativa ao tubo acelerador onde satildeo atraiacutedos por um terminal positivo No caso dos iacuteons

produzidos serem originalmente negativos a troca de carga eacute suprimida Junto ao terminal

positivo passam por uma seccedilatildeo contendo um gaacutes ou vapor (N2 no presente caso) ou por uma

folha muito fina de carbono para que os iacuteons emergentes tenham perdido os eleacutetrons Com

carga positiva satildeo novamente acelerados agora por repulsatildeo do terminal Diferenccedilas de

potencial da ordem de vaacuterios milhotildees de volts satildeo obtidas utilizando circuitos multiplicadores

de voltagem que multiplicam e retificam a tensatildeo produzida por um transformador Seguindo

o tubo acelerador geralmente encontra-se um segundo eletroiacutematilde que permite direcionar o

feixe de iacuteons para uma das estaccedilotildees experimentais de acordo com as espeacutecies a serem

detectadas (no presente caso partiacuteculas retroespalhadas)

Detectores de estado soacutelido com junccedilotildees p-n obtidas por implantaccedilatildeo iocircnica

A junccedilatildeo p-n sob polarizaccedilatildeo reversa permite a coleta de cargas geradas na

produccedilatildeo de pares eleacutetron-lacuna Esse fenocircmeno ocorre quando um iacuteon atravessa um

semicondutor excitando eleacutetrons da banda de valecircncia para a banda de conduccedilatildeo que entatildeo

satildeo coletados no acircnodo Dessa forma o nuacutemero de eleacutetrons coletados no acircnodo eacute proporcional

ao nuacutemero de pares de eleacutetron-lacuna produzidos o qual eacute proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo

incidente desde que o iacuteon seja totalmente freado dentro do volume ativo do detector

Analisador multicanal (MCA) no modo de anaacutelise de intensidade de pulso

O MCA consta de uma sequecircncia de registradores onde cada pulso de entrada uma

vez digitalizado por um conversor analoacutegico-digital (ADC) eacute analisado com relaccedilatildeo a sua

amplitude (modo PHA) sob o controle de um discriminador Na sequecircncia o canal de

memoacuteria correspondente tem seu conteuacutedo incrementado em uma unidade Com isso

acumulam-se em um canal especiacutefico todos os pulsos de entrada de um pequeno intervalo de

amplitudes ou energias dos iacuteons incidentes Ao final com a soma dos pulsos recebidos em

cada canal obteacutem-se um histograma do nuacutemero de pulsos em funccedilatildeo de suas amplitudes ou

energias dos iacuteons incidentes

40 METODOLOGIA

41 Amostragem

Amostras de cabelo de 16 pessoas foram coletadas Os doadores foram entrevistados

seguindo o questionaacuterio disponiacutevel no ANEXO I e selecionados de acordo com os seguintes

criteacuterios possuiacuterem cabelos virgens (cabelos sem nenhum tipo de tratamento quiacutemico como

coloraccedilotildees tinturas alisantes entre outros) estarem saudaacuteveis serem natildeo fumantes e viverem

na Regiatildeo Metropolitana do Rio de Janeiro As amostras foram divididas em dois grupos de

oito o primeiro de pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo subterracircneo e o segundo com pessoas

que ingerem a aacutegua tratada e distribuiacuteda pela CEDAE

Foram analisadas amostras de cabelo de duas pessoas que consumiam a aacutegua do

mesmo poccedilo isto eacute duas amostras de cada residecircncia totalizando 4 poccedilos diferentes (a b c

d) na localidade Chaacutecaras Arcampo em Duque de Caxias ndash RJ (Figura 14)

Figura 14 Mapa com os pontos de coleta de amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua

de poccedilo em destaque a localizaccedilatildeo das residecircncias com os poccedilos

Fonte Google Earth Acesso em 30072015

As amostras foram coletadas na regiatildeo occipital da cabeccedila (nuca) como visto na

Figura 15 com o auxiacutelio de uma tesoura de accedilo inoxidaacutevel devidamente limpa com etanol

Essa regiatildeo eacute definida como padratildeo por ser menos suscetiacutevel a contaminaccedilatildeo exoacutegena e

tambeacutem por sempre existir cabelo em indiviacuteduos semicalvos [14] Em seguida as amostras

foram catalogadas e armazenadas em sacos plaacutesticos [5] Informaccedilotildees adicionais sobre o sexo

e a idade dos doadores e o tipo e cor das amostras de cabelo coletadas disponiacuteveis no ANEXO

II

Figura 15 Coleta de amostra de cabelo na regiatildeo occipital da cabeccedila

42 Lavagem das Amostras de Cabelo

Todas as amostras foram submetidas a uma sequecircncia de etapas de lavagem de 10

minutos cada utilizando acetona e aacutegua deionizada (Figura 16) Em seguida foram colocadas

para secar agrave temperatura ambiente de acordo com o procedimento recomendado pela Agecircncia

Internacional de Energia Atocircmica (IAEA) [5]

Figura 16 Lavagem das amostras de cabelo

As amostras analisadas por XRF foram colocadas diretamente no suporte do

equipamento Os fios foram colocados de maneira a se obter a superfiacutecie do porta-amostra

totalmente coberta pelo cabelo a qual em seguida foi coberta por um filme (Ultralenereg 4

microm de espessura) (Figura 17) Para a anaacutelise com o RBS o cabelo foi aderido ao suporte do

porta-amostra com o auxiacutelio de uma fita dupla face de carbono puro (Figura 18)

Figura 17 Amostra de cabelo em porta-amostra do equipamento de Fluorescecircncia de

Raios X

Figura 18 Amostra de cabelo no porta-amostra do equipamento de Espectrometria de

Retroespalhamento Rutherford

43 Paracircmetros Instrumentais

Anaacutelises semiquantitativas de XRF dos elementos presentes no cabelo foram

realizadas no Laboratoacuterio de Impacto de Foacutetons e Eleacutetrons (LIFE) na Universidade Federal do

Rio de Janeiro (UFRJ) Utilizou-se o Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios-X S8 TIGER

ndash BRUKER (Figura 19) na faixa de energia de 05 a 56 keV acircnodo de Rh trabalhando com 1

kW de potecircncia com uma janela de Be de 76 microm atraveacutes do software Quant-Express no

meacutetodo Best Detection O tempo de aquisiccedilatildeo para cada amostra foi de aproximadamente 20

minutos

Os dados por RBS foram realizados no Laboratoacuterio de Implantaccedilatildeo Iocircnica na

Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) Utilizou-se um acelerador de iacuteons

Tandetron - HVEE 3 MV (Figura 20) usando 2000 keV de iacuteons He+ incidentes e detecccedilatildeo de

partiacuteculas retroespalhadas a 165deg

Figura 19 Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X - S8 TIGER - BRUKER

Figura 20 Acelerador de iacuteons Tandetron - HVEE 3 MV onde foi feita a anaacutelise por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford

50 RESULTADOS E DISCUSSOtildeES

51 Anaacutelise por XRF

O espectro completo de XRF da amostra 2 referente ao cabelo de uma pessoa que

ingere aacutegua de poccedilo eacute mostrado na Figura 21 conforme obtido diretamente do equipamento

Eacute possiacutevel identificar as linhas de excitaccedilatildeo do Rh e as linhas de espalhamento Compton e

Rayleigh Os espectros ampliados somente na regiatildeo de interesse com as linhas de

fluorescecircncia Kα e Kβ atribuiacutedas agrave maioria dos elementos (exceto para o chumbo em que se

detectam as linhas Lα e Lβ) e sem as linhas de Rh de todas as amostras analisadas encontram-

se nos ANEXOS III e IV Os elementos analisados e a energia de suas linhas de emissatildeo de

fluorescecircncia Kα e Kβ satildeo apresentados na Tabela 4

Figura 21 Espectro de Fluorescecircncia de Raios X completo da amostra 2

Tabela 4 Energia em keV das principais linhas de emissatildeo de raios x dos elementos

analisados Adaptado de [26]

Os elementos observados e as concentraccedilotildees semiquantitativas das amostras de

cabelo das pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo e das amostras de cabelo das pessoas que

ingerem aacutegua distribuiacuteda pela CEDAE satildeo apresentados respectivamente nas Tabelas 5 e 6

Kα Kβ

Al 1487 1557

Si 1740 1836

P 2014 2139

S 2308 2464

Cl 2622 2816

Ca 3692 4013

Mn 5899 6490

Fe 6404 7058

Cu 8048 8905

Zn 8639 9572

Pb (Linhas Lα e Lβ) 10552 12614

Elementos

Analisados

Energia (keV) das Linhas de

Emissatildeo de Raios X

Tabela 5 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (1 a 8) que

ingerem aacutegua de poccedilo As concentraccedilotildees dos elementos foram normalizadas de modo que a

soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da matriz orgacircnica em conjunto

seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo ldquoa b c drdquo correlacionam a amostra

de cabelo com o poccedilo do qual o indiviacuteduo ingere aacutegua

1 2 3 4 5 6 7 8

Al 002 003 003 34 ppm natildeo det 006 natildeo det 001

Si 001 54 ppm 006 46 ppm 005 002 002 54 ppm

P 003 003 54 ppm 002 001 46 ppm natildeo det 004

S 117 071 115 118 166 135 151 098

Cl 003 65 ppm 002 002 natildeo det 003 natildeo det 61 ppm

Ca 003 003 80 ppm 002 004 002 008 008

Mn 73 ppm 78 ppm 58 ppm 10 ppm natildeo det 91 ppm natildeo det 54 ppm

Fe 001 001 92 ppm 29 ppm 38 ppm 001 27 ppm 83 ppm

Cu 44 ppm 41 ppm 46 ppm 31 ppm natildeo det 44 ppm 37 ppm 36 ppm

Zn 77 ppm 002 91 ppm 82 ppm 41 ppm 92 ppm 40 ppm 98 ppm

Pb 10 ppm 9 ppm 12 ppm 10 ppm natildeo det 10 ppm natildeo det 9 ppm

a b c d

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Elementos

Tabela 6 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (9 a 16)

que ingerem aacutegua tratada e distribuiacuteda pela CEDAE As concentraccedilotildees dos elementos foram

normalizadas de modo que a soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da

matriz orgacircnica em conjunto seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo

9 10 11 12 13 14 15 16

Al 001 36 ppm natildeo det 002 61 ppm 90 ppm 002 natildeo det

Si natildeo det 35 ppm natildeo det 40 ppm 79 ppm 60 ppm natildeo det natildeo det

P 003 34 ppm 003 002 natildeo det 46 ppm natildeo det 41 ppm

S 111 106 116 152 136 145 155 128

Cl 52 ppm 001 002 003 004 005 014 009

Ca 006 004 002 002 001 001 001 001

Mn 51 ppm 9 ppm 32 ppm natildeo det 24 ppm 57 ppm natildeo det 30 ppm

Fe 82 ppm 30 ppm 57 ppm 56 ppm 59 ppm 90 ppm 52 ppm 54 ppm

Cu 31 ppm 51 ppm 28 ppm 27 ppm 31 ppm 44 ppm 14 ppm 29 ppm

Zn 001 001 92 ppm 86 ppm 001 001 42 ppm 001

Pb natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det

Elementos

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

Na anaacutelise semiquantitativa por XRF pode-se verificar a presenccedila de elevadas

concentraccedilotildees de enxofre o que jaacute era esperado visto que este elemento faz parte da estrutura

da cisteiacutena o aminoaacutecido em maior quantidade na composiccedilatildeo do cabelo

Os elementos Ca Zn e Fe foram detectados em todas as amostras dos dois grupos O

Ca aparece na maior parte das amostras em concentraccedilotildees da ordem de enquanto que o Zn

e o Fe da ordem de ppm Os elementos Al P Mn Cl Si e Cu aparecem na maioria das

amostras em ambos os grupos No entanto o Pb foi observado em concentraccedilotildees da ordem de

ppm somente em amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo

Para as amostras 5 7 e 15 utilizou-se um porta amostra com maacutescara de 8 mm de

diacircmetro ao inveacutes da maacutescara de 34 mm utilizada para as outras amostras devido a pouca

quantidade de cabelo coletado Agrave vantagem de poder utilizar menos amostra com a maacutescara

de 8 mm contrapotildee-se um aumento do ruiacutedo de fundo e a consequente perda da sensibilidade

na anaacutelise Tal fato pode provavelmente justificar a quantidade menor de elementos

observados nessas amostras em comparaccedilatildeo com as demais incluindo a ausecircncia do elemento

chumbo nas amostras 5 e 7 jaacute que o mesmo aparece nas amostras 6 e 8 das pessoas que

bebem a mesma aacutegua dos poccedilos c e d respectivamente

52 Anaacutelise por RBS

Apresenta-se na Figura 22 o espectro de RBS da amostra 2 adquirido durante 8

horas de anaacutelise e apoacutes tratamento dos dados atraveacutes do programa computacional OriginPro 8

Duas ampliaccedilotildees (I e II) nas regiotildees de mais alta energia satildeo apresentadas nas Figuras 23 e

24 Observou-se a presenccedila dos elementos C N O Si S Cl Ti Cu Zn e Pb

As energias dos iacuteons He+ retroespalhados a partir da interaccedilatildeo com os nuacutecleos de Pb

e Hg satildeo muito proacuteximas tornando difiacutecil a resoluccedilatildeo dos sinais No entanto o Hg natildeo foi

observado em nenhuma das amostras por XRF enquanto o Pb pode ser detectado claramente

Conclui-se portanto que o degrau no espectro eacute correspondente ao Pb

Utilizando-se o caacutelculo da seccedilatildeo de choque de espalhamento Rutherford foi possiacutevel

obter uma anaacutelise quantitativa relativa da amostra 2 Para isso foi escolhido o enxofre como

elemento padratildeo devido ao fato do S estar presente em todas as amostras de cabelo e ser

facilmente detectaacutevel por ambas as teacutecnicas Para cada aacutetomo de S na amostra de cabelo as

seguintes proporccedilotildees atocircmicas foram obtidas 115 x 102 C 274 x 10

1 N 157 x 10

1 O 479 x

10-1

Si 641 x 10-1

Cl 454 x 10-2

Ti 162 x 10-2

Cu 265 x 10-2

Zn e 504 x 10-4

Pb

Figura 22 Espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da amostra 2

(grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 23 Ampliaccedilatildeo I do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 24 Ampliaccedilatildeo II do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

60 CONCLUSOtildeES

As teacutecnicas de XRF e RBS mostraram-se eficientes e complementares na

determinaccedilatildeo de vaacuterios elementos presentes em amostras de cabelo humano Atraveacutes das duas

teacutecnicas foi possiacutevel detectar de forma semiquantitativa a presenccedila de elementos desde o Al

ateacute o Pb Por RBS tambeacutem foram detectados elementos mais leves como C N e O A

utilizaccedilatildeo conjunta das duas teacutecnicas permitiu a identificaccedilatildeo inequiacutevoca de Pb no espectro de

RBS

Eacute evidente que as concentraccedilotildees dos elementos nas amostras de cabelo dependem de

diversos fatores tais como o tipo de alimentaccedilatildeo idade sexo ambiente em que o indiviacuteduo

vive e podem ser provenientes de meios exoacutegenos e endoacutegenos Entretanto considerando o

natildeo aparecimento do Pb em nenhuma das amostras de cabelo das pessoas que ingerem aacutegua

distribuiacuteda pela CEDAE aleacutem das anaacutelises preacutevias da aacutegua dos poccedilos da aacuterea em estudo eacute

possiacutevel afirmar que existe uma elevada possibilidade da aacutegua de poccedilo estaacute atuando como

uma fonte de contaminaccedilatildeo de Pb para as pessoas Como o Pb eacute um elemento toacutexico com

propriedade de bioacumulaccedilatildeo sua presenccedila pode gerar danos irreversiacuteveis aos organismos

vivos

70 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS

Como sugestotildees deste estudo podemos indicar

Realizar uma anaacutelise quantitativa de um nuacutemero mais amplo de amostras

Efetuar uma comparaccedilatildeo com materiais de referecircncia certificados a fim de

determinar com um grau de confiabilidade mais elevado se as quantidades de

chumbo detectadas nas amostras de cabelo estatildeo acima do intervalo de valores

considerados aceitaacuteveis

80 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

[1] POZEBON D DRESSLER V L CURTIUS A J Anaacutelise de cabelo uma revisatildeo

dos procedimentos para a determinaccedilatildeo de elementos traccedilo e aplicaccedilotildees Quiacutem Nova

1999 22 (6) 838-846

[2] FRAZAtildeO S V Estudo da determinaccedilatildeo de elementos traccedilo em cabelos humanos

pelo meacutetodo de anaacutelise por ativaccedilatildeo de necircutrons Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Ciecircncias na

Aacuterea de Tecnologia Nuclear ndash Aplicaccedilotildees Instituto de Pesquisas Energeacuteticas e Nucleares ndash

Universidade de Satildeo Paulo - USP Satildeo Paulo 2008

[3] CARNEIRO M T W D SILVEIRA C L P MIEKELEY N FORTES L M C

Reference intervals for minor and trace elements in human hair for the population of

Rio de Janeiro city Brazil Quiacutem Nova 2002 25 (1) 37-45

[4] KEMPSON I M SKINNER W M KIRKBRIDE K P The ocurrence and

incorporation of copper and zinc in hair and their potential role as bioindicators a

review Journal of Toxicology and Environmental Health 2007 B 10 611-622

[5] CORTES-TORO E DE GOEIJ J J M BASCO J CHENG Y KINOVA L

MATSUBARA J NIESE S SATP T WESENBERG G R MURAMATSU Y PARR

R M The significance of hair mineral analysis as a means for assessing internal body

burdens of environmental pollutants results from an IAEA co-ordinated research

programme Journal of Radionalytical and Nuclear Chemistry 1993 167 (2) 413-421

[6] CLAYTON E WOOLER K K Sample preparation and system calibration for

Proton-Induced X-ray Emission analysis of hair from occupationally exposed workers

Anal Chem198557 1075-1079

[7] MIEKELEY N CARNEIRO M T W D SILVEIRA C L P How reliable are

human hair reference intervals for trace elements The Science of the Total Environment

1998 218 9-17

[8] MIEKELEY N FORTES L M C SILVEIRA C L P LIMA M B Elemental

anomalies in hair as indicators of endocrinologic pathologies and deficiencies in calcium

and bone metabolism Journal of Trace Elements in Medicine and Biology 2001 15 46-55

[9] TORIBARA T Y JACKSON D A FRENCH W R THOMPSON A C

JACKLEVIC J M Nondestructive X-Ray Fluorescence Spectrometry for determination

of trace elements along a single strand of hair Anal Chem 1982 54 1844-1849

[10] KHUDER A BAKIR M A HASAN R MOHAMMAD A Determination of

nickel cuper zinc and lead in human scalp hair in Syrian occupationally exposed

workers by total reflection X-Ray Fluorescence Environ Monit Assess 2008 143 67-74

[11] BARANOWSKA I BARCHANSKI L BAK M SMOLEC B MZYK Z X-Ray

Fluorescence Spectrometry in multielemental analysis of hair and teeth Polish Journal of

Environmental Studies 2004 13 (6) 639-646

[12] WATT F LANDSBERG J P Nuclear microscopy biomedical applications

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research 1993 B 77 249-260

[13] PAIXAtildeO P V GOMES L M B Anaacutelise de aacutegua de poccedilos subterracircneos na

localidade Chaacutecaras Arcampo em Duque de Caxias ndash RJ Relatoacuterio Final de Estaacutegio

Iniciaccedilatildeo Cientiacutefica Instituto de Quiacutemica ndash Universidade Federal do Rio de Janeiro ndash UFRJ

Rio de Janeiro 2012

[14] ANUNCIACcedilAtildeO D L R Anaacutelise de elementos maiores menores e traccedilo em

amostras de cabelo aplicado a triagem populacional com elevada incidecircncia de cacircncer

Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Quiacutemica Instituto de Quiacutemica ndash Universidade de Brasiacutelia

Brasiacutelia ndash Distrito Federal 2008

[15] TEGON E C Caracterizaccedilatildeo Quiacutemica do Enxofre e do Caacutelcio presentes em

amostras de cabelos empregando as teacutecnicas XRF e NEXAFS Projeto de Final de Curso

em Quiacutemica com Atribuiccedilotildees Tecnoloacutegicas Instituto de Quiacutemica ndash Universidade Federal do

Rio de Janeiro Rio de Janeiro 2013

[16] Dossiecirc os minerais na alimentaccedilatildeo Food Ingredients Brasil 2008 ndeg 4 48-65

Disponiacutevel em lt wwwrevista-ficommaterias52pdfgt Acesso em 30 de julho de 2015

[17] CEDAE Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos Disponiacutevel em

ltwwwcedaecombrgt Acesso em 30 de julho de 2015

[18] IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatiacutestica Censo Brasileiro de 2010 Rio de

Janeiro 2010 Disponiacutevel em ltwwwcenso2010ibgegovbrgt Acesso em 30 de julho de

2015

[19] RESENDE D ALENCAR E ALMEIDA R BERTA R Principal reservatoacuterio do

Paraiacuteba do Sul Paraibuna chega ao volume morto pela primeira vez Jornal O Globo 22

de janeiro de 2015 Disponiacutevel em httpogloboglobocomrioprincipal-reservatorio-do-

paraiba-do-sul-paraibuna-chega-ao-volume-morto-pela-primeira-vez-gt Acesso em 30 de

julho de 2015

[20] Fundamentos teoacutericos da teacutecnica de anaacutelise espectromeacutetrica por fluorescecircncia de

raios-x PUC-Rio ndash Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em

lthttpwwwmaxwellvracpuc-riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 30 de julho de 2015

[21] TASCH P DAMIANI F OLIVEIRA L C M IE - 607A Teacutecnicas de anaacutelise e

caracterizaccedilatildeo de materiais Universidade Estadual de Campinas ndash UNICAMP Campinas

2000

[22] FILHO V F N Teacutecnicas analiacuteticas nucleares de Fluorescecircncia de Raios ndashX por

Dispersatildeo de Enerdia (ED-XRF) e por Reflexatildeo Total (TXRF) Departamento de Ciecircncias

Exatas ESALQ Laboratoacuterio de Instrumentaccedilatildeo Nuclear CENA Universidade de Satildeo Paulo

ndash USP Satildeo Paulo 1999

[23] PERDONAacute C R Introduccedilatildeo a espectrometria de Fluorescecircncia de Raios-X Manual

Teacutecnico ndash BRUKER 2014

[24] O espectrocircmetro de fluorescecircncia de raios-x Thermo ARL 9900 PUC-Rio ndash

Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em lthttpwwwmaxwellvracpuc-

riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 08 de agosto de 2015

[25] KRUG C Superfiacutecies porosas recobertas com metalocenos anaacutelise multivariada

envolvendo caracterizaccedilatildeo com feixe de iacuteons Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Fiacutesica Instituto

de Fiacutesica Universidade Federal do Rio Grande do Sul ndash UFRGS Porto Alegre 2000

[26] TABACNIKS M H Anaacutelise de filmes finos por PIXE e RBS Instituto de Fiacutesica da

Universidade de Satildeo Paulo Disponiacutevel em ltwww2ifuspbr~lamfipixeamprbspdfgt Acesso

em julho de 2015

[27] ALMEIDA C R Efeito de tratamentos teacutermico e quiacutemico de aerogeacuteis de oacutexido de

estanho Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Engenharia Eleacutetrica Universidade Federal de Santa

Catarina Florianoacutepolis 2013

[28] ATTWOOD D T HENKE B L et al X-Ray Data Booklet Lawrence Berkeley

Laboratory University of California Berkeley California 1986

ANEXO I

MODELO DO QUESTIONAacuteRIO PREENCHIDO ANTES DA COLETA DAS AMOSTRAS

DE CABELO

Coacutedigo da amostra

Nome

Idade (anos)

Endereccedilo

Fuma Sim ( ) Natildeo ( )

Ingere aacutegua de que tipo (poccedilo CEDAE) Poccedilo ( ) CEDAE ( )

Fez algum tipo de tratamento quiacutemico no cabelo

(coloraccedilatildeo alisamento etc)Sim ( ) Natildeo ( )

Qual Quando foi a uacuteltima vez

Esteve bem de sauacutede nos uacuteltimos 6 meses Sim ( ) Natildeo ( )

Data da coleta

Responsaacutevel pela coleta

COLETA DE AMOSTRA DE CABELO

ANEXO II

INFORMACcedilOtildeES ADICIONAIS SOBRE OS DOADORES E AS AMOSTRAS DE

CABELO COLETADAS

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

1 Feminino 62 Cacheado Castanho Escuro

2 Feminino 27 Cacheado Castanho Escuro

3 Feminino 17 Liso Castanho Escuro

4 Feminino 10 Cacheado Castanho Escuro

5 Feminino 58 Liso Castanho Escuro

6 Feminino 7 Cacheado Castanho Escuro

7 Masculino 17 Liso Castanho Claro

8 Feminino 39 Liso Castanho Escuro

Pessoas que Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

9 Feminino 41 Cacheado Castanho Escuro

10 Feminino 17 Ondulado Castanho Claro

11 Masculino 1 Cacheado Castanho Escuro

12 Feminino 11 Liso Castanho Escuro

13 Masculino 21 Liso Castanho Escuro

14 Masculino 42 Cacheado Preto

15 Masculino 6 Liso Preto

16 Masculino 14 Liso Preto

Pessoas que Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

ANEXO III

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DE POCcedilO (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 1

Amostra 2

Amostra 3

Amostra 4

Amostra 5

Amostra 6

Amostra 7

Amostra 8

ANEXO IV

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DISTRIBUIacuteDA PELA CEDAE (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 9

Amostra 10

Amostra 11

Amostra 12

Amostra 13

Amostra 14

Amostra 15

Amostra 16

Page 2: Dissertação Priscilla Velasco da Paixão

DETERMINACcedilAtildeO DE ELEMENTOS TRACcedilOS EM AMOSTRAS DE CABELO

UTILIZANDO AS TEacuteCNICAS DE FLUORESCEcircNCIA DE RAIOS X (XRF) E

ESPECTROMETRIA DE RETROESPALHAMENTO RUTHERFORD (RBS)

PRISCILLA VELASCO DA PAIXAtildeO

Dissertaccedilatildeo de mestrado apresentada ao

Programa de Poacutes-Graduaccedilatildeo em Quiacutemica

Instituto de Quiacutemica Universidade Federal do

Rio de Janeiro - UFRJ como parte dos

requisitos necessaacuterios para a obtenccedilatildeo do Grau

de Mestre em Ciecircncias

Orientador Prof Dr Gerardo Gerson Bezerra de Souza

Rio de Janeiro

Agosto2015

DETERMINACcedilAtildeO DE ELEMENTOS TRACcedilOS EM AMOSTRAS DE CABELO

UTILIZANDO AS TEacuteCNICAS DE FLUORESCEcircNCIA DE RAIOS X (XRF) E

ESPECTROMETRIA DE RETROESPALHAMENTO RUTHERFORD (RBS)

PRISCILLA VELASCO DA PAIXAtildeO

Rio de Janeiro 27 de agosto de 2015

Dissertaccedilatildeo de mestrado apresentada ao Programa de Poacutes-Graduaccedilatildeo em Quiacutemica

Instituto de Quiacutemica Universidade Federal do Rio de Janeiro - UFRJ como parte dos

requisitos necessaacuterios para a obtenccedilatildeo do grau de Mestre em Ciecircncias

Aprovada por

___________________________________________________________________________

Presidente - Orientador Prof Dr Gerardo Gerson Bezerra de Souza (IQUFRJ)

___________________________________________________________________________

Prof Dr Caacutessia Curan Turci (IQUFRJ)

___________________________________________________________________________

Prof Dr Enio Frota da Silveira (FIacuteSICAPUC-RIO)

P149 Paixatildeo Priscilla Velasco da Determinaccedilatildeo de elementos traccedilos em amostras de cabelo

utilizando as teacutecnicas de Fluorescecircncia de Raios X (XRF) e

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford (RBS) Priscilla

Velasco da Paixatildeo ndash Rio de Janeiro UFRJ IQ 2015

71 f Orientador Gerardo Gerson Bezerra de Souza Dissertaccedilatildeo (Mestrado) - Universidade Federal do Rio de Janeiro

Instituto de Quiacutemica Programa de Poacutes-Graduaccedilatildeo em Quiacutemica 2015

1 Elementos traccedilo 2 Amostras de cabelo 3 XRF 4 RBS

I Souza Gerardo Gerson Bezerra de (Orient) II Universidade

Federal do Rio de Janeiro Instituto de Quiacutemica Programa de Poacutes-

Graduaccedilatildeo em Quiacutemica III Tiacutetulo

CDD 5413

Dedico esta dissertaccedilatildeo agrave minha famiacutelia

Meu pai Luiz minha matildee Alessandra e

meu irmatildeo Jones

ldquoPor vocecircs faria mil vezesrdquo

AGRADECIMENTOS

A Deus e aos bons espiacuteritos que me guiam nesta jornada dando-me forccedilas para natildeo desistir e

seguir sempre evoluindo

Agrave minha famiacutelia o meu lar ao meu saudoso pai Luiz por toda seguranccedila e amor agrave minha matildee

Alessandra pelo conforto do abraccedilo e por toda a torcida e ao meu irmatildeo Jones pelo estiacutemulo

exemplo e total dedicaccedilatildeo

Agrave minha tia Maria Rosa por todo o amor incentivo e momentos plenos de felicidade

Ao Professor Gerardo Gerson pela orientaccedilatildeo e por contribuir na minha formaccedilatildeo

Agrave Professora Maria Luiza Rocco pelo carinho compreensatildeo e apoio

Agrave Professora Fernanda Stedile pela colaboraccedilatildeo nas mediccedilotildees e anaacutelises dos espectros por

RBS por toda a atenccedilatildeo e auxiacutelio

Agrave Joselaine Caacuteceres por toda a instruccedilatildeo paciecircncia boa energia e amizade

Aos amigos Leyza Lucas Kliacutecia Lima Maria Oliacutevia Rodrigo Pais Felipe Camacho

Marcello Ribeiro e Mostafa Galal por todos os momentos de estudos e descontraccedilatildeo com boas

risadas

Aos companheiros do LIFE Rycharda Lautaro Angeacutelica Vanessa Stephani Mayla Patrick

e Frederico pelo carinho e auxiacutelio

Aos funcionaacuterios da secretaria da poacutes-graduaccedilatildeo Marcelo Navarro e Claacuteudia Neiva por toda a

cordialidade na prestaccedilatildeo de serviccedilo

A todas as pessoas que doaram seus preciosos cabelos para a execuccedilatildeo deste trabalho

A FAPERJ CAPES e CNPq pelo apoio financeiro

Para ser grande secirc inteiro nada

Teu exagera ou exclui

Secirc todo em cada coisa Potildee quanto eacutes

No miacutenimo que fazes

Assim em cada lago a lua toda

Brilha porque alta vive

Ricardo Reis (Fernando Pessoa)

RESUMO

O cabelo humano eacute composto basicamente de trecircs camadas a cutiacutecula (parte externa) o

coacutertex (parte mediana) e a medula (parte interna) A alfa-queratina eacute uma proteiacutena de forma

espiralada que fornece sustentaccedilatildeo ao cabelo Estaacute imersa no coacutertex e eacute composta

principalmente pelo aminoaacutecido cisteiacutena rico em enxofre Cortes histoloacutegicos demonstraram

elevada atividade de metais pesados na alfa-queratina Embora o teor de cinzas no cabelo seja

inferior a 1 indicando uma baixa quantidade de minerais a presenccedila de determinado metal

indica a absorccedilatildeo e a exposiccedilatildeo do indiviacuteduo a esse elemento Assim eacute possiacutevel diagnosticar

por exemplo deficiecircncias nutricionais ou niacuteveis elevados de elementos que podem causar

danos agrave sauacutede Frente agrave anaacutelise de outras amostras bioloacutegicas tais como urina e sangue o

cabelo tem a vantagem da facilidade de amostragem sem trauma para o indiviacuteduo facilidade

de transporte e armazenamento aleacutem da estabilidade quiacutemica e estrutural da amostra No

presente trabalho comparou-se o teor de metais em amostras de cabelo de dois grupos de

pessoas que vivem na Regiatildeo Metropolitana do Rio de Janeiro Enquanto o primeiro grupo

ingere aacutegua de poccedilo o segundo grupo inclui as pessoas que ingerem a aacutegua distribuiacuteda pela

Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos CEDAE Duas teacutecnicas foram utilizadas

Fluorescecircncia de Raios X (XRF) e Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford (RBS)

Amostras de cabelo virgem de pessoas saudaacuteveis e natildeo fumantes foram coletadas lavadas e

armazenadas segundo orientaccedilotildees da Agecircncia Internacional de Energia Atocircmica (IAEA) As

medidas por XRF foram realizadas na Universidade Federal do Rio de Janeiro (com o

espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios-X S8 TIGER - BRUKER) na faixa de energia de

05 a 56 keV atraveacutes do meacutetodo Best Detection Os dados por RBS foram coletados na

Universidade Federal do Rio Grande do Sul (com o acelerador de iacuteons Tandetron - 3 MV

HVEE) usando 2000 keV de iacuteons He+ incidentes e detecccedilatildeo a 165deg As anaacutelises por XRF

evidenciaram a presenccedila de Al Si P S Cl Ca Mn Fe Cu e Zn em amostras de cabelo de

ambos os grupos A presenccedila do elemento natildeo essencial Pb foi observada apenas em amostras

de cabelo de pessoas que bebem aacutegua de poccedilo Aleacutem disso usando a teacutecnica de RBS em uma

amostra de cabelo C N O e Ti foram observados aleacutem dos outros elementos mais pesados e

atraveacutes do caacutelculo da seccedilatildeo de choque de espalhamento Rutherford foi obtida uma anaacutelise

quantitativa relativa

Palavras Chave elementos traccedilo amostras de cabelo XRF RBS

ABSTRACT

Human hair consists basically of three layers the cuticle (outer part) the cortex (middle part)

and the medulla (inner part) Alpha-keratin is a spiral shape protein that supports the hair It is

immersed in the cortex and is composed mainly by a sulfur-containing amino acid cysteine

Histological sections demonstrated high activity of heavy metals in the alpha-keratin

Although the ash content of hair is less than 1 indicating low amount of minerals the

presence of a particular element in hair indicates the absorption andor exposure to this

element Thus it is possible to diagnose for example nutritional deficiencies or high levels of

elements that may cause damage to health Faced with the analysis of other biological samples

such as urine and blood hair has the advantage of easy sampling without trauma to the

individual easy transport and storage besides the chemical and structural stability of this

sample In the present work we compare the metal content in hair samples from two sets of

people who live at the outskirts of the Rio de Janeiro city While the first group drinks plain

well water the second group includes people who drink the water distributed by the Rio de

Janeiro State Company CEDAE Two techniques have been used X-Ray Fluorescence

(XRF) and Rutherford Backscattering Spectrometry (RBS) Virgin hair samples of healthy

people and non-smokers were collected washed and stored according to the guidelines of the

International Atomic Energy Agency (IAEA) The XRF measurements were made at the

Federal University of Rio de Janeiro (X-Ray Fluorescence Spectrometer S8 TIGER ndash

BRUKER) in the energy range of 05 to 56 keV using the Best Detection Method The RBS

data were collected at the Federal University of Rio Grande do Sul (Tandetron - 3 MV HVEE

ion accelerator using 2000 keV He+ incident ions and detection at 165deg) XRF measurements

evidence the presence of Al Si P S Cl Ca Mn Fe Cu and Zn in hair samples from both

groups The presence of the non-essential element Pb was only observed in hair samples from

people who drink well water In addition using the RBS technique in a hair sample C N O

and Ti were observed and through the calculation of Rutherford scattering cross sections a

relative quantitative analysis was obtained

Keywords trace elements hair samples XRF RBS

SUMAacuteRIO

LISTA DE FIGURAS xi

LISTA DE TABELASxiii

LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS xiv

10 INTRODUCcedilAtildeO16

20 OBJETIVOS17

30 REVISAtildeO BIBLIOGRAacuteFICA E FUNDAMENTOS TEOacuteRICOS17

31 O Cabelo17

32 Elementos Essenciais e Natildeo Essenciais e a Sauacutede Humana21

33 Abastecimento de Aacutegua na Regiatildeo de Amostragem 24

34 Fluorescecircncia de Raios X - Teoria26

35 Fluorescecircncia de Raios X - Instrumentaccedilatildeo29

36 Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford - Teoria34

37 Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford - Instrumentaccedilatildeo38

40 METODOLOGIA40

41 Amostragem40

42 Lavagem das Amostras de Cabelo41

43 Paracircmetros Instrumentais43

50 RESULTADOS E DISCUSSOtildeES45

51 Anaacutelise por XRF45

52 Anaacutelise por RBS49

60 CONCLUSOtildeES51

70 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS52

80 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS53

ANEXO I MODELO DO QUESTIONAacuteRIO PREENCHIDO ANTES DA COLETA DAS

AMOSTRAS DE CABELO57

ANEXO II INFORMACcedilOtildeES ADICIONAIS SOBRE OS DOADORES E AS AMOSTRAS

DE CABELO COLETADAS59

ANEXO III ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE

INGEREM AacuteGUA DE POCcedilO (AMPLIACcedilAtildeO DA REGIAtildeO DE INTERESSE)61

ANEXO IV ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE

INGEREM AacuteGUA DISTRIBUIacuteDA PELA CEDAE (AMPLIACcedilAtildeO DA REGIAtildeO DE

INTERESSE)66

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 Desenho esquemaacutetico de um fio de cabelo18

Figura 2 Esquema das fases de crescimento do cabelo19

Figura 3 Estrutura secundaacuteria (α-heacutelice) da α-queratina19

Figura 4 Estrutura da Cisteiacutena e da Cistina21

Figura 5 Reservatoacuterio Paraibuna localizado na Bacia do Rio Paraiacuteba do Sul25

Figura 6 Poccedilo subterracircneo em Duque de Caxias26

Figura 7 Esquema do princiacutepio da Fluorescecircncia de Raios X27

Figura 8 Efeito Auger28

Figura 9 Espalhamento Compton e Rayleigh29

Figura 10 Instrumentaccedilatildeo do Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X por Dispersatildeo de

Comprimento de Onda - S8 TIGER - BRUKER29

Figura 11 Espalhamento elaacutestico em acircngulo de retroespalhamento de um iacuteon de massa M1

por um aacutetomo de massa M2 com M2gtM134

Figura 12 Esquema de um espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford de

um filme fino AB sobre um substrato C ainda mais leve36

Figura 13 Esquema dos componentes presentes na instrumentaccedilatildeo utilizada em anaacutelises por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford38

Figura 14 Mapa com os pontos de coleta de amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua

de poccedilo em destaque a localizaccedilatildeo das residecircncias com os poccedilos40

Figura 15 Coleta de amostra de cabelo na regiatildeo occipital da cabeccedila41

Figura 16 Lavagem das amostras de cabelo42

Figura 17 Amostra de cabelo em porta-amostra do equipamento de Fluorescecircncia de Raios

X42

Figura 18 Amostra de cabelo no porta-amostra do equipamento de Espectrometria de

Retroespalhamento Rutherford43

Figura 19 Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X - S8 TIGER - BRUKER44

Figura 20 Acelerador de iacuteons Tandetron - HVEE 3 MV onde foi feita a anaacutelise por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford44

Figura 21 Espectro de Fluorescecircncia de Raios X completo da amostra 245

Figura 22 Espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da amostra 2

(grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)50

Figura 23 Ampliaccedilatildeo I do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)50

Figura 24 Ampliaccedilatildeo II do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)51

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 Composiccedilatildeo de aminoaacutecidos no cabelo20

Tabela 2 Elementos traccedilo essenciais e algumas de suas funccedilotildees bioloacutegicas22

Tabela 3 Elementos traccedilo natildeo essenciais e suas toxicidades24

Tabela 4 Energia em keV das principais linhas de emissatildeo de raios x dos elementos

analisados46

Tabela 5 Concentraccedilatildeo dos elementos nas amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua

de poccedilo47

Tabela 6 Concentraccedilatildeo dos elementos nas amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua

distribuiacuteda pela CEDAE48

LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS

AAS - Atomic Absorption Spectroscopy (Espectroscopia de Absorccedilatildeo Atocircmica)

CEDAE - Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos do Rio de Janeiro

CONAMA - Conselho Nacional do Meio Ambiente

ERD - Elastic Recoil Detection (Anaacutelise por Detecccedilatildeo de Recuo Elaacutestico)

IAEA - International Atomic Energy Agency (Agecircncia Internacional de Energia Atocircmica)

IBGE - Instituto Brasileiro de Geografia e Estatiacutestica

ICP-AES - Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry (Espectrometria de

Emissatildeo Atocircmica com Plasma Indutivamente Acoplado)

ICP-MS - Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (Espectrometria de Massa com

Plasma Indutivamente Acoplado)

ICP-OES - Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometry (Espectrometria de

Emissatildeo Oacuteptica com Plasma Acoplado Indutivamente)

LIFE - Laboratoacuterio de Impacto de Foacutetons e Eleacutetrons

NAA - Neutron Activation Analysis (Anaacutelise por Ativaccedilatildeo de Necircutrons)

PET ndash Pentaeritriato

PHA - Pulse Height Analyzer (Analisador de Altura de Pulso)

PIXE - Proton Induced X-Ray Emission (Emissatildeo de Raios X Induzidos por Proacutetons)

RBS - Rutherford Backscattering Spectrometry (Espectrometria de Retroespalhamento

Rutherford)

UFRGS - Universidade Federal do Rio Grande do Sul

UFRJ - Universidade Federal do Rio de Janeiro

WDXRF - Wavelength Dispersive X-ray Fluorescence (Fluorescecircncia de Raios X por

Dispersatildeo de Comprimento de Onda)

XRF - X-Ray Fluorescence (Fluorescecircncia de Raios X)

16

10 INTRODUCcedilAtildeO

A determinaccedilatildeo de elementos traccedilo em cabelo tem sido assunto de estudo em

diversas aacutereas da ciecircncia dentre elas o monitoramento de exposiccedilatildeo ambiental e ocupacional

avaliaccedilatildeo da intoxicaccedilatildeo por metais toacutexicos avaliaccedilatildeo do estado nutricional diagnoacutestico e

prevenccedilatildeo de doenccedilas e nas ciecircncias forenses Isto se deve ao fato do cabelo ser considerado

um ldquodosiacutemetro bioloacutegicordquo que reflete a exposiccedilatildeo e absorccedilatildeo do indiviacuteduo a determinado

elemento ou seja a concentraccedilatildeo dos elementos traccedilo no cabelo indica a concentraccedilatildeo dos

mesmos no organismo [1-5]

Frente agrave anaacutelise de outros materiais bioloacutegicos como urina e sangue o cabelo tem a

vantagem da facilidade de amostragem (sem dor ou trauma para o indiviacuteduo) facilidade de

armazenamento transporte e manuseio possibilidade de obtenccedilatildeo de um registro histoacuterico de

exposiccedilatildeo aos elementos em questatildeo aleacutem da estabilidade estrutural da amostra permitindo o

diagnoacutestico por um periacuteodo maior de tempo (meses a anos) [1-46]

Haacute muita controveacutersia na literatura quanto aos dados disponiacuteveis em relaccedilatildeo agrave anaacutelise

elementar em cabelos no tocante agrave falta de um procedimento padratildeo de anaacutelise com uma

etapa de lavagem que seja completamente eficiente em eliminar a contaminaccedilatildeo exoacutegena (ar

aacutegua cosmeacuteticos entre outros) da contaminaccedilatildeo endoacutegena (incorporado ao fio do cabelo

durante a primeira fase de crescimento) [1-3]

Nas uacuteltimas deacutecadas vaacuterios estudos relacionados agrave determinaccedilatildeo elementar de

cabelos com foco em quiacutemica ambiental e ciecircncia meacutedica foram realizados Dentre as teacutecnicas

mais utilizadas encontram-se Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry

(ICP-AES) [13] Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (ICP-MS) [1378]

Neutron Activation Analysis (NAA) [15] Atomic Absorption Spectroscopy (AAS) [15] X-

Ray Fluorescence (XRF) [59-11] e Proton Induced X-Ray Emission (PIXE) [612]

Encontramos na literatura apenas um relato anterior sobre a anaacutelise por RBS de amostras de

cabelo em que a RBS foi utilizada para determinar os principais componentes de cabelo (C

N O e S) Os mesmos autores tambeacutem utilizaram PIXE para determinar elementos em

concentraccedilatildeo mais baixa e Elastic Recoil Detection (ERD) para determinar Hidrogecircnio [6]

Em trabalho de Iniciaccedilatildeo Cientiacutefica feito por mim com orientaccedilatildeo da Prof Dr Lola

Maria Braga Gomes do Departamento de Quiacutemica Analiacutetica-UFRJ em 2012 foram realizadas

anaacutelises da qualidade da aacutegua de 6 poccedilos subterracircneos na localidade Chaacutecaras Arcampo na

cidade de Duque de Caxias-RJ Foram determinados por ICP-OES os seguintes elementos

Cr Mn Fe Ni Cu Zn Ar Cd e Pb Constatou-se a presenccedila de chumbo em valores ateacute 55

vezes acima do permitido pelos Padrotildees de Qualidade de Aacutegua Subterracircnea do CONAMA

[13]

O presente trabalho foi realizado com a intenccedilatildeo de verificar quais elementos

estariam presentes nas amostras de cabelo das pessoas daquela localidade e que ingerem esse

tipo de aacutegua Dentro do nosso conhecimento esta eacute a primeira vez em que XRF e RBS satildeo

conjuntamente aplicados para a determinaccedilatildeo de elementos traccedilo presentes em amostras de

cabelo

Considera-se este trabalho relevante tanto para servir como fonte de dados quanto

para o seu possiacutevel uso no acircmbito social principalmente no que diz respeito ao abastecimento

de aacutegua e a sauacutede de parte da populaccedilatildeo que consome diariamente uma aacutegua sem tratamento

20 OBJETIVO

O presente trabalho tem como objetivo utilizar as teacutecnicas de Fluorescecircncia de

Raios X (XRF) e Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford (RBS) para determinar e

comparar elementos presentes em amostras de cabelo de dois grupos de pessoas que vivem na

Regiatildeo Metropolitana do Rio de Janeiro No primeiro grupo estatildeo pessoas que ingerem aacutegua

de poccedilo enquanto no segundo grupo estatildeo pessoas que ingerem aacutegua tratada e distribuiacuteda pela

Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos (CEDAE) do Rio de Janeiro

30 REVISAtildeO BIBLIOGRAacuteFICA E FUNDAMENTOS TEOacuteRICOS

31 O Cabelo

O cabelo possui uma funccedilatildeo esteacutetica com papel importante nos atributos da beleza

mas tem como principal funccedilatildeo a proteccedilatildeo da cabeccedila dos raios solares Esse processo eacute

realizado atraveacutes de receptores nervosos que agem como sensores teacutermicos capazes de

aumentar a proteccedilatildeo quando necessaacuterio [1214]

A composiccedilatildeo do cabelo eacute de aproximadamente 80 de proteiacutenas 15 de aacutegua e

aproximadamente 5 de lipiacutedios e constituintes inorgacircnicos O cabelo eacute basicamente

constituiacutedo por trecircs camadas cutiacutecula (camada externa) coacutertex (parte intermediaacuteria) e medula

(parte mais interna) (Fig 1) A cutiacutecula eacute formada por vaacuterias subcamadas separadas por um

complexo de ceacutelulas alongadas e justapostas que envolvem o coacutertex O coacutertex eacute o principal

constituinte do cabelo formado por um conjunto de ceacutelulas ciliacutendricas denominadas matriz e

perfeitamente ligadas umas as outras Na matriz encontram-se a α-queratina e outras

proteiacutenas A medula apresenta-se em pequena quantidade e pode estar ausente em alguns tipos

de cabelo Eacute composta por ceacutelulas anucleadas contendo lipiacutedeos e granulaccedilotildees pigmentadas

[1214]

Figura 1 Desenho esquemaacutetico de um fio de cabelo

Fonte http ltwwwartistasdocabelocombrgt Acesso em 30072015

O fio de cabelo desenvolve-se a partir de cavidades denominadas foliacuteculos pilosos

localizados de 3 a 5 mm abaixo da superfiacutecie da pele A taxa de crescimento meacutedio do fio eacute de

cerca de 1 cm por mecircs e cada fio pode ter de 15 a 120 microm de diacircmetro dependendo do tipo de

cabelo O ciclo de crescimento do cabelo eacute dividido em trecircs estaacutegios (Fig2)

Anaacutegeno ocorre o crescimento ativo do cabelo com irrigaccedilatildeo sanguiacutenea atraveacutes dos

foliacuteculos capilares na regiatildeo da papila Pode durar ateacute 7 anos Em um adulto cerca de

90 dos fios encontram-se neste estaacutegio

Cataacutegeno ocorre uma transiccedilatildeo entre o crescimento do fio e seu teacutermino dura apenas

algumas semanas O cabelo para de receber irrigaccedilatildeo sanguiacutenea para de crescer e a

parte mais profunda do foliacuteculo piloso fica mais proacutexima da superfiacutecie da pele

Teloacutegeno ocorre a queda do fio iniciando o crescimento de outro fio atraveacutes de um

foliacuteculo novo que surge no mesmo local [1214]

Figura 2 Esquema das fases de crescimento do cabelo

Fonte httpltwwwtratamentocalviciecombrartigo_02phpgt Acesso em 30072015

A α-queratina eacute uma proteiacutena que apresenta uma estrutura secundaacuteria (α-heacutelice) em

um arranjo helicoidal estabilizado por pontes de hidrogecircnio (Figura 3) e eacute responsaacutevel por dar

sustentaccedilatildeo ao cabelo Ela fica imersa na matriz e eacute composta por uma sequecircncia de

aminoaacutecidos (Tabela 1) sendo a cisteiacutena o principal desses

Figura 3 Estrutura secundaacuteria (α-heacutelice) da α-queratina

Fonte httpltwwwslideplayercombrgt Acesso em 27092015

Tabela 1 Composiccedilatildeo de aminoaacutecidos no cabelo normal Fonte [15]

Ligaccedilotildees quiacutemicas cruzadas entre as cadeias polimeacutericas de α-queratina formam

pontes dissulfeto (-S-S-) que datildeo origem aos resiacuteduos de cistina (Fig4) Como estatildeo em

grande quantidade na composiccedilatildeo do cabelo formam uma rede de alta resistecircncia e datildeo o

formato ao fio A reduccedilatildeo dessas ligaccedilotildees causa mudanccedilas nas propriedades mecacircnicas do fio

Cortes histoloacutegicos evidenciaram elevada atividade de metais pesados na α-queratina [114]

Aminoaacutecido Quantidade Residual ()

Aacutecido Aspaacutertico 49

Aacutecido Glutacircmico 114

Alanina 46

Arginina 58

Cisteiacutena 178

Fenilalanina 16

Glicina 64

Histidina 09

Isoleucina 26

Leucina 58

Lisina 27

Metionina 06

Prolina 84

Serina 117

Tirosina 2

Treonina 68

Valina 58

Figura 4 Estrutura da Cisteiacutena e da Cistina Reaccedilatildeo de oxi-reduccedilatildeo formando a ponte

dissulfeto Adaptado de httpltbiocienciascpoblogspotcombr201211resumo-

proteinashtmlgt

A incorporaccedilatildeo de elementos ao cabelo pode ocorrer por dois meios exoacutegeno e

endoacutegeno A incorporaccedilatildeo endoacutegena ocorre no primeiro estaacutegio de crescimento do fio onde o

foliacuteculo capilar encontra-se em contato com as glacircndulas secretoras e vasos sanguiacuteneos

Assim os elementos quiacutemicos que circulam no organismo atraveacutes dos fluidos podem

incorporar-se ao cabelo Estima-se que o periacuteodo entre a absorccedilatildeo pelo indiviacuteduo e a

incorporaccedilatildeo de elementos no cabelo seja de 30 dias Um modelo mais simples sugere que a

incorporaccedilatildeo endoacutegena ocorra de forma passiva isto eacute por difusatildeo [1] Os metais ligam-se

aos aminoaacutecidos atraveacutes de seus grupos funcionais como sulfidrila (-SH) amina (-NH2)

hidroxila (-OH) e carboxila (-COOH) nos quais a forccedila destas ligaccedilotildees dependeraacute da

estrutura eletrocircnica externa do metal [14]

Na incorporaccedilatildeo exoacutegena os elementos quiacutemicos satildeo levados ao cabelo por fatores

externos como aacutegua poeira fumaccedila cosmeacuteticos entre outros Os elementos podem ligar-se agrave

cutiacutecula do fio capilar principalmente se as cutiacuteculas estiverem danificadas [14]

32 Elementos Essenciais e Natildeo Essenciais e a Sauacutede Humana

Os elementos traccedilos podem ser divididos em essenciais e natildeo essenciais de acordo

com a importacircncia nutricional e a influecircncia no organismo dos seres vivos Os elementos

traccedilo essenciais satildeo considerados beneacuteficos e indispensaacuteveis para os seres vivos dentro de

uma faixa especiacutefica de concentraccedilatildeo Na Tabela 2 estatildeo listados os elementos traccedilo

essenciais e suas respectivas funccedilotildees bioloacutegicas [214]

Tabela 2 Elementos traccedilo essenciais e algumas de suas funccedilotildees bioloacutegicas

Adaptado de [14 16]

B Previne a osteoporose em mulheres na fase poacutes-menopausa

CaImportante na coagulaccedilatildeo sanguinea na contraccedilatildeo muscular transmissatildeo nervosa e

formaccedilatildeo de ossos e dentes

Cl Presente no suco gaacutestrico manteacutem o equilibrio hidrico e de eletroacutelitos

Co Constituinte da vitamina B12

Cr Importante no metabolismo da glicose

Cu Cofator em enzimas redox e no transporte de O2

F Prevenccedilatildeo das patologias bucodentaacuteria e oacutessea atua tambeacutem nos tecidos celulares

Fe Cofator em muitas enzimas e proteiacutenas heme

IPresente na estrutura de dois fatores hormonais da glacircndula tireoacuteide (tiroxina e

triiodotiroxina)

KImportante na regulaccedilatildeo da atividade neuromuscular crescimento celular e equiliacutebrio

osmoacutetico

MgRegula diversas reaccedilotildees enzimaacuteticas e age sobre as trocas iocircnicas da membrana

celular

MnCofator em muitas enzimas auxilia na reduccedilatildeo de accedilucar no sangue e a regular o

funcionamento do sistema reprodutivo

Elementos Essenciais e suas Funccedilotildees Bioloacutegicas

Os elementos traccedilo natildeo essenciais satildeo aqueles que natildeo apresentam nenhuma funccedilatildeo

no metabolismo das espeacutecies animais e vegetais e quando estatildeo em alta concentraccedilatildeo podem

provocar efeitos negativos ao organismo dos seres vivos Na Tabela 3 estatildeo listados alguns

elementos traccedilo natildeo essenciais e suas toxicidades [214]

Mo Cofator em enzimas que metabolizam os aminoaacutecidos metionina e cistina

NaAtua no controle osmoacutetico volume plasmaacutetico transmissatildeo de impulsos nervosos e

controle da contraccedilatildeo muscular

Ni A essencialidade eacute provaacutevel mas ainda natildeo estaacute estabelecida

PAtua na formaccedilatildeo dos ossos e dentes participa da estrutura das membranas

celulares e do processo de absorccedilatildeo renal da glicose

SParticipa da construccedilatildeo das proteiacutenas e no metabolismo energeacutetico faz parte de

algumas vitaminas (tiamina e biotina)

SeParticipaccedilatildeo na siacutentese de hormocircnios tireoideanos na accedilatildeo antioxidante e eacute cofator

em enzimas

Si Atua na estrutura da derme promovendo sua elasticidade

Sn A essencialidade eacute provaacutevel mas ainda natildeo estaacute estabelecida

V A essencialidade eacute provaacutevel mas ainda natildeo estaacute estabelecida

ZnCofator em algumas enzimas e na insulina tambeacutem exerce influecircncia no metabolismo

dos aacutecidos nucleiacutecos

Tabela 3 Elementos traccedilo natildeo essenciais e suas toxicidades Adaptado de [14]

Os termos macrominerais e microminerais (ou elementos-traccedilo) tambeacutem satildeo muito

utilizados no meio cientiacutefico principalmente na aacuterea de nutriccedilatildeo Os macrominerais satildeo

aqueles elementos encontrados em altas concentraccedilotildees nas amostras geralmente acima de

1 ou cuja necessidade diaacuteria no organismo seja maior que 100 mg No cabelo satildeo

considerados macrominerais por exemplo Ca P S Mg Na K e Cl Jaacute os microminerais satildeo

aqueles encontrados em baixas concentraccedilotildees na amostra (ppm ou ppb) ou cuja necessidade

no organismo seja inferior a 100 mg por dia No cabelo podem ser citados os seguintes

microminerais Fe Zn Cu Mn I Cr Se F Co Ni Si e Mo [114]

33 Abastecimento de Aacutegua na Regiatildeo de Amostragem

No Estado do Rio de Janeiro a captaccedilatildeo tratamento aduccedilatildeo e distribuiccedilatildeo das redes

de aacutegua ficam a cargo da CEDAE ndash Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos No presente

momento a CEDAE abastece cerca de 9 milhotildees de pessoas em 64 dos 92 municiacutepios do

Estado sendo Duque de Caxias um desses [17]

O abastecimento de aacutegua pela CEDAE na cidade de Duque de Caxias nunca ocorreu

de forma contiacutenua e natildeo haacute garantia da manutenccedilatildeo da qualidade da aacutegua ateacute a chegada ao

Al

Causa ao organismo anemia enfraquecimento dos ossos e muacutesculos

dificuldade no metabolismo do caacutelcio alteraccedilotildees hepatoloacutegicas e

renais dores de cabeccedila e nervosismo

AsInterrompe a expressatildeo de diversos genes em especial aqueles que

participam das vias de transduccedilatildeo de sinal

CdOcasiona perda de peso hemorragia danos ao sistema respiratoacuterio

hepatoloacutegico e renal

PbGera alteraccedilotildees cardiovasculares gastrointestinais hematoloacutegicas

renais neuroloacutegicas e imunoloacutegicas

Elementos Natildeo Essenciais e suas Toxicidades

consumidor Segundo dados do CENSO-2010 dos 269353 domiciacutelios estabelecidos no

municiacutepio de Duque de Caxias apenas 63 alegaram receber aacutegua de redes de distribuiccedilatildeo

[18] Diante do cenaacuterio atual em que o Sudeste vive a maior crise hiacutedrica dos uacuteltimos cem

anos devido agrave escassez de chuvas os reservatoacuterios que abastecem o estado do Rio de Janeiro

encontram-se em niacuteveis muito baixos e alguns deles chegaram ao volume morto (reserva

teacutecnica) Com isso o abastecimento de aacutegua para a populaccedilatildeo estaacute a cada dia mais escasso

Na Figura 5 apresenta-se uma foto da situaccedilatildeo do maior reservatoacuterio da Bacia do Rio Paraiacuteba

do Sul (em fevereiro deste ano) Este reservatoacuterio alimenta a Estaccedilatildeo de Tratamento de Aacutegua

do Guandu que por sua vez eacute responsaacutevel pelo abastecimento de toda a Regiatildeo Metropolitana

do Rio de Janeiro [19]

Figura 5 Reservatoacuterio Paraibuna localizado na Bacia do Rio Paraiacuteba do Sul apoacutes estiagem dos uacuteltimos anos

Na foto o reservatoacuterio estaacute com -056 da capacidade (volume morto) 03022015 Fonte http

ltogloboglobocomrionivel-de-reservatorios-do-rio-paraiba-do-sul-apresentam-leve-melhora-apos-chuvas-

fortes-15229418gt Acesso em 30072015

Devido aos fatores mencionados aliados agrave facilidade de manutenccedilatildeo e ao baixo custo

de perfuraccedilatildeo a utilizaccedilatildeo de aacutegua de poccedilo subterracircneo (Figura 6) eacute cada vez mais requisitada

para suprir as carecircncias de abastecimento No Brasil o aquiacutefero subterracircneo abastece cerca de

19 do total dos domiciacutelios particulares enquanto que no municiacutepio de Duque de Caxias este

percentual atinge os 35 segundo o CENSO-2010 [18]

Figura 6 Poccedilo subterracircneo em Duque de Caxias

34 Fluorescecircncia de Raios X - Teoria

A Espectroscopia de Fluorescecircncia de Raios X eacute uma teacutecnica natildeo destrutiva que

permite a identificaccedilatildeo simultacircnea (qualitativa e quantitativa) de elementos presentes em uma

amostra A teacutecnica baseia-se no fato dos elementos quiacutemicos emitirem radiaccedilotildees

caracteriacutesticas quando submetidos a uma excitaccedilatildeo adequada [20-23]

As amostras satildeo irradiadas com foacutetons (feixe de raios x) gerados por uma fonte Esse

feixe de raios x primaacuterio possui energia suficiente para ejetar eleacutetrons de camadas internas do

aacutetomo (camadas com maior energia de ligaccedilatildeo) transferindo energia para este eleacutetron que eacute

ejetado como fotoeleacutetron O aacutetomo fica instaacutevel (excitado) com uma vacacircncia na camada

interna Com o intuito de diminuir a energia do sistema eleacutetrons de outras camadas

preenchem essa lacuna A diferenccedila de energia entre os niacuteveis da transiccedilatildeo eletrocircnica eacute

liberada atraveacutes da emissatildeo de um foacuteton de raios x (fluorescecircncia ou raio x secundaacuterio) que

tem energia caracteriacutestica para cada elemento como ilustrado na Figura 7 A energia do raio x

caracteriacutestico eacute fornecida pela Equaccedilatildeo 1 [20-23]

Ex = Eni - Enf (Eq1)

Onde

Ex = energia do raio x caracteriacutestico emitido

Eni Enf = energia dos estados eletrocircnicos inicial e final respectivamente

Figura 7 Esquema do princiacutepio da Fluorescecircncia de Raios X

Fonteltwwwshimadzucombrgt Acesso em 30072015

A radiaccedilatildeo caracteriacutestica eacute nomeada de acordo com o niacutevel de onde se apresenta a

vacacircncia (K L M) e de qual niacutevel (α β) e subniacutevel (1 2) proveacutem o eleacutetron que iraacute

ocupar essa lacuna Por exemplo a vacacircncia originada na camada K pode ser preenchida por

eleacutetrons de dois subniacuteveis da camada L o que origina as linhas espectrais Kα1 e Kα2 Se a

vacacircncia da camada K fosse ocupada por um eleacutetron da M teria-se o Kβ e assim por diante

[23]

Com isso os elementos em uma amostra podem ser identificados atraveacutes da medida

do comprimento de onda (ou energia) dessas radiaccedilotildees caracteriacutesticas e as concentraccedilotildees

mensuradas pela intensidade dessas radiaccedilotildees [2123]

Quando um feixe de raios x incide sobre um determinado material diversas formas

de interaccedilatildeo entre a radiaccedilatildeo e a mateacuteria podem ocorrer tais como o Efeito Auger e os

espalhamentos Rayleigh e Compton [20-23]

O processo de relaxaccedilatildeo natildeo-radiativa ou Efeito Auger ocorre quando o aacutetomo

excitado emite um eleacutetron (eleacutetron Auger) ao inveacutes do processo de fluorescecircncia (Figura 8)

Esses dois processos de relaxaccedilatildeo do sistema satildeo concorrentes e a predominacircncia de um ou de

outro depende do numero atocircmico O Efeito Auger prevalece em elementos com baixo

nuacutemero atocircmico (Zlt20) [21]

Figura 8 Efeito Auger [20]

O fenocircmeno de espalhamento de raios x eacute importante em espectroscopia pois eacute

responsaacutevel pela intensidade da radiaccedilatildeo de fundo (background) presente em uma

determinada medida Ele eacute a soma dos efeitos de dois fenocircmenos o espalhamento coerente

elaacutestico ou Rayleigh no qual os raios x primaacuterios satildeo defletidos sem perda de energia isto eacute

sem alteraccedilatildeo no comprimento de onda (λ) e o espalhamento incoerente inelaacutestico ou

Compton no qual foacutetons de raios x primaacuterio satildeo defletidos com perda de energia e com

ejeccedilatildeo de um fotoeleacutetron (Figura 9) [21]

Figura 9 Espalhamento Compton e Rayleigh [21]

35 Fluorescecircncia de Raios X - Instrumentaccedilatildeo

Na Figura 10 pode ser observado um esquema com os principais componentes do

espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X por Dispersatildeo de Comprimento de Onda

(WDXRF - Wavelength Dispersive X-ray Fluorescence) utilizado neste trabalho Suas

funccedilotildees seratildeo descritas em seguida [23]

Figura 10 Instrumentaccedilatildeo do Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X por Dispersatildeo de

Comprimento de Onda - S8 TIGER - BRUKER [23]

Tubo de Raios X

A radiaccedilatildeo incidente eacute produzida em um tubo de raios x consistindo em uma ampola

de vidro ou de metal sob alto vaacutecuo com um filamento de tungstecircnio em uma extremidade

denominado caacutetodo e um alvo de metal na outra extremidade denominado acircnodo

O filamento eacute aquecido por uma corrente eleacutetrica e emite eleacutetrons (emissatildeo

termiocircnica) Os eleacutetrons satildeo acelerados rumo a um acircnodo (alvo) empregando-se uma

diferenccedila de potencial (10-70 kV) Raios x primaacuterios satildeo produzidos quando esses eleacutetrons

com alta velocidade colidem com o material alvo Com o impacto a maior parte da energia

cineacutetica dos eleacutetrons eacute convertida em calor exigindo que o acircnodo seja resfriado de forma

eficiente Apenas uma pequena parte (02-05 dependendo do tipo do alvo) da energia

eletrocircnica eacute convertida em raios x uacuteteis

Essa radiaccedilatildeo consiste em um Contiacutenuo ou Bremsstrahlung e linhas de raios x

caracteriacutesticas do material alvo (aleacutem de linhas caracteriacutesticas de quaisquer contaminantes

presentes) Assim o espectro primaacuterio de um tubo de raios x convencional consiste em linhas

caracteriacutesticas do material do acircnodo (por exemplo Rh) superpostas a um contiacutenuo de

radiaccedilatildeo

Os tubos de raios x satildeo geralmente isolados atraveacutes de uma janela de beriacutelio pois

esse elemento apresenta baixa absorccedilatildeo de raios x e alta resistecircncia mecacircnica para suportar as

diferenccedilas de pressatildeo

Filtros do Feixe Primaacuterio

O espectro primaacuterio pode natildeo conter apenas as linhas do elemento-alvo mas tambeacutem

as linhas de impurezas como Fe Cr ou Cu presentes em vaacuterias partes do tubo Desta forma o

niacutevel de fundo (background) na posiccedilatildeo desses elementos no espectro pode ser elevado

Filtros de feixe primaacuterio satildeo utilizados para filtrar as linhas caracteriacutesticas do tubo se

o mesmo elemento estiver presente na amostra ou se houver sobreposiccedilatildeo por uma linha do

tubo em linhas de elementos da amostra No equipamento em que foram feitas as anaacutelises satildeo

utilizados (automaticamente) os filtros de Cu de 200 microm de espessura e o de Al de 500 microm de

espessura

Maacutescara

Delimita a aacuterea da amostra que seraacute irradiada

Selo de vaacutecuo (Vacuum seal )

Protege o sistema de detecccedilatildeo dos foacutetons de raios x de qualquer vazamento de

amostra

Goniocircmetro

Em equipamentos de dispersatildeo sequencial empregam-se uma ldquogeometria do feixe

paralelordquo ou uma ldquogeometria de cristal planardquo permitindo que os acircngulos do cristal e do

detector sejam selecionados por um aparelho chamado goniocircmetro

O goniocircmetro eacute uma estrutura de rotaccedilatildeo que permite que o cristal e o detector

possuam um movimento angular acoplado θ a 2θ entre eles

Colimador

Colima o feixe divergente de raios x emitido pela amostra Satildeo normalmente feitos

de uma seacuterie de lacircminas paralelas O comprimento e o espaccedilamento entre as lacircminas

determinam a divergecircncia angular admitida pelo colimador Essa divergecircncia angular

juntamente com o cristal determina a resoluccedilatildeo final do espectro

Pode-se melhorar a resoluccedilatildeo fechando o colimador para minimizar a divergecircncia

Poreacutem com isso a intensidade tambeacutem diminui Assim torna-se necessaacuterio um equiliacutebrio

entre a resoluccedilatildeo final (necessaacuteria para evitar sobreposiccedilotildees espectrais importantes) e a

sensibilidade (relacionada com a intensidade)

Cristal

Separa os vaacuterios comprimentos de onda emitidos pela amostra A lei de Bragg

(equaccedilatildeo 2) propotildee que se um plano cristalino tiver um espaccedilamento interplanar (d) refletindo

um comprimento de raios x (λ) essa onda difere em caminho percorrido por uma distacircncia

(2dsenθ) da onda refletida pelo plano adjacente Quando esse caminho percorrido difere por

um nuacutemero inteiro de comprimento de onda tem-se uma interferecircncia construtiva e os raios x

refletidos satildeo reforccedilados Caso contraacuterio tem-se uma interferecircncia destrutiva e os raios x

refletidos se anulam A equaccedilatildeo de Bragg (2)

119899120582 = 2119889119904119890119899120579 (Eq 2)

Onde

n = nuacutemero inteiro (1 2 3) chamado Ordem de Difraccedilatildeo

d = espaccedilamento interplanos no cristal utilizado

θ = acircngulo de Bragg ou acircngulo de difraccedilatildeo

λ = comprimento de onda da linha espectral

Dessa forma para um dado plano cristalino e uma dada ordem de difraccedilatildeo cada

comprimento de onda no espectro de XRF incidente eacute difratado em um uacutenico acircngulo O

comprimento de onda maacuteximo que o proacuteprio plano cristalino pode difratar eacute 2d (quando senθ

assume o valor maacuteximo de 1) Portanto eacute necessaacuterio um cristal ou um plano cristalino com

diferentes valores de 2d para cobrir diferentes intervalos de comprimento de onda em toda a

tabela perioacutedica No espectrocircmetro utilizado neste trabalho foram usados os seguintes cristais

XS-55 (multicamada de WSi) do C ateacute o Mg PET (Pentaeritriato) do Al ateacute o Ti e LiF 200

do K ateacute o U

Detector

Converte os foacutetons de raios x em pulsos de tensatildeo mensuraacuteveis Satildeo utilizados dois

detectores para cobrir todos os elementos do Be ao U Detector de fluxo proporcional

(preenchido com Ar) para elementos do Be ao Cr e o detector de cintilaccedilatildeo de NaI(Tl) para

elementos do Mn ao U

Detectores de fluxo proporcional

Satildeo detectores de radiaccedilatildeo que operam a partir da ionizaccedilatildeo de gases Satildeo

constituiacutedos por um conjunto de eletrodos e um gaacutes Quando o gaacutes eacute colocado entre dois

eletrodos aos quais eacute aplicada certa diferenccedila de potencial os caacutetions e eleacutetrons produzidos

pela passagem de radiaccedilatildeo seratildeo atraiacutedos pelos eletrodos de carga oposta e por eles seratildeo

coletados Na regiatildeo de verdadeira proporcionalidade (Equaccedilatildeo 3) a razatildeo entre a carga

coletada pelos eletrodos e a carga gerada pela ionizaccedilatildeo primaacuteria manteacutem-se constante para as

diferenccedilas de potencial (∆V) aplicadas e com um capacitor de capacitacircncia (C)

Quando a radiaccedilatildeo atravessa esse tipo de detector e produz pares iocircnicos (formados

por eleacutetrons e caacutetions do gaacutes) esses caacutetions (ionizaccedilatildeo primaacuteria) satildeo acelerados adquirindo

energia suficiente para produzir novos pares iocircnicos (ionizaccedilatildeo secundaacuteria) por colisatildeo com

moleacuteculas inicialmente neutras do gaacutes Assim haacute uma multiplicaccedilatildeo do nuacutemero de pares

original A carga coletada eacute igual agrave carga produzida pela radiaccedilatildeo (Q) multiplicada por um

fator (M) denominado ldquoganhordquo

∆119881 = (119872119876)

119862 (Eq 3)

Portanto o sinal produzido tem altura proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo incidente

Detectores de cintilaccedilatildeo

O cintilador eacute uma substacircncia soacutelida ou liacutequida na qual a energia de radiaccedilatildeo

incidente eacute transferida aos eleacutetrons do material sendo depois emitida na forma de radiaccedilatildeo

eletromagneacutetica de frequecircncia menor (visiacutevel ou ultravioleta)

O detector de cintilaccedilatildeo utilizado eacute constituiacutedo por um cristal de NaI(Tl) (iodeto de

soacutedio ativado com 1 de iodeto de taacutelio) no qual ocorre a emissatildeo de radiaccedilatildeo de frequecircncia

menor aleacutem de um fotomultiplicador onde essa radiaccedilatildeo luminosa eacute transformada em pulso

eleacutetrico e amplificada

O mecanismo de cintilaccedilatildeo nos cristais inorgacircnicos baseia-se na propriedade dos

semicondutores terem banda de valecircncia e banda de conduccedilatildeo Na banda de valecircncia os

eleacutetrons estatildeo essencialmente ligados aos siacutetios do cristal Jaacute na banda de conduccedilatildeo os

eleacutetrons tecircm energia suficiente para migrar atraveacutes do cristal No cristal puro natildeo satildeo

encontrados eleacutetrons na banda proibida

Ao incidir uma radiaccedilatildeo no cristal pode ocorrer excitaccedilatildeo de eleacutetrons ateacute a banda de

conduccedilatildeo deixando lacunas na banda de valecircncia (normalmente preenchida)

No cristal puro a energia necessaacuteria para formar um par eleacutetronlacuna eacute

aproximadamente a mesma liberada quando esse par se recombina Assim os espectros de

absorccedilatildeo e emissatildeo superpotildeem-se ocorrendo autoabsorccedilatildeo da radiaccedilatildeo luminosa produzida

Se o cristal for ativado a emissatildeo pode ocorrer via um siacutetio do ativador para o qual a energia

de transiccedilatildeo eacute menor do que a necessaacuteria para a criaccedilatildeo do par eleacutetronlacuna Desse modo o

espectro emitido eacute deslocado para comprimentos de onda maiores e natildeo causa nova absorccedilatildeo

No tubo fotomultiplicador converte-se a radiaccedilatildeo de baixa intensidade produzida no

cintilador em um sinal eleacutetrico uacutetil agrave detecccedilatildeo e contagem de radiaccedilatildeo

Analisador de altura de pulso (PHA)

A energia do foacuteton incidente de raios x determina o tamanho do pulso de tensatildeo

produzido pelo detector O analisador de altura de pulso faz uso dessa propriedade a fim de

selecionar apenas um intervalo estreito de pulsos de voltagem rejeitando todos os pulsos com

intensidades fora do intervalo escolhido

Ao final utiliza-se o meacutetodo de integraccedilatildeo dos recebidos em um integrador

eletrocircnico Se N representa o nuacutemero de contagens em um tempo de integraccedilatildeo t segundos

entatildeo a taxa de contagem eacute Nt contagens por segundo (cps)

36 Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford - Teoria

A teacutecnica de RBS consiste em incidir partiacuteculas monoenergeacuteticas de um feixe de iacuteons

(geralmente iacuteons He+) de alta energia em um alvo estacionaacuterio Ao colidirem com os aacutetomos

do alvo as partiacuteculas satildeo elasticamente espalhadas no campo eleacutetrico do nuacutecleo do aacutetomo e

chegam a um detector por um acircngulo de retroespalhamento Na Figura 11 apresenta-se um

esquema de espalhamento elaacutestico [25-27]

Figura 11 Espalhamento elaacutestico em acircngulo de retroespalhamento de um iacuteon de massa M1

por um aacutetomo de massa M2 com M2gtM1 [25]

O detector ao receber as partiacuteculas espalhadas produz um pulso ou sinal que eacute entatildeo

processado por um analisador multicanal e classificado conforme a amplitude que

corresponde a uma escala em energia Como resultado as informaccedilotildees sobre a composiccedilatildeo

elementar do aacutetomo alvo satildeo obtidas a partir de um espectro de contagens em funccedilatildeo da

energia das partiacuteculas retroespalhadas detectadas [25]

O fator cinemaacutetico (K) eacute responsaacutevel pela anaacutelise elementar qualitativa Essa

grandeza depende da razatildeo entre as energias das partiacuteculas incidentes antes (E0) e depois (E)

do espalhamento (Equaccedilatildeo 4)

119870 = 119864

1198640 (Eq 4)

Considerando as conservaccedilotildees de energia e do momentum na colisatildeo elaacutestica obteacutem-

se a relaccedilatildeo entre o fator cinemaacutetico (K) a massa atocircmica da partiacutecula incidente (M1) a massa

atocircmica do aacutetomo alvo (M2) e o acircngulo de espalhamento (θ) (Eq 5)

119870 = [1198721 119888119900119904120579+ (1198722

2minus 11987212 1199041198901198992120579)

12

1198721+ 1198722]

2

(Eq 5)

Os valores de M1 θ e E0 satildeo preacute-fixados conhecendo E determina-se K e por

conseguinte determina-se M2

A Figura 12 apresenta um esquema do espectro de RBS de um filme fino de

composiccedilatildeo geneacuterica AB onde a massa de A eacute maior do que a massa de B depositado em um

substrato C ainda mais leve

Figura 12 Esquema de um espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford de

um filme fino AB sobre um substrato C ainda mais leve [27]

A resoluccedilatildeo em massa da teacutecnica eacute a diferenccedila miacutenima de massa entre dois aacutetomos-

alvo para que sinais resolvidos possam ser observados no espectro A discriminaccedilatildeo em massa

eacute maacutexima para θ = 180deg razatildeo pela qual satildeo utilizados acircngulos elevados experimentalmente

Pode-se melhorar a resoluccedilatildeo em massa na RBS aumentando a energia e a massa dos aacutetomos

incidentes e melhorando a resoluccedilatildeo do sistema de detecccedilatildeo com o cuidado para natildeo degradar

os detectores [25]

Outra grandeza importante em RBS eacute a seccedilatildeo de choque de espalhamento (σ) que eacute

uma medida da probabilidade de ocorrer o espalhamento e que atribui o caraacuteter quantitativo agrave

teacutecnica [25] Considerando um nuacutemero de partiacuteculas espalhadas (H) sobre um detector tem-se

a Equaccedilatildeo 6

119867 = 119876119873119905 ⟨119889120590

119889120570⟩Ω (Eq 6)

Onde

Q = nuacutemero de partiacuteculas que atinge a amostra

N = densidade volumeacutetrica dos aacutetomos alvo

t = espessura do alvo

⟨119889120590

119889120570⟩ = seccedilatildeo de choque meacutedia de espalhamento

Ω = acircngulo soacutelido do detector em relaccedilatildeo ao feixe

Para acircngulos pequenos tem-se ⟨119889120590

119889120570⟩ = (

119889120590

119889120570)120579

= σ (Eq 7)

Logo 119867 = 119876119873119905120590120570 (Eq 8)

Na Equaccedilatildeo 8 conhecendo o nuacutemero de partiacuteculas que atinge o alvo Q e o detector

H pode-se determinar o numero de aacutetomos por unidade de aacuterea da amostra (Nt) desde que se

conheccedila o acircngulo soacutelido de detecccedilatildeo Ω e a seccedilatildeo de choque de espalhamento (σ) Para uma

colisatildeo elaacutestica entre dois aacutetomos com nuacutemeros atocircmicos Z1 e Z2 (do aacutetomo incidente e do

aacutetomo alvo respectivamente) em que a forccedila de interaccedilatildeo eacute a repulsatildeo eletrostaacutetica dos

nuacutecleos a seccedilatildeo de choque de espalhamento diferencial (por unidade de acircngulo soacutelido) eacute dada

pela Foacutermula de Rutherford (Equaccedilatildeo 9)

119889120590

119889120570= (

119885111988521198902

4119864)2

4

1199041198901198994120579

[1minus ((

11987211198722) 119904119890119899120579)

2

]

12

+cos120579

[1minus ((11987211198722)119904119890119899 120579)

2

]

12

2

(Eq 9)

Em siacutentese a razatildeo entre as concentraccedilotildees relativas dos elementos A e B na

superfiacutecie de uma amostra 119873119860119860119861(119909)

119873119861119860119861(119909)

pode ser calculada com o auxiacutelio de um programa

computacional ou atraveacutes da medida de altura dos degraus obtidos no espectro sendo

calculadas com as Equaccedilotildees 10 e 11

(119889120590

119889120570)119861

(119889120590

119889120570)119860

= Ji (Eq 10)

119873119860119860119861(119909)

119873119861119860119861(119909)

= 119867119860119860119861

119867119861119860119861 119869119894 (Eq 11)

37 Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford - Instrumentaccedilatildeo

Na Figura 13 pode ser observado um esquema com os principais componentes da

instrumentaccedilatildeo utilizada em anaacutelises por RBS que seratildeo descritos em seguida de acordo com

o equipamento utilizado para a realizaccedilatildeo deste trabalho e com informaccedilotildees obtidas na

referecircncia [25]

Figura 13 Esquema dos componentes presentes na instrumentaccedilatildeo utilizada em anaacutelises por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford Fonte Adaptado de [25]

O Laboratoacuterio de Implantaccedilatildeo Iocircnica da Universidade Federal do Rio Grande do Sul

possui um acelerador Tandetron equipado com fontes de iacuteons dos tipos sputtering e de

plasma com tecnologia ldquotandemrdquo com 3MV de tensatildeo maacutexima no terminal e cinco estaccedilotildees

experimentais de linhas distintas incluindo a de RBS

Fonte de iacuteons

Fonte de Plasma um gaacutes ou um vapor eacute ionizado por meio de campos

eletromagneacuteticos na faixa de radiofrequecircncia ou ao ser atravessado por corrente eleacutetrica

Fonte de ldquoSputteringrdquo os iacuteons satildeo produzidos por transferecircncia de momentum

quando da colisatildeo de um feixe primaacuterio (geralmente Cs+) com um alvo soacutelido

Aceleradores ldquotandemrdquo

Neste tipo de acelerador iacuteons positivos deixam a fonte passam por uma troca de

carga (com vapor de Liacutetio ou outro elemento eletropositivo) e satildeo conduzidos com carga

negativa ao tubo acelerador onde satildeo atraiacutedos por um terminal positivo No caso dos iacuteons

produzidos serem originalmente negativos a troca de carga eacute suprimida Junto ao terminal

positivo passam por uma seccedilatildeo contendo um gaacutes ou vapor (N2 no presente caso) ou por uma

folha muito fina de carbono para que os iacuteons emergentes tenham perdido os eleacutetrons Com

carga positiva satildeo novamente acelerados agora por repulsatildeo do terminal Diferenccedilas de

potencial da ordem de vaacuterios milhotildees de volts satildeo obtidas utilizando circuitos multiplicadores

de voltagem que multiplicam e retificam a tensatildeo produzida por um transformador Seguindo

o tubo acelerador geralmente encontra-se um segundo eletroiacutematilde que permite direcionar o

feixe de iacuteons para uma das estaccedilotildees experimentais de acordo com as espeacutecies a serem

detectadas (no presente caso partiacuteculas retroespalhadas)

Detectores de estado soacutelido com junccedilotildees p-n obtidas por implantaccedilatildeo iocircnica

A junccedilatildeo p-n sob polarizaccedilatildeo reversa permite a coleta de cargas geradas na

produccedilatildeo de pares eleacutetron-lacuna Esse fenocircmeno ocorre quando um iacuteon atravessa um

semicondutor excitando eleacutetrons da banda de valecircncia para a banda de conduccedilatildeo que entatildeo

satildeo coletados no acircnodo Dessa forma o nuacutemero de eleacutetrons coletados no acircnodo eacute proporcional

ao nuacutemero de pares de eleacutetron-lacuna produzidos o qual eacute proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo

incidente desde que o iacuteon seja totalmente freado dentro do volume ativo do detector

Analisador multicanal (MCA) no modo de anaacutelise de intensidade de pulso

O MCA consta de uma sequecircncia de registradores onde cada pulso de entrada uma

vez digitalizado por um conversor analoacutegico-digital (ADC) eacute analisado com relaccedilatildeo a sua

amplitude (modo PHA) sob o controle de um discriminador Na sequecircncia o canal de

memoacuteria correspondente tem seu conteuacutedo incrementado em uma unidade Com isso

acumulam-se em um canal especiacutefico todos os pulsos de entrada de um pequeno intervalo de

amplitudes ou energias dos iacuteons incidentes Ao final com a soma dos pulsos recebidos em

cada canal obteacutem-se um histograma do nuacutemero de pulsos em funccedilatildeo de suas amplitudes ou

energias dos iacuteons incidentes

40 METODOLOGIA

41 Amostragem

Amostras de cabelo de 16 pessoas foram coletadas Os doadores foram entrevistados

seguindo o questionaacuterio disponiacutevel no ANEXO I e selecionados de acordo com os seguintes

criteacuterios possuiacuterem cabelos virgens (cabelos sem nenhum tipo de tratamento quiacutemico como

coloraccedilotildees tinturas alisantes entre outros) estarem saudaacuteveis serem natildeo fumantes e viverem

na Regiatildeo Metropolitana do Rio de Janeiro As amostras foram divididas em dois grupos de

oito o primeiro de pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo subterracircneo e o segundo com pessoas

que ingerem a aacutegua tratada e distribuiacuteda pela CEDAE

Foram analisadas amostras de cabelo de duas pessoas que consumiam a aacutegua do

mesmo poccedilo isto eacute duas amostras de cada residecircncia totalizando 4 poccedilos diferentes (a b c

d) na localidade Chaacutecaras Arcampo em Duque de Caxias ndash RJ (Figura 14)

Figura 14 Mapa com os pontos de coleta de amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua

de poccedilo em destaque a localizaccedilatildeo das residecircncias com os poccedilos

Fonte Google Earth Acesso em 30072015

As amostras foram coletadas na regiatildeo occipital da cabeccedila (nuca) como visto na

Figura 15 com o auxiacutelio de uma tesoura de accedilo inoxidaacutevel devidamente limpa com etanol

Essa regiatildeo eacute definida como padratildeo por ser menos suscetiacutevel a contaminaccedilatildeo exoacutegena e

tambeacutem por sempre existir cabelo em indiviacuteduos semicalvos [14] Em seguida as amostras

foram catalogadas e armazenadas em sacos plaacutesticos [5] Informaccedilotildees adicionais sobre o sexo

e a idade dos doadores e o tipo e cor das amostras de cabelo coletadas disponiacuteveis no ANEXO

II

Figura 15 Coleta de amostra de cabelo na regiatildeo occipital da cabeccedila

42 Lavagem das Amostras de Cabelo

Todas as amostras foram submetidas a uma sequecircncia de etapas de lavagem de 10

minutos cada utilizando acetona e aacutegua deionizada (Figura 16) Em seguida foram colocadas

para secar agrave temperatura ambiente de acordo com o procedimento recomendado pela Agecircncia

Internacional de Energia Atocircmica (IAEA) [5]

Figura 16 Lavagem das amostras de cabelo

As amostras analisadas por XRF foram colocadas diretamente no suporte do

equipamento Os fios foram colocados de maneira a se obter a superfiacutecie do porta-amostra

totalmente coberta pelo cabelo a qual em seguida foi coberta por um filme (Ultralenereg 4

microm de espessura) (Figura 17) Para a anaacutelise com o RBS o cabelo foi aderido ao suporte do

porta-amostra com o auxiacutelio de uma fita dupla face de carbono puro (Figura 18)

Figura 17 Amostra de cabelo em porta-amostra do equipamento de Fluorescecircncia de

Raios X

Figura 18 Amostra de cabelo no porta-amostra do equipamento de Espectrometria de

Retroespalhamento Rutherford

43 Paracircmetros Instrumentais

Anaacutelises semiquantitativas de XRF dos elementos presentes no cabelo foram

realizadas no Laboratoacuterio de Impacto de Foacutetons e Eleacutetrons (LIFE) na Universidade Federal do

Rio de Janeiro (UFRJ) Utilizou-se o Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios-X S8 TIGER

ndash BRUKER (Figura 19) na faixa de energia de 05 a 56 keV acircnodo de Rh trabalhando com 1

kW de potecircncia com uma janela de Be de 76 microm atraveacutes do software Quant-Express no

meacutetodo Best Detection O tempo de aquisiccedilatildeo para cada amostra foi de aproximadamente 20

minutos

Os dados por RBS foram realizados no Laboratoacuterio de Implantaccedilatildeo Iocircnica na

Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) Utilizou-se um acelerador de iacuteons

Tandetron - HVEE 3 MV (Figura 20) usando 2000 keV de iacuteons He+ incidentes e detecccedilatildeo de

partiacuteculas retroespalhadas a 165deg

Figura 19 Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X - S8 TIGER - BRUKER

Figura 20 Acelerador de iacuteons Tandetron - HVEE 3 MV onde foi feita a anaacutelise por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford

50 RESULTADOS E DISCUSSOtildeES

51 Anaacutelise por XRF

O espectro completo de XRF da amostra 2 referente ao cabelo de uma pessoa que

ingere aacutegua de poccedilo eacute mostrado na Figura 21 conforme obtido diretamente do equipamento

Eacute possiacutevel identificar as linhas de excitaccedilatildeo do Rh e as linhas de espalhamento Compton e

Rayleigh Os espectros ampliados somente na regiatildeo de interesse com as linhas de

fluorescecircncia Kα e Kβ atribuiacutedas agrave maioria dos elementos (exceto para o chumbo em que se

detectam as linhas Lα e Lβ) e sem as linhas de Rh de todas as amostras analisadas encontram-

se nos ANEXOS III e IV Os elementos analisados e a energia de suas linhas de emissatildeo de

fluorescecircncia Kα e Kβ satildeo apresentados na Tabela 4

Figura 21 Espectro de Fluorescecircncia de Raios X completo da amostra 2

Tabela 4 Energia em keV das principais linhas de emissatildeo de raios x dos elementos

analisados Adaptado de [26]

Os elementos observados e as concentraccedilotildees semiquantitativas das amostras de

cabelo das pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo e das amostras de cabelo das pessoas que

ingerem aacutegua distribuiacuteda pela CEDAE satildeo apresentados respectivamente nas Tabelas 5 e 6

Kα Kβ

Al 1487 1557

Si 1740 1836

P 2014 2139

S 2308 2464

Cl 2622 2816

Ca 3692 4013

Mn 5899 6490

Fe 6404 7058

Cu 8048 8905

Zn 8639 9572

Pb (Linhas Lα e Lβ) 10552 12614

Elementos

Analisados

Energia (keV) das Linhas de

Emissatildeo de Raios X

Tabela 5 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (1 a 8) que

ingerem aacutegua de poccedilo As concentraccedilotildees dos elementos foram normalizadas de modo que a

soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da matriz orgacircnica em conjunto

seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo ldquoa b c drdquo correlacionam a amostra

de cabelo com o poccedilo do qual o indiviacuteduo ingere aacutegua

1 2 3 4 5 6 7 8

Al 002 003 003 34 ppm natildeo det 006 natildeo det 001

Si 001 54 ppm 006 46 ppm 005 002 002 54 ppm

P 003 003 54 ppm 002 001 46 ppm natildeo det 004

S 117 071 115 118 166 135 151 098

Cl 003 65 ppm 002 002 natildeo det 003 natildeo det 61 ppm

Ca 003 003 80 ppm 002 004 002 008 008

Mn 73 ppm 78 ppm 58 ppm 10 ppm natildeo det 91 ppm natildeo det 54 ppm

Fe 001 001 92 ppm 29 ppm 38 ppm 001 27 ppm 83 ppm

Cu 44 ppm 41 ppm 46 ppm 31 ppm natildeo det 44 ppm 37 ppm 36 ppm

Zn 77 ppm 002 91 ppm 82 ppm 41 ppm 92 ppm 40 ppm 98 ppm

Pb 10 ppm 9 ppm 12 ppm 10 ppm natildeo det 10 ppm natildeo det 9 ppm

a b c d

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Elementos

Tabela 6 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (9 a 16)

que ingerem aacutegua tratada e distribuiacuteda pela CEDAE As concentraccedilotildees dos elementos foram

normalizadas de modo que a soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da

matriz orgacircnica em conjunto seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo

9 10 11 12 13 14 15 16

Al 001 36 ppm natildeo det 002 61 ppm 90 ppm 002 natildeo det

Si natildeo det 35 ppm natildeo det 40 ppm 79 ppm 60 ppm natildeo det natildeo det

P 003 34 ppm 003 002 natildeo det 46 ppm natildeo det 41 ppm

S 111 106 116 152 136 145 155 128

Cl 52 ppm 001 002 003 004 005 014 009

Ca 006 004 002 002 001 001 001 001

Mn 51 ppm 9 ppm 32 ppm natildeo det 24 ppm 57 ppm natildeo det 30 ppm

Fe 82 ppm 30 ppm 57 ppm 56 ppm 59 ppm 90 ppm 52 ppm 54 ppm

Cu 31 ppm 51 ppm 28 ppm 27 ppm 31 ppm 44 ppm 14 ppm 29 ppm

Zn 001 001 92 ppm 86 ppm 001 001 42 ppm 001

Pb natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det

Elementos

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

Na anaacutelise semiquantitativa por XRF pode-se verificar a presenccedila de elevadas

concentraccedilotildees de enxofre o que jaacute era esperado visto que este elemento faz parte da estrutura

da cisteiacutena o aminoaacutecido em maior quantidade na composiccedilatildeo do cabelo

Os elementos Ca Zn e Fe foram detectados em todas as amostras dos dois grupos O

Ca aparece na maior parte das amostras em concentraccedilotildees da ordem de enquanto que o Zn

e o Fe da ordem de ppm Os elementos Al P Mn Cl Si e Cu aparecem na maioria das

amostras em ambos os grupos No entanto o Pb foi observado em concentraccedilotildees da ordem de

ppm somente em amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo

Para as amostras 5 7 e 15 utilizou-se um porta amostra com maacutescara de 8 mm de

diacircmetro ao inveacutes da maacutescara de 34 mm utilizada para as outras amostras devido a pouca

quantidade de cabelo coletado Agrave vantagem de poder utilizar menos amostra com a maacutescara

de 8 mm contrapotildee-se um aumento do ruiacutedo de fundo e a consequente perda da sensibilidade

na anaacutelise Tal fato pode provavelmente justificar a quantidade menor de elementos

observados nessas amostras em comparaccedilatildeo com as demais incluindo a ausecircncia do elemento

chumbo nas amostras 5 e 7 jaacute que o mesmo aparece nas amostras 6 e 8 das pessoas que

bebem a mesma aacutegua dos poccedilos c e d respectivamente

52 Anaacutelise por RBS

Apresenta-se na Figura 22 o espectro de RBS da amostra 2 adquirido durante 8

horas de anaacutelise e apoacutes tratamento dos dados atraveacutes do programa computacional OriginPro 8

Duas ampliaccedilotildees (I e II) nas regiotildees de mais alta energia satildeo apresentadas nas Figuras 23 e

24 Observou-se a presenccedila dos elementos C N O Si S Cl Ti Cu Zn e Pb

As energias dos iacuteons He+ retroespalhados a partir da interaccedilatildeo com os nuacutecleos de Pb

e Hg satildeo muito proacuteximas tornando difiacutecil a resoluccedilatildeo dos sinais No entanto o Hg natildeo foi

observado em nenhuma das amostras por XRF enquanto o Pb pode ser detectado claramente

Conclui-se portanto que o degrau no espectro eacute correspondente ao Pb

Utilizando-se o caacutelculo da seccedilatildeo de choque de espalhamento Rutherford foi possiacutevel

obter uma anaacutelise quantitativa relativa da amostra 2 Para isso foi escolhido o enxofre como

elemento padratildeo devido ao fato do S estar presente em todas as amostras de cabelo e ser

facilmente detectaacutevel por ambas as teacutecnicas Para cada aacutetomo de S na amostra de cabelo as

seguintes proporccedilotildees atocircmicas foram obtidas 115 x 102 C 274 x 10

1 N 157 x 10

1 O 479 x

10-1

Si 641 x 10-1

Cl 454 x 10-2

Ti 162 x 10-2

Cu 265 x 10-2

Zn e 504 x 10-4

Pb

Figura 22 Espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da amostra 2

(grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 23 Ampliaccedilatildeo I do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 24 Ampliaccedilatildeo II do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

60 CONCLUSOtildeES

As teacutecnicas de XRF e RBS mostraram-se eficientes e complementares na

determinaccedilatildeo de vaacuterios elementos presentes em amostras de cabelo humano Atraveacutes das duas

teacutecnicas foi possiacutevel detectar de forma semiquantitativa a presenccedila de elementos desde o Al

ateacute o Pb Por RBS tambeacutem foram detectados elementos mais leves como C N e O A

utilizaccedilatildeo conjunta das duas teacutecnicas permitiu a identificaccedilatildeo inequiacutevoca de Pb no espectro de

RBS

Eacute evidente que as concentraccedilotildees dos elementos nas amostras de cabelo dependem de

diversos fatores tais como o tipo de alimentaccedilatildeo idade sexo ambiente em que o indiviacuteduo

vive e podem ser provenientes de meios exoacutegenos e endoacutegenos Entretanto considerando o

natildeo aparecimento do Pb em nenhuma das amostras de cabelo das pessoas que ingerem aacutegua

distribuiacuteda pela CEDAE aleacutem das anaacutelises preacutevias da aacutegua dos poccedilos da aacuterea em estudo eacute

possiacutevel afirmar que existe uma elevada possibilidade da aacutegua de poccedilo estaacute atuando como

uma fonte de contaminaccedilatildeo de Pb para as pessoas Como o Pb eacute um elemento toacutexico com

propriedade de bioacumulaccedilatildeo sua presenccedila pode gerar danos irreversiacuteveis aos organismos

vivos

70 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS

Como sugestotildees deste estudo podemos indicar

Realizar uma anaacutelise quantitativa de um nuacutemero mais amplo de amostras

Efetuar uma comparaccedilatildeo com materiais de referecircncia certificados a fim de

determinar com um grau de confiabilidade mais elevado se as quantidades de

chumbo detectadas nas amostras de cabelo estatildeo acima do intervalo de valores

considerados aceitaacuteveis

80 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

[1] POZEBON D DRESSLER V L CURTIUS A J Anaacutelise de cabelo uma revisatildeo

dos procedimentos para a determinaccedilatildeo de elementos traccedilo e aplicaccedilotildees Quiacutem Nova

1999 22 (6) 838-846

[2] FRAZAtildeO S V Estudo da determinaccedilatildeo de elementos traccedilo em cabelos humanos

pelo meacutetodo de anaacutelise por ativaccedilatildeo de necircutrons Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Ciecircncias na

Aacuterea de Tecnologia Nuclear ndash Aplicaccedilotildees Instituto de Pesquisas Energeacuteticas e Nucleares ndash

Universidade de Satildeo Paulo - USP Satildeo Paulo 2008

[3] CARNEIRO M T W D SILVEIRA C L P MIEKELEY N FORTES L M C

Reference intervals for minor and trace elements in human hair for the population of

Rio de Janeiro city Brazil Quiacutem Nova 2002 25 (1) 37-45

[4] KEMPSON I M SKINNER W M KIRKBRIDE K P The ocurrence and

incorporation of copper and zinc in hair and their potential role as bioindicators a

review Journal of Toxicology and Environmental Health 2007 B 10 611-622

[5] CORTES-TORO E DE GOEIJ J J M BASCO J CHENG Y KINOVA L

MATSUBARA J NIESE S SATP T WESENBERG G R MURAMATSU Y PARR

R M The significance of hair mineral analysis as a means for assessing internal body

burdens of environmental pollutants results from an IAEA co-ordinated research

programme Journal of Radionalytical and Nuclear Chemistry 1993 167 (2) 413-421

[6] CLAYTON E WOOLER K K Sample preparation and system calibration for

Proton-Induced X-ray Emission analysis of hair from occupationally exposed workers

Anal Chem198557 1075-1079

[7] MIEKELEY N CARNEIRO M T W D SILVEIRA C L P How reliable are

human hair reference intervals for trace elements The Science of the Total Environment

1998 218 9-17

[8] MIEKELEY N FORTES L M C SILVEIRA C L P LIMA M B Elemental

anomalies in hair as indicators of endocrinologic pathologies and deficiencies in calcium

and bone metabolism Journal of Trace Elements in Medicine and Biology 2001 15 46-55

[9] TORIBARA T Y JACKSON D A FRENCH W R THOMPSON A C

JACKLEVIC J M Nondestructive X-Ray Fluorescence Spectrometry for determination

of trace elements along a single strand of hair Anal Chem 1982 54 1844-1849

[10] KHUDER A BAKIR M A HASAN R MOHAMMAD A Determination of

nickel cuper zinc and lead in human scalp hair in Syrian occupationally exposed

workers by total reflection X-Ray Fluorescence Environ Monit Assess 2008 143 67-74

[11] BARANOWSKA I BARCHANSKI L BAK M SMOLEC B MZYK Z X-Ray

Fluorescence Spectrometry in multielemental analysis of hair and teeth Polish Journal of

Environmental Studies 2004 13 (6) 639-646

[12] WATT F LANDSBERG J P Nuclear microscopy biomedical applications

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research 1993 B 77 249-260

[13] PAIXAtildeO P V GOMES L M B Anaacutelise de aacutegua de poccedilos subterracircneos na

localidade Chaacutecaras Arcampo em Duque de Caxias ndash RJ Relatoacuterio Final de Estaacutegio

Iniciaccedilatildeo Cientiacutefica Instituto de Quiacutemica ndash Universidade Federal do Rio de Janeiro ndash UFRJ

Rio de Janeiro 2012

[14] ANUNCIACcedilAtildeO D L R Anaacutelise de elementos maiores menores e traccedilo em

amostras de cabelo aplicado a triagem populacional com elevada incidecircncia de cacircncer

Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Quiacutemica Instituto de Quiacutemica ndash Universidade de Brasiacutelia

Brasiacutelia ndash Distrito Federal 2008

[15] TEGON E C Caracterizaccedilatildeo Quiacutemica do Enxofre e do Caacutelcio presentes em

amostras de cabelos empregando as teacutecnicas XRF e NEXAFS Projeto de Final de Curso

em Quiacutemica com Atribuiccedilotildees Tecnoloacutegicas Instituto de Quiacutemica ndash Universidade Federal do

Rio de Janeiro Rio de Janeiro 2013

[16] Dossiecirc os minerais na alimentaccedilatildeo Food Ingredients Brasil 2008 ndeg 4 48-65

Disponiacutevel em lt wwwrevista-ficommaterias52pdfgt Acesso em 30 de julho de 2015

[17] CEDAE Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos Disponiacutevel em

ltwwwcedaecombrgt Acesso em 30 de julho de 2015

[18] IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatiacutestica Censo Brasileiro de 2010 Rio de

Janeiro 2010 Disponiacutevel em ltwwwcenso2010ibgegovbrgt Acesso em 30 de julho de

2015

[19] RESENDE D ALENCAR E ALMEIDA R BERTA R Principal reservatoacuterio do

Paraiacuteba do Sul Paraibuna chega ao volume morto pela primeira vez Jornal O Globo 22

de janeiro de 2015 Disponiacutevel em httpogloboglobocomrioprincipal-reservatorio-do-

paraiba-do-sul-paraibuna-chega-ao-volume-morto-pela-primeira-vez-gt Acesso em 30 de

julho de 2015

[20] Fundamentos teoacutericos da teacutecnica de anaacutelise espectromeacutetrica por fluorescecircncia de

raios-x PUC-Rio ndash Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em

lthttpwwwmaxwellvracpuc-riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 30 de julho de 2015

[21] TASCH P DAMIANI F OLIVEIRA L C M IE - 607A Teacutecnicas de anaacutelise e

caracterizaccedilatildeo de materiais Universidade Estadual de Campinas ndash UNICAMP Campinas

2000

[22] FILHO V F N Teacutecnicas analiacuteticas nucleares de Fluorescecircncia de Raios ndashX por

Dispersatildeo de Enerdia (ED-XRF) e por Reflexatildeo Total (TXRF) Departamento de Ciecircncias

Exatas ESALQ Laboratoacuterio de Instrumentaccedilatildeo Nuclear CENA Universidade de Satildeo Paulo

ndash USP Satildeo Paulo 1999

[23] PERDONAacute C R Introduccedilatildeo a espectrometria de Fluorescecircncia de Raios-X Manual

Teacutecnico ndash BRUKER 2014

[24] O espectrocircmetro de fluorescecircncia de raios-x Thermo ARL 9900 PUC-Rio ndash

Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em lthttpwwwmaxwellvracpuc-

riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 08 de agosto de 2015

[25] KRUG C Superfiacutecies porosas recobertas com metalocenos anaacutelise multivariada

envolvendo caracterizaccedilatildeo com feixe de iacuteons Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Fiacutesica Instituto

de Fiacutesica Universidade Federal do Rio Grande do Sul ndash UFRGS Porto Alegre 2000

[26] TABACNIKS M H Anaacutelise de filmes finos por PIXE e RBS Instituto de Fiacutesica da

Universidade de Satildeo Paulo Disponiacutevel em ltwww2ifuspbr~lamfipixeamprbspdfgt Acesso

em julho de 2015

[27] ALMEIDA C R Efeito de tratamentos teacutermico e quiacutemico de aerogeacuteis de oacutexido de

estanho Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Engenharia Eleacutetrica Universidade Federal de Santa

Catarina Florianoacutepolis 2013

[28] ATTWOOD D T HENKE B L et al X-Ray Data Booklet Lawrence Berkeley

Laboratory University of California Berkeley California 1986

ANEXO I

MODELO DO QUESTIONAacuteRIO PREENCHIDO ANTES DA COLETA DAS AMOSTRAS

DE CABELO

Coacutedigo da amostra

Nome

Idade (anos)

Endereccedilo

Fuma Sim ( ) Natildeo ( )

Ingere aacutegua de que tipo (poccedilo CEDAE) Poccedilo ( ) CEDAE ( )

Fez algum tipo de tratamento quiacutemico no cabelo

(coloraccedilatildeo alisamento etc)Sim ( ) Natildeo ( )

Qual Quando foi a uacuteltima vez

Esteve bem de sauacutede nos uacuteltimos 6 meses Sim ( ) Natildeo ( )

Data da coleta

Responsaacutevel pela coleta

COLETA DE AMOSTRA DE CABELO

ANEXO II

INFORMACcedilOtildeES ADICIONAIS SOBRE OS DOADORES E AS AMOSTRAS DE

CABELO COLETADAS

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

1 Feminino 62 Cacheado Castanho Escuro

2 Feminino 27 Cacheado Castanho Escuro

3 Feminino 17 Liso Castanho Escuro

4 Feminino 10 Cacheado Castanho Escuro

5 Feminino 58 Liso Castanho Escuro

6 Feminino 7 Cacheado Castanho Escuro

7 Masculino 17 Liso Castanho Claro

8 Feminino 39 Liso Castanho Escuro

Pessoas que Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

9 Feminino 41 Cacheado Castanho Escuro

10 Feminino 17 Ondulado Castanho Claro

11 Masculino 1 Cacheado Castanho Escuro

12 Feminino 11 Liso Castanho Escuro

13 Masculino 21 Liso Castanho Escuro

14 Masculino 42 Cacheado Preto

15 Masculino 6 Liso Preto

16 Masculino 14 Liso Preto

Pessoas que Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

ANEXO III

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DE POCcedilO (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 1

Amostra 2

Amostra 3

Amostra 4

Amostra 5

Amostra 6

Amostra 7

Amostra 8

ANEXO IV

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DISTRIBUIacuteDA PELA CEDAE (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 9

Amostra 10

Amostra 11

Amostra 12

Amostra 13

Amostra 14

Amostra 15

Amostra 16

Page 3: Dissertação Priscilla Velasco da Paixão

DETERMINACcedilAtildeO DE ELEMENTOS TRACcedilOS EM AMOSTRAS DE CABELO

UTILIZANDO AS TEacuteCNICAS DE FLUORESCEcircNCIA DE RAIOS X (XRF) E

ESPECTROMETRIA DE RETROESPALHAMENTO RUTHERFORD (RBS)

PRISCILLA VELASCO DA PAIXAtildeO

Rio de Janeiro 27 de agosto de 2015

Dissertaccedilatildeo de mestrado apresentada ao Programa de Poacutes-Graduaccedilatildeo em Quiacutemica

Instituto de Quiacutemica Universidade Federal do Rio de Janeiro - UFRJ como parte dos

requisitos necessaacuterios para a obtenccedilatildeo do grau de Mestre em Ciecircncias

Aprovada por

___________________________________________________________________________

Presidente - Orientador Prof Dr Gerardo Gerson Bezerra de Souza (IQUFRJ)

___________________________________________________________________________

Prof Dr Caacutessia Curan Turci (IQUFRJ)

___________________________________________________________________________

Prof Dr Enio Frota da Silveira (FIacuteSICAPUC-RIO)

P149 Paixatildeo Priscilla Velasco da Determinaccedilatildeo de elementos traccedilos em amostras de cabelo

utilizando as teacutecnicas de Fluorescecircncia de Raios X (XRF) e

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford (RBS) Priscilla

Velasco da Paixatildeo ndash Rio de Janeiro UFRJ IQ 2015

71 f Orientador Gerardo Gerson Bezerra de Souza Dissertaccedilatildeo (Mestrado) - Universidade Federal do Rio de Janeiro

Instituto de Quiacutemica Programa de Poacutes-Graduaccedilatildeo em Quiacutemica 2015

1 Elementos traccedilo 2 Amostras de cabelo 3 XRF 4 RBS

I Souza Gerardo Gerson Bezerra de (Orient) II Universidade

Federal do Rio de Janeiro Instituto de Quiacutemica Programa de Poacutes-

Graduaccedilatildeo em Quiacutemica III Tiacutetulo

CDD 5413

Dedico esta dissertaccedilatildeo agrave minha famiacutelia

Meu pai Luiz minha matildee Alessandra e

meu irmatildeo Jones

ldquoPor vocecircs faria mil vezesrdquo

AGRADECIMENTOS

A Deus e aos bons espiacuteritos que me guiam nesta jornada dando-me forccedilas para natildeo desistir e

seguir sempre evoluindo

Agrave minha famiacutelia o meu lar ao meu saudoso pai Luiz por toda seguranccedila e amor agrave minha matildee

Alessandra pelo conforto do abraccedilo e por toda a torcida e ao meu irmatildeo Jones pelo estiacutemulo

exemplo e total dedicaccedilatildeo

Agrave minha tia Maria Rosa por todo o amor incentivo e momentos plenos de felicidade

Ao Professor Gerardo Gerson pela orientaccedilatildeo e por contribuir na minha formaccedilatildeo

Agrave Professora Maria Luiza Rocco pelo carinho compreensatildeo e apoio

Agrave Professora Fernanda Stedile pela colaboraccedilatildeo nas mediccedilotildees e anaacutelises dos espectros por

RBS por toda a atenccedilatildeo e auxiacutelio

Agrave Joselaine Caacuteceres por toda a instruccedilatildeo paciecircncia boa energia e amizade

Aos amigos Leyza Lucas Kliacutecia Lima Maria Oliacutevia Rodrigo Pais Felipe Camacho

Marcello Ribeiro e Mostafa Galal por todos os momentos de estudos e descontraccedilatildeo com boas

risadas

Aos companheiros do LIFE Rycharda Lautaro Angeacutelica Vanessa Stephani Mayla Patrick

e Frederico pelo carinho e auxiacutelio

Aos funcionaacuterios da secretaria da poacutes-graduaccedilatildeo Marcelo Navarro e Claacuteudia Neiva por toda a

cordialidade na prestaccedilatildeo de serviccedilo

A todas as pessoas que doaram seus preciosos cabelos para a execuccedilatildeo deste trabalho

A FAPERJ CAPES e CNPq pelo apoio financeiro

Para ser grande secirc inteiro nada

Teu exagera ou exclui

Secirc todo em cada coisa Potildee quanto eacutes

No miacutenimo que fazes

Assim em cada lago a lua toda

Brilha porque alta vive

Ricardo Reis (Fernando Pessoa)

RESUMO

O cabelo humano eacute composto basicamente de trecircs camadas a cutiacutecula (parte externa) o

coacutertex (parte mediana) e a medula (parte interna) A alfa-queratina eacute uma proteiacutena de forma

espiralada que fornece sustentaccedilatildeo ao cabelo Estaacute imersa no coacutertex e eacute composta

principalmente pelo aminoaacutecido cisteiacutena rico em enxofre Cortes histoloacutegicos demonstraram

elevada atividade de metais pesados na alfa-queratina Embora o teor de cinzas no cabelo seja

inferior a 1 indicando uma baixa quantidade de minerais a presenccedila de determinado metal

indica a absorccedilatildeo e a exposiccedilatildeo do indiviacuteduo a esse elemento Assim eacute possiacutevel diagnosticar

por exemplo deficiecircncias nutricionais ou niacuteveis elevados de elementos que podem causar

danos agrave sauacutede Frente agrave anaacutelise de outras amostras bioloacutegicas tais como urina e sangue o

cabelo tem a vantagem da facilidade de amostragem sem trauma para o indiviacuteduo facilidade

de transporte e armazenamento aleacutem da estabilidade quiacutemica e estrutural da amostra No

presente trabalho comparou-se o teor de metais em amostras de cabelo de dois grupos de

pessoas que vivem na Regiatildeo Metropolitana do Rio de Janeiro Enquanto o primeiro grupo

ingere aacutegua de poccedilo o segundo grupo inclui as pessoas que ingerem a aacutegua distribuiacuteda pela

Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos CEDAE Duas teacutecnicas foram utilizadas

Fluorescecircncia de Raios X (XRF) e Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford (RBS)

Amostras de cabelo virgem de pessoas saudaacuteveis e natildeo fumantes foram coletadas lavadas e

armazenadas segundo orientaccedilotildees da Agecircncia Internacional de Energia Atocircmica (IAEA) As

medidas por XRF foram realizadas na Universidade Federal do Rio de Janeiro (com o

espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios-X S8 TIGER - BRUKER) na faixa de energia de

05 a 56 keV atraveacutes do meacutetodo Best Detection Os dados por RBS foram coletados na

Universidade Federal do Rio Grande do Sul (com o acelerador de iacuteons Tandetron - 3 MV

HVEE) usando 2000 keV de iacuteons He+ incidentes e detecccedilatildeo a 165deg As anaacutelises por XRF

evidenciaram a presenccedila de Al Si P S Cl Ca Mn Fe Cu e Zn em amostras de cabelo de

ambos os grupos A presenccedila do elemento natildeo essencial Pb foi observada apenas em amostras

de cabelo de pessoas que bebem aacutegua de poccedilo Aleacutem disso usando a teacutecnica de RBS em uma

amostra de cabelo C N O e Ti foram observados aleacutem dos outros elementos mais pesados e

atraveacutes do caacutelculo da seccedilatildeo de choque de espalhamento Rutherford foi obtida uma anaacutelise

quantitativa relativa

Palavras Chave elementos traccedilo amostras de cabelo XRF RBS

ABSTRACT

Human hair consists basically of three layers the cuticle (outer part) the cortex (middle part)

and the medulla (inner part) Alpha-keratin is a spiral shape protein that supports the hair It is

immersed in the cortex and is composed mainly by a sulfur-containing amino acid cysteine

Histological sections demonstrated high activity of heavy metals in the alpha-keratin

Although the ash content of hair is less than 1 indicating low amount of minerals the

presence of a particular element in hair indicates the absorption andor exposure to this

element Thus it is possible to diagnose for example nutritional deficiencies or high levels of

elements that may cause damage to health Faced with the analysis of other biological samples

such as urine and blood hair has the advantage of easy sampling without trauma to the

individual easy transport and storage besides the chemical and structural stability of this

sample In the present work we compare the metal content in hair samples from two sets of

people who live at the outskirts of the Rio de Janeiro city While the first group drinks plain

well water the second group includes people who drink the water distributed by the Rio de

Janeiro State Company CEDAE Two techniques have been used X-Ray Fluorescence

(XRF) and Rutherford Backscattering Spectrometry (RBS) Virgin hair samples of healthy

people and non-smokers were collected washed and stored according to the guidelines of the

International Atomic Energy Agency (IAEA) The XRF measurements were made at the

Federal University of Rio de Janeiro (X-Ray Fluorescence Spectrometer S8 TIGER ndash

BRUKER) in the energy range of 05 to 56 keV using the Best Detection Method The RBS

data were collected at the Federal University of Rio Grande do Sul (Tandetron - 3 MV HVEE

ion accelerator using 2000 keV He+ incident ions and detection at 165deg) XRF measurements

evidence the presence of Al Si P S Cl Ca Mn Fe Cu and Zn in hair samples from both

groups The presence of the non-essential element Pb was only observed in hair samples from

people who drink well water In addition using the RBS technique in a hair sample C N O

and Ti were observed and through the calculation of Rutherford scattering cross sections a

relative quantitative analysis was obtained

Keywords trace elements hair samples XRF RBS

SUMAacuteRIO

LISTA DE FIGURAS xi

LISTA DE TABELASxiii

LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS xiv

10 INTRODUCcedilAtildeO16

20 OBJETIVOS17

30 REVISAtildeO BIBLIOGRAacuteFICA E FUNDAMENTOS TEOacuteRICOS17

31 O Cabelo17

32 Elementos Essenciais e Natildeo Essenciais e a Sauacutede Humana21

33 Abastecimento de Aacutegua na Regiatildeo de Amostragem 24

34 Fluorescecircncia de Raios X - Teoria26

35 Fluorescecircncia de Raios X - Instrumentaccedilatildeo29

36 Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford - Teoria34

37 Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford - Instrumentaccedilatildeo38

40 METODOLOGIA40

41 Amostragem40

42 Lavagem das Amostras de Cabelo41

43 Paracircmetros Instrumentais43

50 RESULTADOS E DISCUSSOtildeES45

51 Anaacutelise por XRF45

52 Anaacutelise por RBS49

60 CONCLUSOtildeES51

70 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS52

80 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS53

ANEXO I MODELO DO QUESTIONAacuteRIO PREENCHIDO ANTES DA COLETA DAS

AMOSTRAS DE CABELO57

ANEXO II INFORMACcedilOtildeES ADICIONAIS SOBRE OS DOADORES E AS AMOSTRAS

DE CABELO COLETADAS59

ANEXO III ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE

INGEREM AacuteGUA DE POCcedilO (AMPLIACcedilAtildeO DA REGIAtildeO DE INTERESSE)61

ANEXO IV ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE

INGEREM AacuteGUA DISTRIBUIacuteDA PELA CEDAE (AMPLIACcedilAtildeO DA REGIAtildeO DE

INTERESSE)66

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 Desenho esquemaacutetico de um fio de cabelo18

Figura 2 Esquema das fases de crescimento do cabelo19

Figura 3 Estrutura secundaacuteria (α-heacutelice) da α-queratina19

Figura 4 Estrutura da Cisteiacutena e da Cistina21

Figura 5 Reservatoacuterio Paraibuna localizado na Bacia do Rio Paraiacuteba do Sul25

Figura 6 Poccedilo subterracircneo em Duque de Caxias26

Figura 7 Esquema do princiacutepio da Fluorescecircncia de Raios X27

Figura 8 Efeito Auger28

Figura 9 Espalhamento Compton e Rayleigh29

Figura 10 Instrumentaccedilatildeo do Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X por Dispersatildeo de

Comprimento de Onda - S8 TIGER - BRUKER29

Figura 11 Espalhamento elaacutestico em acircngulo de retroespalhamento de um iacuteon de massa M1

por um aacutetomo de massa M2 com M2gtM134

Figura 12 Esquema de um espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford de

um filme fino AB sobre um substrato C ainda mais leve36

Figura 13 Esquema dos componentes presentes na instrumentaccedilatildeo utilizada em anaacutelises por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford38

Figura 14 Mapa com os pontos de coleta de amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua

de poccedilo em destaque a localizaccedilatildeo das residecircncias com os poccedilos40

Figura 15 Coleta de amostra de cabelo na regiatildeo occipital da cabeccedila41

Figura 16 Lavagem das amostras de cabelo42

Figura 17 Amostra de cabelo em porta-amostra do equipamento de Fluorescecircncia de Raios

X42

Figura 18 Amostra de cabelo no porta-amostra do equipamento de Espectrometria de

Retroespalhamento Rutherford43

Figura 19 Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X - S8 TIGER - BRUKER44

Figura 20 Acelerador de iacuteons Tandetron - HVEE 3 MV onde foi feita a anaacutelise por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford44

Figura 21 Espectro de Fluorescecircncia de Raios X completo da amostra 245

Figura 22 Espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da amostra 2

(grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)50

Figura 23 Ampliaccedilatildeo I do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)50

Figura 24 Ampliaccedilatildeo II do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)51

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 Composiccedilatildeo de aminoaacutecidos no cabelo20

Tabela 2 Elementos traccedilo essenciais e algumas de suas funccedilotildees bioloacutegicas22

Tabela 3 Elementos traccedilo natildeo essenciais e suas toxicidades24

Tabela 4 Energia em keV das principais linhas de emissatildeo de raios x dos elementos

analisados46

Tabela 5 Concentraccedilatildeo dos elementos nas amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua

de poccedilo47

Tabela 6 Concentraccedilatildeo dos elementos nas amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua

distribuiacuteda pela CEDAE48

LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS

AAS - Atomic Absorption Spectroscopy (Espectroscopia de Absorccedilatildeo Atocircmica)

CEDAE - Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos do Rio de Janeiro

CONAMA - Conselho Nacional do Meio Ambiente

ERD - Elastic Recoil Detection (Anaacutelise por Detecccedilatildeo de Recuo Elaacutestico)

IAEA - International Atomic Energy Agency (Agecircncia Internacional de Energia Atocircmica)

IBGE - Instituto Brasileiro de Geografia e Estatiacutestica

ICP-AES - Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry (Espectrometria de

Emissatildeo Atocircmica com Plasma Indutivamente Acoplado)

ICP-MS - Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (Espectrometria de Massa com

Plasma Indutivamente Acoplado)

ICP-OES - Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometry (Espectrometria de

Emissatildeo Oacuteptica com Plasma Acoplado Indutivamente)

LIFE - Laboratoacuterio de Impacto de Foacutetons e Eleacutetrons

NAA - Neutron Activation Analysis (Anaacutelise por Ativaccedilatildeo de Necircutrons)

PET ndash Pentaeritriato

PHA - Pulse Height Analyzer (Analisador de Altura de Pulso)

PIXE - Proton Induced X-Ray Emission (Emissatildeo de Raios X Induzidos por Proacutetons)

RBS - Rutherford Backscattering Spectrometry (Espectrometria de Retroespalhamento

Rutherford)

UFRGS - Universidade Federal do Rio Grande do Sul

UFRJ - Universidade Federal do Rio de Janeiro

WDXRF - Wavelength Dispersive X-ray Fluorescence (Fluorescecircncia de Raios X por

Dispersatildeo de Comprimento de Onda)

XRF - X-Ray Fluorescence (Fluorescecircncia de Raios X)

16

10 INTRODUCcedilAtildeO

A determinaccedilatildeo de elementos traccedilo em cabelo tem sido assunto de estudo em

diversas aacutereas da ciecircncia dentre elas o monitoramento de exposiccedilatildeo ambiental e ocupacional

avaliaccedilatildeo da intoxicaccedilatildeo por metais toacutexicos avaliaccedilatildeo do estado nutricional diagnoacutestico e

prevenccedilatildeo de doenccedilas e nas ciecircncias forenses Isto se deve ao fato do cabelo ser considerado

um ldquodosiacutemetro bioloacutegicordquo que reflete a exposiccedilatildeo e absorccedilatildeo do indiviacuteduo a determinado

elemento ou seja a concentraccedilatildeo dos elementos traccedilo no cabelo indica a concentraccedilatildeo dos

mesmos no organismo [1-5]

Frente agrave anaacutelise de outros materiais bioloacutegicos como urina e sangue o cabelo tem a

vantagem da facilidade de amostragem (sem dor ou trauma para o indiviacuteduo) facilidade de

armazenamento transporte e manuseio possibilidade de obtenccedilatildeo de um registro histoacuterico de

exposiccedilatildeo aos elementos em questatildeo aleacutem da estabilidade estrutural da amostra permitindo o

diagnoacutestico por um periacuteodo maior de tempo (meses a anos) [1-46]

Haacute muita controveacutersia na literatura quanto aos dados disponiacuteveis em relaccedilatildeo agrave anaacutelise

elementar em cabelos no tocante agrave falta de um procedimento padratildeo de anaacutelise com uma

etapa de lavagem que seja completamente eficiente em eliminar a contaminaccedilatildeo exoacutegena (ar

aacutegua cosmeacuteticos entre outros) da contaminaccedilatildeo endoacutegena (incorporado ao fio do cabelo

durante a primeira fase de crescimento) [1-3]

Nas uacuteltimas deacutecadas vaacuterios estudos relacionados agrave determinaccedilatildeo elementar de

cabelos com foco em quiacutemica ambiental e ciecircncia meacutedica foram realizados Dentre as teacutecnicas

mais utilizadas encontram-se Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry

(ICP-AES) [13] Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (ICP-MS) [1378]

Neutron Activation Analysis (NAA) [15] Atomic Absorption Spectroscopy (AAS) [15] X-

Ray Fluorescence (XRF) [59-11] e Proton Induced X-Ray Emission (PIXE) [612]

Encontramos na literatura apenas um relato anterior sobre a anaacutelise por RBS de amostras de

cabelo em que a RBS foi utilizada para determinar os principais componentes de cabelo (C

N O e S) Os mesmos autores tambeacutem utilizaram PIXE para determinar elementos em

concentraccedilatildeo mais baixa e Elastic Recoil Detection (ERD) para determinar Hidrogecircnio [6]

Em trabalho de Iniciaccedilatildeo Cientiacutefica feito por mim com orientaccedilatildeo da Prof Dr Lola

Maria Braga Gomes do Departamento de Quiacutemica Analiacutetica-UFRJ em 2012 foram realizadas

anaacutelises da qualidade da aacutegua de 6 poccedilos subterracircneos na localidade Chaacutecaras Arcampo na

cidade de Duque de Caxias-RJ Foram determinados por ICP-OES os seguintes elementos

Cr Mn Fe Ni Cu Zn Ar Cd e Pb Constatou-se a presenccedila de chumbo em valores ateacute 55

vezes acima do permitido pelos Padrotildees de Qualidade de Aacutegua Subterracircnea do CONAMA

[13]

O presente trabalho foi realizado com a intenccedilatildeo de verificar quais elementos

estariam presentes nas amostras de cabelo das pessoas daquela localidade e que ingerem esse

tipo de aacutegua Dentro do nosso conhecimento esta eacute a primeira vez em que XRF e RBS satildeo

conjuntamente aplicados para a determinaccedilatildeo de elementos traccedilo presentes em amostras de

cabelo

Considera-se este trabalho relevante tanto para servir como fonte de dados quanto

para o seu possiacutevel uso no acircmbito social principalmente no que diz respeito ao abastecimento

de aacutegua e a sauacutede de parte da populaccedilatildeo que consome diariamente uma aacutegua sem tratamento

20 OBJETIVO

O presente trabalho tem como objetivo utilizar as teacutecnicas de Fluorescecircncia de

Raios X (XRF) e Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford (RBS) para determinar e

comparar elementos presentes em amostras de cabelo de dois grupos de pessoas que vivem na

Regiatildeo Metropolitana do Rio de Janeiro No primeiro grupo estatildeo pessoas que ingerem aacutegua

de poccedilo enquanto no segundo grupo estatildeo pessoas que ingerem aacutegua tratada e distribuiacuteda pela

Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos (CEDAE) do Rio de Janeiro

30 REVISAtildeO BIBLIOGRAacuteFICA E FUNDAMENTOS TEOacuteRICOS

31 O Cabelo

O cabelo possui uma funccedilatildeo esteacutetica com papel importante nos atributos da beleza

mas tem como principal funccedilatildeo a proteccedilatildeo da cabeccedila dos raios solares Esse processo eacute

realizado atraveacutes de receptores nervosos que agem como sensores teacutermicos capazes de

aumentar a proteccedilatildeo quando necessaacuterio [1214]

A composiccedilatildeo do cabelo eacute de aproximadamente 80 de proteiacutenas 15 de aacutegua e

aproximadamente 5 de lipiacutedios e constituintes inorgacircnicos O cabelo eacute basicamente

constituiacutedo por trecircs camadas cutiacutecula (camada externa) coacutertex (parte intermediaacuteria) e medula

(parte mais interna) (Fig 1) A cutiacutecula eacute formada por vaacuterias subcamadas separadas por um

complexo de ceacutelulas alongadas e justapostas que envolvem o coacutertex O coacutertex eacute o principal

constituinte do cabelo formado por um conjunto de ceacutelulas ciliacutendricas denominadas matriz e

perfeitamente ligadas umas as outras Na matriz encontram-se a α-queratina e outras

proteiacutenas A medula apresenta-se em pequena quantidade e pode estar ausente em alguns tipos

de cabelo Eacute composta por ceacutelulas anucleadas contendo lipiacutedeos e granulaccedilotildees pigmentadas

[1214]

Figura 1 Desenho esquemaacutetico de um fio de cabelo

Fonte http ltwwwartistasdocabelocombrgt Acesso em 30072015

O fio de cabelo desenvolve-se a partir de cavidades denominadas foliacuteculos pilosos

localizados de 3 a 5 mm abaixo da superfiacutecie da pele A taxa de crescimento meacutedio do fio eacute de

cerca de 1 cm por mecircs e cada fio pode ter de 15 a 120 microm de diacircmetro dependendo do tipo de

cabelo O ciclo de crescimento do cabelo eacute dividido em trecircs estaacutegios (Fig2)

Anaacutegeno ocorre o crescimento ativo do cabelo com irrigaccedilatildeo sanguiacutenea atraveacutes dos

foliacuteculos capilares na regiatildeo da papila Pode durar ateacute 7 anos Em um adulto cerca de

90 dos fios encontram-se neste estaacutegio

Cataacutegeno ocorre uma transiccedilatildeo entre o crescimento do fio e seu teacutermino dura apenas

algumas semanas O cabelo para de receber irrigaccedilatildeo sanguiacutenea para de crescer e a

parte mais profunda do foliacuteculo piloso fica mais proacutexima da superfiacutecie da pele

Teloacutegeno ocorre a queda do fio iniciando o crescimento de outro fio atraveacutes de um

foliacuteculo novo que surge no mesmo local [1214]

Figura 2 Esquema das fases de crescimento do cabelo

Fonte httpltwwwtratamentocalviciecombrartigo_02phpgt Acesso em 30072015

A α-queratina eacute uma proteiacutena que apresenta uma estrutura secundaacuteria (α-heacutelice) em

um arranjo helicoidal estabilizado por pontes de hidrogecircnio (Figura 3) e eacute responsaacutevel por dar

sustentaccedilatildeo ao cabelo Ela fica imersa na matriz e eacute composta por uma sequecircncia de

aminoaacutecidos (Tabela 1) sendo a cisteiacutena o principal desses

Figura 3 Estrutura secundaacuteria (α-heacutelice) da α-queratina

Fonte httpltwwwslideplayercombrgt Acesso em 27092015

Tabela 1 Composiccedilatildeo de aminoaacutecidos no cabelo normal Fonte [15]

Ligaccedilotildees quiacutemicas cruzadas entre as cadeias polimeacutericas de α-queratina formam

pontes dissulfeto (-S-S-) que datildeo origem aos resiacuteduos de cistina (Fig4) Como estatildeo em

grande quantidade na composiccedilatildeo do cabelo formam uma rede de alta resistecircncia e datildeo o

formato ao fio A reduccedilatildeo dessas ligaccedilotildees causa mudanccedilas nas propriedades mecacircnicas do fio

Cortes histoloacutegicos evidenciaram elevada atividade de metais pesados na α-queratina [114]

Aminoaacutecido Quantidade Residual ()

Aacutecido Aspaacutertico 49

Aacutecido Glutacircmico 114

Alanina 46

Arginina 58

Cisteiacutena 178

Fenilalanina 16

Glicina 64

Histidina 09

Isoleucina 26

Leucina 58

Lisina 27

Metionina 06

Prolina 84

Serina 117

Tirosina 2

Treonina 68

Valina 58

Figura 4 Estrutura da Cisteiacutena e da Cistina Reaccedilatildeo de oxi-reduccedilatildeo formando a ponte

dissulfeto Adaptado de httpltbiocienciascpoblogspotcombr201211resumo-

proteinashtmlgt

A incorporaccedilatildeo de elementos ao cabelo pode ocorrer por dois meios exoacutegeno e

endoacutegeno A incorporaccedilatildeo endoacutegena ocorre no primeiro estaacutegio de crescimento do fio onde o

foliacuteculo capilar encontra-se em contato com as glacircndulas secretoras e vasos sanguiacuteneos

Assim os elementos quiacutemicos que circulam no organismo atraveacutes dos fluidos podem

incorporar-se ao cabelo Estima-se que o periacuteodo entre a absorccedilatildeo pelo indiviacuteduo e a

incorporaccedilatildeo de elementos no cabelo seja de 30 dias Um modelo mais simples sugere que a

incorporaccedilatildeo endoacutegena ocorra de forma passiva isto eacute por difusatildeo [1] Os metais ligam-se

aos aminoaacutecidos atraveacutes de seus grupos funcionais como sulfidrila (-SH) amina (-NH2)

hidroxila (-OH) e carboxila (-COOH) nos quais a forccedila destas ligaccedilotildees dependeraacute da

estrutura eletrocircnica externa do metal [14]

Na incorporaccedilatildeo exoacutegena os elementos quiacutemicos satildeo levados ao cabelo por fatores

externos como aacutegua poeira fumaccedila cosmeacuteticos entre outros Os elementos podem ligar-se agrave

cutiacutecula do fio capilar principalmente se as cutiacuteculas estiverem danificadas [14]

32 Elementos Essenciais e Natildeo Essenciais e a Sauacutede Humana

Os elementos traccedilos podem ser divididos em essenciais e natildeo essenciais de acordo

com a importacircncia nutricional e a influecircncia no organismo dos seres vivos Os elementos

traccedilo essenciais satildeo considerados beneacuteficos e indispensaacuteveis para os seres vivos dentro de

uma faixa especiacutefica de concentraccedilatildeo Na Tabela 2 estatildeo listados os elementos traccedilo

essenciais e suas respectivas funccedilotildees bioloacutegicas [214]

Tabela 2 Elementos traccedilo essenciais e algumas de suas funccedilotildees bioloacutegicas

Adaptado de [14 16]

B Previne a osteoporose em mulheres na fase poacutes-menopausa

CaImportante na coagulaccedilatildeo sanguinea na contraccedilatildeo muscular transmissatildeo nervosa e

formaccedilatildeo de ossos e dentes

Cl Presente no suco gaacutestrico manteacutem o equilibrio hidrico e de eletroacutelitos

Co Constituinte da vitamina B12

Cr Importante no metabolismo da glicose

Cu Cofator em enzimas redox e no transporte de O2

F Prevenccedilatildeo das patologias bucodentaacuteria e oacutessea atua tambeacutem nos tecidos celulares

Fe Cofator em muitas enzimas e proteiacutenas heme

IPresente na estrutura de dois fatores hormonais da glacircndula tireoacuteide (tiroxina e

triiodotiroxina)

KImportante na regulaccedilatildeo da atividade neuromuscular crescimento celular e equiliacutebrio

osmoacutetico

MgRegula diversas reaccedilotildees enzimaacuteticas e age sobre as trocas iocircnicas da membrana

celular

MnCofator em muitas enzimas auxilia na reduccedilatildeo de accedilucar no sangue e a regular o

funcionamento do sistema reprodutivo

Elementos Essenciais e suas Funccedilotildees Bioloacutegicas

Os elementos traccedilo natildeo essenciais satildeo aqueles que natildeo apresentam nenhuma funccedilatildeo

no metabolismo das espeacutecies animais e vegetais e quando estatildeo em alta concentraccedilatildeo podem

provocar efeitos negativos ao organismo dos seres vivos Na Tabela 3 estatildeo listados alguns

elementos traccedilo natildeo essenciais e suas toxicidades [214]

Mo Cofator em enzimas que metabolizam os aminoaacutecidos metionina e cistina

NaAtua no controle osmoacutetico volume plasmaacutetico transmissatildeo de impulsos nervosos e

controle da contraccedilatildeo muscular

Ni A essencialidade eacute provaacutevel mas ainda natildeo estaacute estabelecida

PAtua na formaccedilatildeo dos ossos e dentes participa da estrutura das membranas

celulares e do processo de absorccedilatildeo renal da glicose

SParticipa da construccedilatildeo das proteiacutenas e no metabolismo energeacutetico faz parte de

algumas vitaminas (tiamina e biotina)

SeParticipaccedilatildeo na siacutentese de hormocircnios tireoideanos na accedilatildeo antioxidante e eacute cofator

em enzimas

Si Atua na estrutura da derme promovendo sua elasticidade

Sn A essencialidade eacute provaacutevel mas ainda natildeo estaacute estabelecida

V A essencialidade eacute provaacutevel mas ainda natildeo estaacute estabelecida

ZnCofator em algumas enzimas e na insulina tambeacutem exerce influecircncia no metabolismo

dos aacutecidos nucleiacutecos

Tabela 3 Elementos traccedilo natildeo essenciais e suas toxicidades Adaptado de [14]

Os termos macrominerais e microminerais (ou elementos-traccedilo) tambeacutem satildeo muito

utilizados no meio cientiacutefico principalmente na aacuterea de nutriccedilatildeo Os macrominerais satildeo

aqueles elementos encontrados em altas concentraccedilotildees nas amostras geralmente acima de

1 ou cuja necessidade diaacuteria no organismo seja maior que 100 mg No cabelo satildeo

considerados macrominerais por exemplo Ca P S Mg Na K e Cl Jaacute os microminerais satildeo

aqueles encontrados em baixas concentraccedilotildees na amostra (ppm ou ppb) ou cuja necessidade

no organismo seja inferior a 100 mg por dia No cabelo podem ser citados os seguintes

microminerais Fe Zn Cu Mn I Cr Se F Co Ni Si e Mo [114]

33 Abastecimento de Aacutegua na Regiatildeo de Amostragem

No Estado do Rio de Janeiro a captaccedilatildeo tratamento aduccedilatildeo e distribuiccedilatildeo das redes

de aacutegua ficam a cargo da CEDAE ndash Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos No presente

momento a CEDAE abastece cerca de 9 milhotildees de pessoas em 64 dos 92 municiacutepios do

Estado sendo Duque de Caxias um desses [17]

O abastecimento de aacutegua pela CEDAE na cidade de Duque de Caxias nunca ocorreu

de forma contiacutenua e natildeo haacute garantia da manutenccedilatildeo da qualidade da aacutegua ateacute a chegada ao

Al

Causa ao organismo anemia enfraquecimento dos ossos e muacutesculos

dificuldade no metabolismo do caacutelcio alteraccedilotildees hepatoloacutegicas e

renais dores de cabeccedila e nervosismo

AsInterrompe a expressatildeo de diversos genes em especial aqueles que

participam das vias de transduccedilatildeo de sinal

CdOcasiona perda de peso hemorragia danos ao sistema respiratoacuterio

hepatoloacutegico e renal

PbGera alteraccedilotildees cardiovasculares gastrointestinais hematoloacutegicas

renais neuroloacutegicas e imunoloacutegicas

Elementos Natildeo Essenciais e suas Toxicidades

consumidor Segundo dados do CENSO-2010 dos 269353 domiciacutelios estabelecidos no

municiacutepio de Duque de Caxias apenas 63 alegaram receber aacutegua de redes de distribuiccedilatildeo

[18] Diante do cenaacuterio atual em que o Sudeste vive a maior crise hiacutedrica dos uacuteltimos cem

anos devido agrave escassez de chuvas os reservatoacuterios que abastecem o estado do Rio de Janeiro

encontram-se em niacuteveis muito baixos e alguns deles chegaram ao volume morto (reserva

teacutecnica) Com isso o abastecimento de aacutegua para a populaccedilatildeo estaacute a cada dia mais escasso

Na Figura 5 apresenta-se uma foto da situaccedilatildeo do maior reservatoacuterio da Bacia do Rio Paraiacuteba

do Sul (em fevereiro deste ano) Este reservatoacuterio alimenta a Estaccedilatildeo de Tratamento de Aacutegua

do Guandu que por sua vez eacute responsaacutevel pelo abastecimento de toda a Regiatildeo Metropolitana

do Rio de Janeiro [19]

Figura 5 Reservatoacuterio Paraibuna localizado na Bacia do Rio Paraiacuteba do Sul apoacutes estiagem dos uacuteltimos anos

Na foto o reservatoacuterio estaacute com -056 da capacidade (volume morto) 03022015 Fonte http

ltogloboglobocomrionivel-de-reservatorios-do-rio-paraiba-do-sul-apresentam-leve-melhora-apos-chuvas-

fortes-15229418gt Acesso em 30072015

Devido aos fatores mencionados aliados agrave facilidade de manutenccedilatildeo e ao baixo custo

de perfuraccedilatildeo a utilizaccedilatildeo de aacutegua de poccedilo subterracircneo (Figura 6) eacute cada vez mais requisitada

para suprir as carecircncias de abastecimento No Brasil o aquiacutefero subterracircneo abastece cerca de

19 do total dos domiciacutelios particulares enquanto que no municiacutepio de Duque de Caxias este

percentual atinge os 35 segundo o CENSO-2010 [18]

Figura 6 Poccedilo subterracircneo em Duque de Caxias

34 Fluorescecircncia de Raios X - Teoria

A Espectroscopia de Fluorescecircncia de Raios X eacute uma teacutecnica natildeo destrutiva que

permite a identificaccedilatildeo simultacircnea (qualitativa e quantitativa) de elementos presentes em uma

amostra A teacutecnica baseia-se no fato dos elementos quiacutemicos emitirem radiaccedilotildees

caracteriacutesticas quando submetidos a uma excitaccedilatildeo adequada [20-23]

As amostras satildeo irradiadas com foacutetons (feixe de raios x) gerados por uma fonte Esse

feixe de raios x primaacuterio possui energia suficiente para ejetar eleacutetrons de camadas internas do

aacutetomo (camadas com maior energia de ligaccedilatildeo) transferindo energia para este eleacutetron que eacute

ejetado como fotoeleacutetron O aacutetomo fica instaacutevel (excitado) com uma vacacircncia na camada

interna Com o intuito de diminuir a energia do sistema eleacutetrons de outras camadas

preenchem essa lacuna A diferenccedila de energia entre os niacuteveis da transiccedilatildeo eletrocircnica eacute

liberada atraveacutes da emissatildeo de um foacuteton de raios x (fluorescecircncia ou raio x secundaacuterio) que

tem energia caracteriacutestica para cada elemento como ilustrado na Figura 7 A energia do raio x

caracteriacutestico eacute fornecida pela Equaccedilatildeo 1 [20-23]

Ex = Eni - Enf (Eq1)

Onde

Ex = energia do raio x caracteriacutestico emitido

Eni Enf = energia dos estados eletrocircnicos inicial e final respectivamente

Figura 7 Esquema do princiacutepio da Fluorescecircncia de Raios X

Fonteltwwwshimadzucombrgt Acesso em 30072015

A radiaccedilatildeo caracteriacutestica eacute nomeada de acordo com o niacutevel de onde se apresenta a

vacacircncia (K L M) e de qual niacutevel (α β) e subniacutevel (1 2) proveacutem o eleacutetron que iraacute

ocupar essa lacuna Por exemplo a vacacircncia originada na camada K pode ser preenchida por

eleacutetrons de dois subniacuteveis da camada L o que origina as linhas espectrais Kα1 e Kα2 Se a

vacacircncia da camada K fosse ocupada por um eleacutetron da M teria-se o Kβ e assim por diante

[23]

Com isso os elementos em uma amostra podem ser identificados atraveacutes da medida

do comprimento de onda (ou energia) dessas radiaccedilotildees caracteriacutesticas e as concentraccedilotildees

mensuradas pela intensidade dessas radiaccedilotildees [2123]

Quando um feixe de raios x incide sobre um determinado material diversas formas

de interaccedilatildeo entre a radiaccedilatildeo e a mateacuteria podem ocorrer tais como o Efeito Auger e os

espalhamentos Rayleigh e Compton [20-23]

O processo de relaxaccedilatildeo natildeo-radiativa ou Efeito Auger ocorre quando o aacutetomo

excitado emite um eleacutetron (eleacutetron Auger) ao inveacutes do processo de fluorescecircncia (Figura 8)

Esses dois processos de relaxaccedilatildeo do sistema satildeo concorrentes e a predominacircncia de um ou de

outro depende do numero atocircmico O Efeito Auger prevalece em elementos com baixo

nuacutemero atocircmico (Zlt20) [21]

Figura 8 Efeito Auger [20]

O fenocircmeno de espalhamento de raios x eacute importante em espectroscopia pois eacute

responsaacutevel pela intensidade da radiaccedilatildeo de fundo (background) presente em uma

determinada medida Ele eacute a soma dos efeitos de dois fenocircmenos o espalhamento coerente

elaacutestico ou Rayleigh no qual os raios x primaacuterios satildeo defletidos sem perda de energia isto eacute

sem alteraccedilatildeo no comprimento de onda (λ) e o espalhamento incoerente inelaacutestico ou

Compton no qual foacutetons de raios x primaacuterio satildeo defletidos com perda de energia e com

ejeccedilatildeo de um fotoeleacutetron (Figura 9) [21]

Figura 9 Espalhamento Compton e Rayleigh [21]

35 Fluorescecircncia de Raios X - Instrumentaccedilatildeo

Na Figura 10 pode ser observado um esquema com os principais componentes do

espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X por Dispersatildeo de Comprimento de Onda

(WDXRF - Wavelength Dispersive X-ray Fluorescence) utilizado neste trabalho Suas

funccedilotildees seratildeo descritas em seguida [23]

Figura 10 Instrumentaccedilatildeo do Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X por Dispersatildeo de

Comprimento de Onda - S8 TIGER - BRUKER [23]

Tubo de Raios X

A radiaccedilatildeo incidente eacute produzida em um tubo de raios x consistindo em uma ampola

de vidro ou de metal sob alto vaacutecuo com um filamento de tungstecircnio em uma extremidade

denominado caacutetodo e um alvo de metal na outra extremidade denominado acircnodo

O filamento eacute aquecido por uma corrente eleacutetrica e emite eleacutetrons (emissatildeo

termiocircnica) Os eleacutetrons satildeo acelerados rumo a um acircnodo (alvo) empregando-se uma

diferenccedila de potencial (10-70 kV) Raios x primaacuterios satildeo produzidos quando esses eleacutetrons

com alta velocidade colidem com o material alvo Com o impacto a maior parte da energia

cineacutetica dos eleacutetrons eacute convertida em calor exigindo que o acircnodo seja resfriado de forma

eficiente Apenas uma pequena parte (02-05 dependendo do tipo do alvo) da energia

eletrocircnica eacute convertida em raios x uacuteteis

Essa radiaccedilatildeo consiste em um Contiacutenuo ou Bremsstrahlung e linhas de raios x

caracteriacutesticas do material alvo (aleacutem de linhas caracteriacutesticas de quaisquer contaminantes

presentes) Assim o espectro primaacuterio de um tubo de raios x convencional consiste em linhas

caracteriacutesticas do material do acircnodo (por exemplo Rh) superpostas a um contiacutenuo de

radiaccedilatildeo

Os tubos de raios x satildeo geralmente isolados atraveacutes de uma janela de beriacutelio pois

esse elemento apresenta baixa absorccedilatildeo de raios x e alta resistecircncia mecacircnica para suportar as

diferenccedilas de pressatildeo

Filtros do Feixe Primaacuterio

O espectro primaacuterio pode natildeo conter apenas as linhas do elemento-alvo mas tambeacutem

as linhas de impurezas como Fe Cr ou Cu presentes em vaacuterias partes do tubo Desta forma o

niacutevel de fundo (background) na posiccedilatildeo desses elementos no espectro pode ser elevado

Filtros de feixe primaacuterio satildeo utilizados para filtrar as linhas caracteriacutesticas do tubo se

o mesmo elemento estiver presente na amostra ou se houver sobreposiccedilatildeo por uma linha do

tubo em linhas de elementos da amostra No equipamento em que foram feitas as anaacutelises satildeo

utilizados (automaticamente) os filtros de Cu de 200 microm de espessura e o de Al de 500 microm de

espessura

Maacutescara

Delimita a aacuterea da amostra que seraacute irradiada

Selo de vaacutecuo (Vacuum seal )

Protege o sistema de detecccedilatildeo dos foacutetons de raios x de qualquer vazamento de

amostra

Goniocircmetro

Em equipamentos de dispersatildeo sequencial empregam-se uma ldquogeometria do feixe

paralelordquo ou uma ldquogeometria de cristal planardquo permitindo que os acircngulos do cristal e do

detector sejam selecionados por um aparelho chamado goniocircmetro

O goniocircmetro eacute uma estrutura de rotaccedilatildeo que permite que o cristal e o detector

possuam um movimento angular acoplado θ a 2θ entre eles

Colimador

Colima o feixe divergente de raios x emitido pela amostra Satildeo normalmente feitos

de uma seacuterie de lacircminas paralelas O comprimento e o espaccedilamento entre as lacircminas

determinam a divergecircncia angular admitida pelo colimador Essa divergecircncia angular

juntamente com o cristal determina a resoluccedilatildeo final do espectro

Pode-se melhorar a resoluccedilatildeo fechando o colimador para minimizar a divergecircncia

Poreacutem com isso a intensidade tambeacutem diminui Assim torna-se necessaacuterio um equiliacutebrio

entre a resoluccedilatildeo final (necessaacuteria para evitar sobreposiccedilotildees espectrais importantes) e a

sensibilidade (relacionada com a intensidade)

Cristal

Separa os vaacuterios comprimentos de onda emitidos pela amostra A lei de Bragg

(equaccedilatildeo 2) propotildee que se um plano cristalino tiver um espaccedilamento interplanar (d) refletindo

um comprimento de raios x (λ) essa onda difere em caminho percorrido por uma distacircncia

(2dsenθ) da onda refletida pelo plano adjacente Quando esse caminho percorrido difere por

um nuacutemero inteiro de comprimento de onda tem-se uma interferecircncia construtiva e os raios x

refletidos satildeo reforccedilados Caso contraacuterio tem-se uma interferecircncia destrutiva e os raios x

refletidos se anulam A equaccedilatildeo de Bragg (2)

119899120582 = 2119889119904119890119899120579 (Eq 2)

Onde

n = nuacutemero inteiro (1 2 3) chamado Ordem de Difraccedilatildeo

d = espaccedilamento interplanos no cristal utilizado

θ = acircngulo de Bragg ou acircngulo de difraccedilatildeo

λ = comprimento de onda da linha espectral

Dessa forma para um dado plano cristalino e uma dada ordem de difraccedilatildeo cada

comprimento de onda no espectro de XRF incidente eacute difratado em um uacutenico acircngulo O

comprimento de onda maacuteximo que o proacuteprio plano cristalino pode difratar eacute 2d (quando senθ

assume o valor maacuteximo de 1) Portanto eacute necessaacuterio um cristal ou um plano cristalino com

diferentes valores de 2d para cobrir diferentes intervalos de comprimento de onda em toda a

tabela perioacutedica No espectrocircmetro utilizado neste trabalho foram usados os seguintes cristais

XS-55 (multicamada de WSi) do C ateacute o Mg PET (Pentaeritriato) do Al ateacute o Ti e LiF 200

do K ateacute o U

Detector

Converte os foacutetons de raios x em pulsos de tensatildeo mensuraacuteveis Satildeo utilizados dois

detectores para cobrir todos os elementos do Be ao U Detector de fluxo proporcional

(preenchido com Ar) para elementos do Be ao Cr e o detector de cintilaccedilatildeo de NaI(Tl) para

elementos do Mn ao U

Detectores de fluxo proporcional

Satildeo detectores de radiaccedilatildeo que operam a partir da ionizaccedilatildeo de gases Satildeo

constituiacutedos por um conjunto de eletrodos e um gaacutes Quando o gaacutes eacute colocado entre dois

eletrodos aos quais eacute aplicada certa diferenccedila de potencial os caacutetions e eleacutetrons produzidos

pela passagem de radiaccedilatildeo seratildeo atraiacutedos pelos eletrodos de carga oposta e por eles seratildeo

coletados Na regiatildeo de verdadeira proporcionalidade (Equaccedilatildeo 3) a razatildeo entre a carga

coletada pelos eletrodos e a carga gerada pela ionizaccedilatildeo primaacuteria manteacutem-se constante para as

diferenccedilas de potencial (∆V) aplicadas e com um capacitor de capacitacircncia (C)

Quando a radiaccedilatildeo atravessa esse tipo de detector e produz pares iocircnicos (formados

por eleacutetrons e caacutetions do gaacutes) esses caacutetions (ionizaccedilatildeo primaacuteria) satildeo acelerados adquirindo

energia suficiente para produzir novos pares iocircnicos (ionizaccedilatildeo secundaacuteria) por colisatildeo com

moleacuteculas inicialmente neutras do gaacutes Assim haacute uma multiplicaccedilatildeo do nuacutemero de pares

original A carga coletada eacute igual agrave carga produzida pela radiaccedilatildeo (Q) multiplicada por um

fator (M) denominado ldquoganhordquo

∆119881 = (119872119876)

119862 (Eq 3)

Portanto o sinal produzido tem altura proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo incidente

Detectores de cintilaccedilatildeo

O cintilador eacute uma substacircncia soacutelida ou liacutequida na qual a energia de radiaccedilatildeo

incidente eacute transferida aos eleacutetrons do material sendo depois emitida na forma de radiaccedilatildeo

eletromagneacutetica de frequecircncia menor (visiacutevel ou ultravioleta)

O detector de cintilaccedilatildeo utilizado eacute constituiacutedo por um cristal de NaI(Tl) (iodeto de

soacutedio ativado com 1 de iodeto de taacutelio) no qual ocorre a emissatildeo de radiaccedilatildeo de frequecircncia

menor aleacutem de um fotomultiplicador onde essa radiaccedilatildeo luminosa eacute transformada em pulso

eleacutetrico e amplificada

O mecanismo de cintilaccedilatildeo nos cristais inorgacircnicos baseia-se na propriedade dos

semicondutores terem banda de valecircncia e banda de conduccedilatildeo Na banda de valecircncia os

eleacutetrons estatildeo essencialmente ligados aos siacutetios do cristal Jaacute na banda de conduccedilatildeo os

eleacutetrons tecircm energia suficiente para migrar atraveacutes do cristal No cristal puro natildeo satildeo

encontrados eleacutetrons na banda proibida

Ao incidir uma radiaccedilatildeo no cristal pode ocorrer excitaccedilatildeo de eleacutetrons ateacute a banda de

conduccedilatildeo deixando lacunas na banda de valecircncia (normalmente preenchida)

No cristal puro a energia necessaacuteria para formar um par eleacutetronlacuna eacute

aproximadamente a mesma liberada quando esse par se recombina Assim os espectros de

absorccedilatildeo e emissatildeo superpotildeem-se ocorrendo autoabsorccedilatildeo da radiaccedilatildeo luminosa produzida

Se o cristal for ativado a emissatildeo pode ocorrer via um siacutetio do ativador para o qual a energia

de transiccedilatildeo eacute menor do que a necessaacuteria para a criaccedilatildeo do par eleacutetronlacuna Desse modo o

espectro emitido eacute deslocado para comprimentos de onda maiores e natildeo causa nova absorccedilatildeo

No tubo fotomultiplicador converte-se a radiaccedilatildeo de baixa intensidade produzida no

cintilador em um sinal eleacutetrico uacutetil agrave detecccedilatildeo e contagem de radiaccedilatildeo

Analisador de altura de pulso (PHA)

A energia do foacuteton incidente de raios x determina o tamanho do pulso de tensatildeo

produzido pelo detector O analisador de altura de pulso faz uso dessa propriedade a fim de

selecionar apenas um intervalo estreito de pulsos de voltagem rejeitando todos os pulsos com

intensidades fora do intervalo escolhido

Ao final utiliza-se o meacutetodo de integraccedilatildeo dos recebidos em um integrador

eletrocircnico Se N representa o nuacutemero de contagens em um tempo de integraccedilatildeo t segundos

entatildeo a taxa de contagem eacute Nt contagens por segundo (cps)

36 Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford - Teoria

A teacutecnica de RBS consiste em incidir partiacuteculas monoenergeacuteticas de um feixe de iacuteons

(geralmente iacuteons He+) de alta energia em um alvo estacionaacuterio Ao colidirem com os aacutetomos

do alvo as partiacuteculas satildeo elasticamente espalhadas no campo eleacutetrico do nuacutecleo do aacutetomo e

chegam a um detector por um acircngulo de retroespalhamento Na Figura 11 apresenta-se um

esquema de espalhamento elaacutestico [25-27]

Figura 11 Espalhamento elaacutestico em acircngulo de retroespalhamento de um iacuteon de massa M1

por um aacutetomo de massa M2 com M2gtM1 [25]

O detector ao receber as partiacuteculas espalhadas produz um pulso ou sinal que eacute entatildeo

processado por um analisador multicanal e classificado conforme a amplitude que

corresponde a uma escala em energia Como resultado as informaccedilotildees sobre a composiccedilatildeo

elementar do aacutetomo alvo satildeo obtidas a partir de um espectro de contagens em funccedilatildeo da

energia das partiacuteculas retroespalhadas detectadas [25]

O fator cinemaacutetico (K) eacute responsaacutevel pela anaacutelise elementar qualitativa Essa

grandeza depende da razatildeo entre as energias das partiacuteculas incidentes antes (E0) e depois (E)

do espalhamento (Equaccedilatildeo 4)

119870 = 119864

1198640 (Eq 4)

Considerando as conservaccedilotildees de energia e do momentum na colisatildeo elaacutestica obteacutem-

se a relaccedilatildeo entre o fator cinemaacutetico (K) a massa atocircmica da partiacutecula incidente (M1) a massa

atocircmica do aacutetomo alvo (M2) e o acircngulo de espalhamento (θ) (Eq 5)

119870 = [1198721 119888119900119904120579+ (1198722

2minus 11987212 1199041198901198992120579)

12

1198721+ 1198722]

2

(Eq 5)

Os valores de M1 θ e E0 satildeo preacute-fixados conhecendo E determina-se K e por

conseguinte determina-se M2

A Figura 12 apresenta um esquema do espectro de RBS de um filme fino de

composiccedilatildeo geneacuterica AB onde a massa de A eacute maior do que a massa de B depositado em um

substrato C ainda mais leve

Figura 12 Esquema de um espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford de

um filme fino AB sobre um substrato C ainda mais leve [27]

A resoluccedilatildeo em massa da teacutecnica eacute a diferenccedila miacutenima de massa entre dois aacutetomos-

alvo para que sinais resolvidos possam ser observados no espectro A discriminaccedilatildeo em massa

eacute maacutexima para θ = 180deg razatildeo pela qual satildeo utilizados acircngulos elevados experimentalmente

Pode-se melhorar a resoluccedilatildeo em massa na RBS aumentando a energia e a massa dos aacutetomos

incidentes e melhorando a resoluccedilatildeo do sistema de detecccedilatildeo com o cuidado para natildeo degradar

os detectores [25]

Outra grandeza importante em RBS eacute a seccedilatildeo de choque de espalhamento (σ) que eacute

uma medida da probabilidade de ocorrer o espalhamento e que atribui o caraacuteter quantitativo agrave

teacutecnica [25] Considerando um nuacutemero de partiacuteculas espalhadas (H) sobre um detector tem-se

a Equaccedilatildeo 6

119867 = 119876119873119905 ⟨119889120590

119889120570⟩Ω (Eq 6)

Onde

Q = nuacutemero de partiacuteculas que atinge a amostra

N = densidade volumeacutetrica dos aacutetomos alvo

t = espessura do alvo

⟨119889120590

119889120570⟩ = seccedilatildeo de choque meacutedia de espalhamento

Ω = acircngulo soacutelido do detector em relaccedilatildeo ao feixe

Para acircngulos pequenos tem-se ⟨119889120590

119889120570⟩ = (

119889120590

119889120570)120579

= σ (Eq 7)

Logo 119867 = 119876119873119905120590120570 (Eq 8)

Na Equaccedilatildeo 8 conhecendo o nuacutemero de partiacuteculas que atinge o alvo Q e o detector

H pode-se determinar o numero de aacutetomos por unidade de aacuterea da amostra (Nt) desde que se

conheccedila o acircngulo soacutelido de detecccedilatildeo Ω e a seccedilatildeo de choque de espalhamento (σ) Para uma

colisatildeo elaacutestica entre dois aacutetomos com nuacutemeros atocircmicos Z1 e Z2 (do aacutetomo incidente e do

aacutetomo alvo respectivamente) em que a forccedila de interaccedilatildeo eacute a repulsatildeo eletrostaacutetica dos

nuacutecleos a seccedilatildeo de choque de espalhamento diferencial (por unidade de acircngulo soacutelido) eacute dada

pela Foacutermula de Rutherford (Equaccedilatildeo 9)

119889120590

119889120570= (

119885111988521198902

4119864)2

4

1199041198901198994120579

[1minus ((

11987211198722) 119904119890119899120579)

2

]

12

+cos120579

[1minus ((11987211198722)119904119890119899 120579)

2

]

12

2

(Eq 9)

Em siacutentese a razatildeo entre as concentraccedilotildees relativas dos elementos A e B na

superfiacutecie de uma amostra 119873119860119860119861(119909)

119873119861119860119861(119909)

pode ser calculada com o auxiacutelio de um programa

computacional ou atraveacutes da medida de altura dos degraus obtidos no espectro sendo

calculadas com as Equaccedilotildees 10 e 11

(119889120590

119889120570)119861

(119889120590

119889120570)119860

= Ji (Eq 10)

119873119860119860119861(119909)

119873119861119860119861(119909)

= 119867119860119860119861

119867119861119860119861 119869119894 (Eq 11)

37 Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford - Instrumentaccedilatildeo

Na Figura 13 pode ser observado um esquema com os principais componentes da

instrumentaccedilatildeo utilizada em anaacutelises por RBS que seratildeo descritos em seguida de acordo com

o equipamento utilizado para a realizaccedilatildeo deste trabalho e com informaccedilotildees obtidas na

referecircncia [25]

Figura 13 Esquema dos componentes presentes na instrumentaccedilatildeo utilizada em anaacutelises por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford Fonte Adaptado de [25]

O Laboratoacuterio de Implantaccedilatildeo Iocircnica da Universidade Federal do Rio Grande do Sul

possui um acelerador Tandetron equipado com fontes de iacuteons dos tipos sputtering e de

plasma com tecnologia ldquotandemrdquo com 3MV de tensatildeo maacutexima no terminal e cinco estaccedilotildees

experimentais de linhas distintas incluindo a de RBS

Fonte de iacuteons

Fonte de Plasma um gaacutes ou um vapor eacute ionizado por meio de campos

eletromagneacuteticos na faixa de radiofrequecircncia ou ao ser atravessado por corrente eleacutetrica

Fonte de ldquoSputteringrdquo os iacuteons satildeo produzidos por transferecircncia de momentum

quando da colisatildeo de um feixe primaacuterio (geralmente Cs+) com um alvo soacutelido

Aceleradores ldquotandemrdquo

Neste tipo de acelerador iacuteons positivos deixam a fonte passam por uma troca de

carga (com vapor de Liacutetio ou outro elemento eletropositivo) e satildeo conduzidos com carga

negativa ao tubo acelerador onde satildeo atraiacutedos por um terminal positivo No caso dos iacuteons

produzidos serem originalmente negativos a troca de carga eacute suprimida Junto ao terminal

positivo passam por uma seccedilatildeo contendo um gaacutes ou vapor (N2 no presente caso) ou por uma

folha muito fina de carbono para que os iacuteons emergentes tenham perdido os eleacutetrons Com

carga positiva satildeo novamente acelerados agora por repulsatildeo do terminal Diferenccedilas de

potencial da ordem de vaacuterios milhotildees de volts satildeo obtidas utilizando circuitos multiplicadores

de voltagem que multiplicam e retificam a tensatildeo produzida por um transformador Seguindo

o tubo acelerador geralmente encontra-se um segundo eletroiacutematilde que permite direcionar o

feixe de iacuteons para uma das estaccedilotildees experimentais de acordo com as espeacutecies a serem

detectadas (no presente caso partiacuteculas retroespalhadas)

Detectores de estado soacutelido com junccedilotildees p-n obtidas por implantaccedilatildeo iocircnica

A junccedilatildeo p-n sob polarizaccedilatildeo reversa permite a coleta de cargas geradas na

produccedilatildeo de pares eleacutetron-lacuna Esse fenocircmeno ocorre quando um iacuteon atravessa um

semicondutor excitando eleacutetrons da banda de valecircncia para a banda de conduccedilatildeo que entatildeo

satildeo coletados no acircnodo Dessa forma o nuacutemero de eleacutetrons coletados no acircnodo eacute proporcional

ao nuacutemero de pares de eleacutetron-lacuna produzidos o qual eacute proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo

incidente desde que o iacuteon seja totalmente freado dentro do volume ativo do detector

Analisador multicanal (MCA) no modo de anaacutelise de intensidade de pulso

O MCA consta de uma sequecircncia de registradores onde cada pulso de entrada uma

vez digitalizado por um conversor analoacutegico-digital (ADC) eacute analisado com relaccedilatildeo a sua

amplitude (modo PHA) sob o controle de um discriminador Na sequecircncia o canal de

memoacuteria correspondente tem seu conteuacutedo incrementado em uma unidade Com isso

acumulam-se em um canal especiacutefico todos os pulsos de entrada de um pequeno intervalo de

amplitudes ou energias dos iacuteons incidentes Ao final com a soma dos pulsos recebidos em

cada canal obteacutem-se um histograma do nuacutemero de pulsos em funccedilatildeo de suas amplitudes ou

energias dos iacuteons incidentes

40 METODOLOGIA

41 Amostragem

Amostras de cabelo de 16 pessoas foram coletadas Os doadores foram entrevistados

seguindo o questionaacuterio disponiacutevel no ANEXO I e selecionados de acordo com os seguintes

criteacuterios possuiacuterem cabelos virgens (cabelos sem nenhum tipo de tratamento quiacutemico como

coloraccedilotildees tinturas alisantes entre outros) estarem saudaacuteveis serem natildeo fumantes e viverem

na Regiatildeo Metropolitana do Rio de Janeiro As amostras foram divididas em dois grupos de

oito o primeiro de pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo subterracircneo e o segundo com pessoas

que ingerem a aacutegua tratada e distribuiacuteda pela CEDAE

Foram analisadas amostras de cabelo de duas pessoas que consumiam a aacutegua do

mesmo poccedilo isto eacute duas amostras de cada residecircncia totalizando 4 poccedilos diferentes (a b c

d) na localidade Chaacutecaras Arcampo em Duque de Caxias ndash RJ (Figura 14)

Figura 14 Mapa com os pontos de coleta de amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua

de poccedilo em destaque a localizaccedilatildeo das residecircncias com os poccedilos

Fonte Google Earth Acesso em 30072015

As amostras foram coletadas na regiatildeo occipital da cabeccedila (nuca) como visto na

Figura 15 com o auxiacutelio de uma tesoura de accedilo inoxidaacutevel devidamente limpa com etanol

Essa regiatildeo eacute definida como padratildeo por ser menos suscetiacutevel a contaminaccedilatildeo exoacutegena e

tambeacutem por sempre existir cabelo em indiviacuteduos semicalvos [14] Em seguida as amostras

foram catalogadas e armazenadas em sacos plaacutesticos [5] Informaccedilotildees adicionais sobre o sexo

e a idade dos doadores e o tipo e cor das amostras de cabelo coletadas disponiacuteveis no ANEXO

II

Figura 15 Coleta de amostra de cabelo na regiatildeo occipital da cabeccedila

42 Lavagem das Amostras de Cabelo

Todas as amostras foram submetidas a uma sequecircncia de etapas de lavagem de 10

minutos cada utilizando acetona e aacutegua deionizada (Figura 16) Em seguida foram colocadas

para secar agrave temperatura ambiente de acordo com o procedimento recomendado pela Agecircncia

Internacional de Energia Atocircmica (IAEA) [5]

Figura 16 Lavagem das amostras de cabelo

As amostras analisadas por XRF foram colocadas diretamente no suporte do

equipamento Os fios foram colocados de maneira a se obter a superfiacutecie do porta-amostra

totalmente coberta pelo cabelo a qual em seguida foi coberta por um filme (Ultralenereg 4

microm de espessura) (Figura 17) Para a anaacutelise com o RBS o cabelo foi aderido ao suporte do

porta-amostra com o auxiacutelio de uma fita dupla face de carbono puro (Figura 18)

Figura 17 Amostra de cabelo em porta-amostra do equipamento de Fluorescecircncia de

Raios X

Figura 18 Amostra de cabelo no porta-amostra do equipamento de Espectrometria de

Retroespalhamento Rutherford

43 Paracircmetros Instrumentais

Anaacutelises semiquantitativas de XRF dos elementos presentes no cabelo foram

realizadas no Laboratoacuterio de Impacto de Foacutetons e Eleacutetrons (LIFE) na Universidade Federal do

Rio de Janeiro (UFRJ) Utilizou-se o Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios-X S8 TIGER

ndash BRUKER (Figura 19) na faixa de energia de 05 a 56 keV acircnodo de Rh trabalhando com 1

kW de potecircncia com uma janela de Be de 76 microm atraveacutes do software Quant-Express no

meacutetodo Best Detection O tempo de aquisiccedilatildeo para cada amostra foi de aproximadamente 20

minutos

Os dados por RBS foram realizados no Laboratoacuterio de Implantaccedilatildeo Iocircnica na

Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) Utilizou-se um acelerador de iacuteons

Tandetron - HVEE 3 MV (Figura 20) usando 2000 keV de iacuteons He+ incidentes e detecccedilatildeo de

partiacuteculas retroespalhadas a 165deg

Figura 19 Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X - S8 TIGER - BRUKER

Figura 20 Acelerador de iacuteons Tandetron - HVEE 3 MV onde foi feita a anaacutelise por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford

50 RESULTADOS E DISCUSSOtildeES

51 Anaacutelise por XRF

O espectro completo de XRF da amostra 2 referente ao cabelo de uma pessoa que

ingere aacutegua de poccedilo eacute mostrado na Figura 21 conforme obtido diretamente do equipamento

Eacute possiacutevel identificar as linhas de excitaccedilatildeo do Rh e as linhas de espalhamento Compton e

Rayleigh Os espectros ampliados somente na regiatildeo de interesse com as linhas de

fluorescecircncia Kα e Kβ atribuiacutedas agrave maioria dos elementos (exceto para o chumbo em que se

detectam as linhas Lα e Lβ) e sem as linhas de Rh de todas as amostras analisadas encontram-

se nos ANEXOS III e IV Os elementos analisados e a energia de suas linhas de emissatildeo de

fluorescecircncia Kα e Kβ satildeo apresentados na Tabela 4

Figura 21 Espectro de Fluorescecircncia de Raios X completo da amostra 2

Tabela 4 Energia em keV das principais linhas de emissatildeo de raios x dos elementos

analisados Adaptado de [26]

Os elementos observados e as concentraccedilotildees semiquantitativas das amostras de

cabelo das pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo e das amostras de cabelo das pessoas que

ingerem aacutegua distribuiacuteda pela CEDAE satildeo apresentados respectivamente nas Tabelas 5 e 6

Kα Kβ

Al 1487 1557

Si 1740 1836

P 2014 2139

S 2308 2464

Cl 2622 2816

Ca 3692 4013

Mn 5899 6490

Fe 6404 7058

Cu 8048 8905

Zn 8639 9572

Pb (Linhas Lα e Lβ) 10552 12614

Elementos

Analisados

Energia (keV) das Linhas de

Emissatildeo de Raios X

Tabela 5 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (1 a 8) que

ingerem aacutegua de poccedilo As concentraccedilotildees dos elementos foram normalizadas de modo que a

soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da matriz orgacircnica em conjunto

seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo ldquoa b c drdquo correlacionam a amostra

de cabelo com o poccedilo do qual o indiviacuteduo ingere aacutegua

1 2 3 4 5 6 7 8

Al 002 003 003 34 ppm natildeo det 006 natildeo det 001

Si 001 54 ppm 006 46 ppm 005 002 002 54 ppm

P 003 003 54 ppm 002 001 46 ppm natildeo det 004

S 117 071 115 118 166 135 151 098

Cl 003 65 ppm 002 002 natildeo det 003 natildeo det 61 ppm

Ca 003 003 80 ppm 002 004 002 008 008

Mn 73 ppm 78 ppm 58 ppm 10 ppm natildeo det 91 ppm natildeo det 54 ppm

Fe 001 001 92 ppm 29 ppm 38 ppm 001 27 ppm 83 ppm

Cu 44 ppm 41 ppm 46 ppm 31 ppm natildeo det 44 ppm 37 ppm 36 ppm

Zn 77 ppm 002 91 ppm 82 ppm 41 ppm 92 ppm 40 ppm 98 ppm

Pb 10 ppm 9 ppm 12 ppm 10 ppm natildeo det 10 ppm natildeo det 9 ppm

a b c d

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Elementos

Tabela 6 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (9 a 16)

que ingerem aacutegua tratada e distribuiacuteda pela CEDAE As concentraccedilotildees dos elementos foram

normalizadas de modo que a soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da

matriz orgacircnica em conjunto seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo

9 10 11 12 13 14 15 16

Al 001 36 ppm natildeo det 002 61 ppm 90 ppm 002 natildeo det

Si natildeo det 35 ppm natildeo det 40 ppm 79 ppm 60 ppm natildeo det natildeo det

P 003 34 ppm 003 002 natildeo det 46 ppm natildeo det 41 ppm

S 111 106 116 152 136 145 155 128

Cl 52 ppm 001 002 003 004 005 014 009

Ca 006 004 002 002 001 001 001 001

Mn 51 ppm 9 ppm 32 ppm natildeo det 24 ppm 57 ppm natildeo det 30 ppm

Fe 82 ppm 30 ppm 57 ppm 56 ppm 59 ppm 90 ppm 52 ppm 54 ppm

Cu 31 ppm 51 ppm 28 ppm 27 ppm 31 ppm 44 ppm 14 ppm 29 ppm

Zn 001 001 92 ppm 86 ppm 001 001 42 ppm 001

Pb natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det

Elementos

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

Na anaacutelise semiquantitativa por XRF pode-se verificar a presenccedila de elevadas

concentraccedilotildees de enxofre o que jaacute era esperado visto que este elemento faz parte da estrutura

da cisteiacutena o aminoaacutecido em maior quantidade na composiccedilatildeo do cabelo

Os elementos Ca Zn e Fe foram detectados em todas as amostras dos dois grupos O

Ca aparece na maior parte das amostras em concentraccedilotildees da ordem de enquanto que o Zn

e o Fe da ordem de ppm Os elementos Al P Mn Cl Si e Cu aparecem na maioria das

amostras em ambos os grupos No entanto o Pb foi observado em concentraccedilotildees da ordem de

ppm somente em amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo

Para as amostras 5 7 e 15 utilizou-se um porta amostra com maacutescara de 8 mm de

diacircmetro ao inveacutes da maacutescara de 34 mm utilizada para as outras amostras devido a pouca

quantidade de cabelo coletado Agrave vantagem de poder utilizar menos amostra com a maacutescara

de 8 mm contrapotildee-se um aumento do ruiacutedo de fundo e a consequente perda da sensibilidade

na anaacutelise Tal fato pode provavelmente justificar a quantidade menor de elementos

observados nessas amostras em comparaccedilatildeo com as demais incluindo a ausecircncia do elemento

chumbo nas amostras 5 e 7 jaacute que o mesmo aparece nas amostras 6 e 8 das pessoas que

bebem a mesma aacutegua dos poccedilos c e d respectivamente

52 Anaacutelise por RBS

Apresenta-se na Figura 22 o espectro de RBS da amostra 2 adquirido durante 8

horas de anaacutelise e apoacutes tratamento dos dados atraveacutes do programa computacional OriginPro 8

Duas ampliaccedilotildees (I e II) nas regiotildees de mais alta energia satildeo apresentadas nas Figuras 23 e

24 Observou-se a presenccedila dos elementos C N O Si S Cl Ti Cu Zn e Pb

As energias dos iacuteons He+ retroespalhados a partir da interaccedilatildeo com os nuacutecleos de Pb

e Hg satildeo muito proacuteximas tornando difiacutecil a resoluccedilatildeo dos sinais No entanto o Hg natildeo foi

observado em nenhuma das amostras por XRF enquanto o Pb pode ser detectado claramente

Conclui-se portanto que o degrau no espectro eacute correspondente ao Pb

Utilizando-se o caacutelculo da seccedilatildeo de choque de espalhamento Rutherford foi possiacutevel

obter uma anaacutelise quantitativa relativa da amostra 2 Para isso foi escolhido o enxofre como

elemento padratildeo devido ao fato do S estar presente em todas as amostras de cabelo e ser

facilmente detectaacutevel por ambas as teacutecnicas Para cada aacutetomo de S na amostra de cabelo as

seguintes proporccedilotildees atocircmicas foram obtidas 115 x 102 C 274 x 10

1 N 157 x 10

1 O 479 x

10-1

Si 641 x 10-1

Cl 454 x 10-2

Ti 162 x 10-2

Cu 265 x 10-2

Zn e 504 x 10-4

Pb

Figura 22 Espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da amostra 2

(grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 23 Ampliaccedilatildeo I do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 24 Ampliaccedilatildeo II do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

60 CONCLUSOtildeES

As teacutecnicas de XRF e RBS mostraram-se eficientes e complementares na

determinaccedilatildeo de vaacuterios elementos presentes em amostras de cabelo humano Atraveacutes das duas

teacutecnicas foi possiacutevel detectar de forma semiquantitativa a presenccedila de elementos desde o Al

ateacute o Pb Por RBS tambeacutem foram detectados elementos mais leves como C N e O A

utilizaccedilatildeo conjunta das duas teacutecnicas permitiu a identificaccedilatildeo inequiacutevoca de Pb no espectro de

RBS

Eacute evidente que as concentraccedilotildees dos elementos nas amostras de cabelo dependem de

diversos fatores tais como o tipo de alimentaccedilatildeo idade sexo ambiente em que o indiviacuteduo

vive e podem ser provenientes de meios exoacutegenos e endoacutegenos Entretanto considerando o

natildeo aparecimento do Pb em nenhuma das amostras de cabelo das pessoas que ingerem aacutegua

distribuiacuteda pela CEDAE aleacutem das anaacutelises preacutevias da aacutegua dos poccedilos da aacuterea em estudo eacute

possiacutevel afirmar que existe uma elevada possibilidade da aacutegua de poccedilo estaacute atuando como

uma fonte de contaminaccedilatildeo de Pb para as pessoas Como o Pb eacute um elemento toacutexico com

propriedade de bioacumulaccedilatildeo sua presenccedila pode gerar danos irreversiacuteveis aos organismos

vivos

70 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS

Como sugestotildees deste estudo podemos indicar

Realizar uma anaacutelise quantitativa de um nuacutemero mais amplo de amostras

Efetuar uma comparaccedilatildeo com materiais de referecircncia certificados a fim de

determinar com um grau de confiabilidade mais elevado se as quantidades de

chumbo detectadas nas amostras de cabelo estatildeo acima do intervalo de valores

considerados aceitaacuteveis

80 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

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dos procedimentos para a determinaccedilatildeo de elementos traccedilo e aplicaccedilotildees Quiacutem Nova

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pelo meacutetodo de anaacutelise por ativaccedilatildeo de necircutrons Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Ciecircncias na

Aacuterea de Tecnologia Nuclear ndash Aplicaccedilotildees Instituto de Pesquisas Energeacuteticas e Nucleares ndash

Universidade de Satildeo Paulo - USP Satildeo Paulo 2008

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Iniciaccedilatildeo Cientiacutefica Instituto de Quiacutemica ndash Universidade Federal do Rio de Janeiro ndash UFRJ

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Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Quiacutemica Instituto de Quiacutemica ndash Universidade de Brasiacutelia

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Paraiacuteba do Sul Paraibuna chega ao volume morto pela primeira vez Jornal O Globo 22

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paraiba-do-sul-paraibuna-chega-ao-volume-morto-pela-primeira-vez-gt Acesso em 30 de

julho de 2015

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raios-x PUC-Rio ndash Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em

lthttpwwwmaxwellvracpuc-riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 30 de julho de 2015

[21] TASCH P DAMIANI F OLIVEIRA L C M IE - 607A Teacutecnicas de anaacutelise e

caracterizaccedilatildeo de materiais Universidade Estadual de Campinas ndash UNICAMP Campinas

2000

[22] FILHO V F N Teacutecnicas analiacuteticas nucleares de Fluorescecircncia de Raios ndashX por

Dispersatildeo de Enerdia (ED-XRF) e por Reflexatildeo Total (TXRF) Departamento de Ciecircncias

Exatas ESALQ Laboratoacuterio de Instrumentaccedilatildeo Nuclear CENA Universidade de Satildeo Paulo

ndash USP Satildeo Paulo 1999

[23] PERDONAacute C R Introduccedilatildeo a espectrometria de Fluorescecircncia de Raios-X Manual

Teacutecnico ndash BRUKER 2014

[24] O espectrocircmetro de fluorescecircncia de raios-x Thermo ARL 9900 PUC-Rio ndash

Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em lthttpwwwmaxwellvracpuc-

riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 08 de agosto de 2015

[25] KRUG C Superfiacutecies porosas recobertas com metalocenos anaacutelise multivariada

envolvendo caracterizaccedilatildeo com feixe de iacuteons Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Fiacutesica Instituto

de Fiacutesica Universidade Federal do Rio Grande do Sul ndash UFRGS Porto Alegre 2000

[26] TABACNIKS M H Anaacutelise de filmes finos por PIXE e RBS Instituto de Fiacutesica da

Universidade de Satildeo Paulo Disponiacutevel em ltwww2ifuspbr~lamfipixeamprbspdfgt Acesso

em julho de 2015

[27] ALMEIDA C R Efeito de tratamentos teacutermico e quiacutemico de aerogeacuteis de oacutexido de

estanho Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Engenharia Eleacutetrica Universidade Federal de Santa

Catarina Florianoacutepolis 2013

[28] ATTWOOD D T HENKE B L et al X-Ray Data Booklet Lawrence Berkeley

Laboratory University of California Berkeley California 1986

ANEXO I

MODELO DO QUESTIONAacuteRIO PREENCHIDO ANTES DA COLETA DAS AMOSTRAS

DE CABELO

Coacutedigo da amostra

Nome

Idade (anos)

Endereccedilo

Fuma Sim ( ) Natildeo ( )

Ingere aacutegua de que tipo (poccedilo CEDAE) Poccedilo ( ) CEDAE ( )

Fez algum tipo de tratamento quiacutemico no cabelo

(coloraccedilatildeo alisamento etc)Sim ( ) Natildeo ( )

Qual Quando foi a uacuteltima vez

Esteve bem de sauacutede nos uacuteltimos 6 meses Sim ( ) Natildeo ( )

Data da coleta

Responsaacutevel pela coleta

COLETA DE AMOSTRA DE CABELO

ANEXO II

INFORMACcedilOtildeES ADICIONAIS SOBRE OS DOADORES E AS AMOSTRAS DE

CABELO COLETADAS

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

1 Feminino 62 Cacheado Castanho Escuro

2 Feminino 27 Cacheado Castanho Escuro

3 Feminino 17 Liso Castanho Escuro

4 Feminino 10 Cacheado Castanho Escuro

5 Feminino 58 Liso Castanho Escuro

6 Feminino 7 Cacheado Castanho Escuro

7 Masculino 17 Liso Castanho Claro

8 Feminino 39 Liso Castanho Escuro

Pessoas que Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

9 Feminino 41 Cacheado Castanho Escuro

10 Feminino 17 Ondulado Castanho Claro

11 Masculino 1 Cacheado Castanho Escuro

12 Feminino 11 Liso Castanho Escuro

13 Masculino 21 Liso Castanho Escuro

14 Masculino 42 Cacheado Preto

15 Masculino 6 Liso Preto

16 Masculino 14 Liso Preto

Pessoas que Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

ANEXO III

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DE POCcedilO (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 1

Amostra 2

Amostra 3

Amostra 4

Amostra 5

Amostra 6

Amostra 7

Amostra 8

ANEXO IV

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DISTRIBUIacuteDA PELA CEDAE (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 9

Amostra 10

Amostra 11

Amostra 12

Amostra 13

Amostra 14

Amostra 15

Amostra 16

Page 4: Dissertação Priscilla Velasco da Paixão

P149 Paixatildeo Priscilla Velasco da Determinaccedilatildeo de elementos traccedilos em amostras de cabelo

utilizando as teacutecnicas de Fluorescecircncia de Raios X (XRF) e

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford (RBS) Priscilla

Velasco da Paixatildeo ndash Rio de Janeiro UFRJ IQ 2015

71 f Orientador Gerardo Gerson Bezerra de Souza Dissertaccedilatildeo (Mestrado) - Universidade Federal do Rio de Janeiro

Instituto de Quiacutemica Programa de Poacutes-Graduaccedilatildeo em Quiacutemica 2015

1 Elementos traccedilo 2 Amostras de cabelo 3 XRF 4 RBS

I Souza Gerardo Gerson Bezerra de (Orient) II Universidade

Federal do Rio de Janeiro Instituto de Quiacutemica Programa de Poacutes-

Graduaccedilatildeo em Quiacutemica III Tiacutetulo

CDD 5413

Dedico esta dissertaccedilatildeo agrave minha famiacutelia

Meu pai Luiz minha matildee Alessandra e

meu irmatildeo Jones

ldquoPor vocecircs faria mil vezesrdquo

AGRADECIMENTOS

A Deus e aos bons espiacuteritos que me guiam nesta jornada dando-me forccedilas para natildeo desistir e

seguir sempre evoluindo

Agrave minha famiacutelia o meu lar ao meu saudoso pai Luiz por toda seguranccedila e amor agrave minha matildee

Alessandra pelo conforto do abraccedilo e por toda a torcida e ao meu irmatildeo Jones pelo estiacutemulo

exemplo e total dedicaccedilatildeo

Agrave minha tia Maria Rosa por todo o amor incentivo e momentos plenos de felicidade

Ao Professor Gerardo Gerson pela orientaccedilatildeo e por contribuir na minha formaccedilatildeo

Agrave Professora Maria Luiza Rocco pelo carinho compreensatildeo e apoio

Agrave Professora Fernanda Stedile pela colaboraccedilatildeo nas mediccedilotildees e anaacutelises dos espectros por

RBS por toda a atenccedilatildeo e auxiacutelio

Agrave Joselaine Caacuteceres por toda a instruccedilatildeo paciecircncia boa energia e amizade

Aos amigos Leyza Lucas Kliacutecia Lima Maria Oliacutevia Rodrigo Pais Felipe Camacho

Marcello Ribeiro e Mostafa Galal por todos os momentos de estudos e descontraccedilatildeo com boas

risadas

Aos companheiros do LIFE Rycharda Lautaro Angeacutelica Vanessa Stephani Mayla Patrick

e Frederico pelo carinho e auxiacutelio

Aos funcionaacuterios da secretaria da poacutes-graduaccedilatildeo Marcelo Navarro e Claacuteudia Neiva por toda a

cordialidade na prestaccedilatildeo de serviccedilo

A todas as pessoas que doaram seus preciosos cabelos para a execuccedilatildeo deste trabalho

A FAPERJ CAPES e CNPq pelo apoio financeiro

Para ser grande secirc inteiro nada

Teu exagera ou exclui

Secirc todo em cada coisa Potildee quanto eacutes

No miacutenimo que fazes

Assim em cada lago a lua toda

Brilha porque alta vive

Ricardo Reis (Fernando Pessoa)

RESUMO

O cabelo humano eacute composto basicamente de trecircs camadas a cutiacutecula (parte externa) o

coacutertex (parte mediana) e a medula (parte interna) A alfa-queratina eacute uma proteiacutena de forma

espiralada que fornece sustentaccedilatildeo ao cabelo Estaacute imersa no coacutertex e eacute composta

principalmente pelo aminoaacutecido cisteiacutena rico em enxofre Cortes histoloacutegicos demonstraram

elevada atividade de metais pesados na alfa-queratina Embora o teor de cinzas no cabelo seja

inferior a 1 indicando uma baixa quantidade de minerais a presenccedila de determinado metal

indica a absorccedilatildeo e a exposiccedilatildeo do indiviacuteduo a esse elemento Assim eacute possiacutevel diagnosticar

por exemplo deficiecircncias nutricionais ou niacuteveis elevados de elementos que podem causar

danos agrave sauacutede Frente agrave anaacutelise de outras amostras bioloacutegicas tais como urina e sangue o

cabelo tem a vantagem da facilidade de amostragem sem trauma para o indiviacuteduo facilidade

de transporte e armazenamento aleacutem da estabilidade quiacutemica e estrutural da amostra No

presente trabalho comparou-se o teor de metais em amostras de cabelo de dois grupos de

pessoas que vivem na Regiatildeo Metropolitana do Rio de Janeiro Enquanto o primeiro grupo

ingere aacutegua de poccedilo o segundo grupo inclui as pessoas que ingerem a aacutegua distribuiacuteda pela

Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos CEDAE Duas teacutecnicas foram utilizadas

Fluorescecircncia de Raios X (XRF) e Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford (RBS)

Amostras de cabelo virgem de pessoas saudaacuteveis e natildeo fumantes foram coletadas lavadas e

armazenadas segundo orientaccedilotildees da Agecircncia Internacional de Energia Atocircmica (IAEA) As

medidas por XRF foram realizadas na Universidade Federal do Rio de Janeiro (com o

espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios-X S8 TIGER - BRUKER) na faixa de energia de

05 a 56 keV atraveacutes do meacutetodo Best Detection Os dados por RBS foram coletados na

Universidade Federal do Rio Grande do Sul (com o acelerador de iacuteons Tandetron - 3 MV

HVEE) usando 2000 keV de iacuteons He+ incidentes e detecccedilatildeo a 165deg As anaacutelises por XRF

evidenciaram a presenccedila de Al Si P S Cl Ca Mn Fe Cu e Zn em amostras de cabelo de

ambos os grupos A presenccedila do elemento natildeo essencial Pb foi observada apenas em amostras

de cabelo de pessoas que bebem aacutegua de poccedilo Aleacutem disso usando a teacutecnica de RBS em uma

amostra de cabelo C N O e Ti foram observados aleacutem dos outros elementos mais pesados e

atraveacutes do caacutelculo da seccedilatildeo de choque de espalhamento Rutherford foi obtida uma anaacutelise

quantitativa relativa

Palavras Chave elementos traccedilo amostras de cabelo XRF RBS

ABSTRACT

Human hair consists basically of three layers the cuticle (outer part) the cortex (middle part)

and the medulla (inner part) Alpha-keratin is a spiral shape protein that supports the hair It is

immersed in the cortex and is composed mainly by a sulfur-containing amino acid cysteine

Histological sections demonstrated high activity of heavy metals in the alpha-keratin

Although the ash content of hair is less than 1 indicating low amount of minerals the

presence of a particular element in hair indicates the absorption andor exposure to this

element Thus it is possible to diagnose for example nutritional deficiencies or high levels of

elements that may cause damage to health Faced with the analysis of other biological samples

such as urine and blood hair has the advantage of easy sampling without trauma to the

individual easy transport and storage besides the chemical and structural stability of this

sample In the present work we compare the metal content in hair samples from two sets of

people who live at the outskirts of the Rio de Janeiro city While the first group drinks plain

well water the second group includes people who drink the water distributed by the Rio de

Janeiro State Company CEDAE Two techniques have been used X-Ray Fluorescence

(XRF) and Rutherford Backscattering Spectrometry (RBS) Virgin hair samples of healthy

people and non-smokers were collected washed and stored according to the guidelines of the

International Atomic Energy Agency (IAEA) The XRF measurements were made at the

Federal University of Rio de Janeiro (X-Ray Fluorescence Spectrometer S8 TIGER ndash

BRUKER) in the energy range of 05 to 56 keV using the Best Detection Method The RBS

data were collected at the Federal University of Rio Grande do Sul (Tandetron - 3 MV HVEE

ion accelerator using 2000 keV He+ incident ions and detection at 165deg) XRF measurements

evidence the presence of Al Si P S Cl Ca Mn Fe Cu and Zn in hair samples from both

groups The presence of the non-essential element Pb was only observed in hair samples from

people who drink well water In addition using the RBS technique in a hair sample C N O

and Ti were observed and through the calculation of Rutherford scattering cross sections a

relative quantitative analysis was obtained

Keywords trace elements hair samples XRF RBS

SUMAacuteRIO

LISTA DE FIGURAS xi

LISTA DE TABELASxiii

LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS xiv

10 INTRODUCcedilAtildeO16

20 OBJETIVOS17

30 REVISAtildeO BIBLIOGRAacuteFICA E FUNDAMENTOS TEOacuteRICOS17

31 O Cabelo17

32 Elementos Essenciais e Natildeo Essenciais e a Sauacutede Humana21

33 Abastecimento de Aacutegua na Regiatildeo de Amostragem 24

34 Fluorescecircncia de Raios X - Teoria26

35 Fluorescecircncia de Raios X - Instrumentaccedilatildeo29

36 Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford - Teoria34

37 Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford - Instrumentaccedilatildeo38

40 METODOLOGIA40

41 Amostragem40

42 Lavagem das Amostras de Cabelo41

43 Paracircmetros Instrumentais43

50 RESULTADOS E DISCUSSOtildeES45

51 Anaacutelise por XRF45

52 Anaacutelise por RBS49

60 CONCLUSOtildeES51

70 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS52

80 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS53

ANEXO I MODELO DO QUESTIONAacuteRIO PREENCHIDO ANTES DA COLETA DAS

AMOSTRAS DE CABELO57

ANEXO II INFORMACcedilOtildeES ADICIONAIS SOBRE OS DOADORES E AS AMOSTRAS

DE CABELO COLETADAS59

ANEXO III ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE

INGEREM AacuteGUA DE POCcedilO (AMPLIACcedilAtildeO DA REGIAtildeO DE INTERESSE)61

ANEXO IV ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE

INGEREM AacuteGUA DISTRIBUIacuteDA PELA CEDAE (AMPLIACcedilAtildeO DA REGIAtildeO DE

INTERESSE)66

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 Desenho esquemaacutetico de um fio de cabelo18

Figura 2 Esquema das fases de crescimento do cabelo19

Figura 3 Estrutura secundaacuteria (α-heacutelice) da α-queratina19

Figura 4 Estrutura da Cisteiacutena e da Cistina21

Figura 5 Reservatoacuterio Paraibuna localizado na Bacia do Rio Paraiacuteba do Sul25

Figura 6 Poccedilo subterracircneo em Duque de Caxias26

Figura 7 Esquema do princiacutepio da Fluorescecircncia de Raios X27

Figura 8 Efeito Auger28

Figura 9 Espalhamento Compton e Rayleigh29

Figura 10 Instrumentaccedilatildeo do Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X por Dispersatildeo de

Comprimento de Onda - S8 TIGER - BRUKER29

Figura 11 Espalhamento elaacutestico em acircngulo de retroespalhamento de um iacuteon de massa M1

por um aacutetomo de massa M2 com M2gtM134

Figura 12 Esquema de um espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford de

um filme fino AB sobre um substrato C ainda mais leve36

Figura 13 Esquema dos componentes presentes na instrumentaccedilatildeo utilizada em anaacutelises por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford38

Figura 14 Mapa com os pontos de coleta de amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua

de poccedilo em destaque a localizaccedilatildeo das residecircncias com os poccedilos40

Figura 15 Coleta de amostra de cabelo na regiatildeo occipital da cabeccedila41

Figura 16 Lavagem das amostras de cabelo42

Figura 17 Amostra de cabelo em porta-amostra do equipamento de Fluorescecircncia de Raios

X42

Figura 18 Amostra de cabelo no porta-amostra do equipamento de Espectrometria de

Retroespalhamento Rutherford43

Figura 19 Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X - S8 TIGER - BRUKER44

Figura 20 Acelerador de iacuteons Tandetron - HVEE 3 MV onde foi feita a anaacutelise por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford44

Figura 21 Espectro de Fluorescecircncia de Raios X completo da amostra 245

Figura 22 Espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da amostra 2

(grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)50

Figura 23 Ampliaccedilatildeo I do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)50

Figura 24 Ampliaccedilatildeo II do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)51

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 Composiccedilatildeo de aminoaacutecidos no cabelo20

Tabela 2 Elementos traccedilo essenciais e algumas de suas funccedilotildees bioloacutegicas22

Tabela 3 Elementos traccedilo natildeo essenciais e suas toxicidades24

Tabela 4 Energia em keV das principais linhas de emissatildeo de raios x dos elementos

analisados46

Tabela 5 Concentraccedilatildeo dos elementos nas amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua

de poccedilo47

Tabela 6 Concentraccedilatildeo dos elementos nas amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua

distribuiacuteda pela CEDAE48

LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS

AAS - Atomic Absorption Spectroscopy (Espectroscopia de Absorccedilatildeo Atocircmica)

CEDAE - Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos do Rio de Janeiro

CONAMA - Conselho Nacional do Meio Ambiente

ERD - Elastic Recoil Detection (Anaacutelise por Detecccedilatildeo de Recuo Elaacutestico)

IAEA - International Atomic Energy Agency (Agecircncia Internacional de Energia Atocircmica)

IBGE - Instituto Brasileiro de Geografia e Estatiacutestica

ICP-AES - Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry (Espectrometria de

Emissatildeo Atocircmica com Plasma Indutivamente Acoplado)

ICP-MS - Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (Espectrometria de Massa com

Plasma Indutivamente Acoplado)

ICP-OES - Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometry (Espectrometria de

Emissatildeo Oacuteptica com Plasma Acoplado Indutivamente)

LIFE - Laboratoacuterio de Impacto de Foacutetons e Eleacutetrons

NAA - Neutron Activation Analysis (Anaacutelise por Ativaccedilatildeo de Necircutrons)

PET ndash Pentaeritriato

PHA - Pulse Height Analyzer (Analisador de Altura de Pulso)

PIXE - Proton Induced X-Ray Emission (Emissatildeo de Raios X Induzidos por Proacutetons)

RBS - Rutherford Backscattering Spectrometry (Espectrometria de Retroespalhamento

Rutherford)

UFRGS - Universidade Federal do Rio Grande do Sul

UFRJ - Universidade Federal do Rio de Janeiro

WDXRF - Wavelength Dispersive X-ray Fluorescence (Fluorescecircncia de Raios X por

Dispersatildeo de Comprimento de Onda)

XRF - X-Ray Fluorescence (Fluorescecircncia de Raios X)

16

10 INTRODUCcedilAtildeO

A determinaccedilatildeo de elementos traccedilo em cabelo tem sido assunto de estudo em

diversas aacutereas da ciecircncia dentre elas o monitoramento de exposiccedilatildeo ambiental e ocupacional

avaliaccedilatildeo da intoxicaccedilatildeo por metais toacutexicos avaliaccedilatildeo do estado nutricional diagnoacutestico e

prevenccedilatildeo de doenccedilas e nas ciecircncias forenses Isto se deve ao fato do cabelo ser considerado

um ldquodosiacutemetro bioloacutegicordquo que reflete a exposiccedilatildeo e absorccedilatildeo do indiviacuteduo a determinado

elemento ou seja a concentraccedilatildeo dos elementos traccedilo no cabelo indica a concentraccedilatildeo dos

mesmos no organismo [1-5]

Frente agrave anaacutelise de outros materiais bioloacutegicos como urina e sangue o cabelo tem a

vantagem da facilidade de amostragem (sem dor ou trauma para o indiviacuteduo) facilidade de

armazenamento transporte e manuseio possibilidade de obtenccedilatildeo de um registro histoacuterico de

exposiccedilatildeo aos elementos em questatildeo aleacutem da estabilidade estrutural da amostra permitindo o

diagnoacutestico por um periacuteodo maior de tempo (meses a anos) [1-46]

Haacute muita controveacutersia na literatura quanto aos dados disponiacuteveis em relaccedilatildeo agrave anaacutelise

elementar em cabelos no tocante agrave falta de um procedimento padratildeo de anaacutelise com uma

etapa de lavagem que seja completamente eficiente em eliminar a contaminaccedilatildeo exoacutegena (ar

aacutegua cosmeacuteticos entre outros) da contaminaccedilatildeo endoacutegena (incorporado ao fio do cabelo

durante a primeira fase de crescimento) [1-3]

Nas uacuteltimas deacutecadas vaacuterios estudos relacionados agrave determinaccedilatildeo elementar de

cabelos com foco em quiacutemica ambiental e ciecircncia meacutedica foram realizados Dentre as teacutecnicas

mais utilizadas encontram-se Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry

(ICP-AES) [13] Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (ICP-MS) [1378]

Neutron Activation Analysis (NAA) [15] Atomic Absorption Spectroscopy (AAS) [15] X-

Ray Fluorescence (XRF) [59-11] e Proton Induced X-Ray Emission (PIXE) [612]

Encontramos na literatura apenas um relato anterior sobre a anaacutelise por RBS de amostras de

cabelo em que a RBS foi utilizada para determinar os principais componentes de cabelo (C

N O e S) Os mesmos autores tambeacutem utilizaram PIXE para determinar elementos em

concentraccedilatildeo mais baixa e Elastic Recoil Detection (ERD) para determinar Hidrogecircnio [6]

Em trabalho de Iniciaccedilatildeo Cientiacutefica feito por mim com orientaccedilatildeo da Prof Dr Lola

Maria Braga Gomes do Departamento de Quiacutemica Analiacutetica-UFRJ em 2012 foram realizadas

anaacutelises da qualidade da aacutegua de 6 poccedilos subterracircneos na localidade Chaacutecaras Arcampo na

cidade de Duque de Caxias-RJ Foram determinados por ICP-OES os seguintes elementos

Cr Mn Fe Ni Cu Zn Ar Cd e Pb Constatou-se a presenccedila de chumbo em valores ateacute 55

vezes acima do permitido pelos Padrotildees de Qualidade de Aacutegua Subterracircnea do CONAMA

[13]

O presente trabalho foi realizado com a intenccedilatildeo de verificar quais elementos

estariam presentes nas amostras de cabelo das pessoas daquela localidade e que ingerem esse

tipo de aacutegua Dentro do nosso conhecimento esta eacute a primeira vez em que XRF e RBS satildeo

conjuntamente aplicados para a determinaccedilatildeo de elementos traccedilo presentes em amostras de

cabelo

Considera-se este trabalho relevante tanto para servir como fonte de dados quanto

para o seu possiacutevel uso no acircmbito social principalmente no que diz respeito ao abastecimento

de aacutegua e a sauacutede de parte da populaccedilatildeo que consome diariamente uma aacutegua sem tratamento

20 OBJETIVO

O presente trabalho tem como objetivo utilizar as teacutecnicas de Fluorescecircncia de

Raios X (XRF) e Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford (RBS) para determinar e

comparar elementos presentes em amostras de cabelo de dois grupos de pessoas que vivem na

Regiatildeo Metropolitana do Rio de Janeiro No primeiro grupo estatildeo pessoas que ingerem aacutegua

de poccedilo enquanto no segundo grupo estatildeo pessoas que ingerem aacutegua tratada e distribuiacuteda pela

Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos (CEDAE) do Rio de Janeiro

30 REVISAtildeO BIBLIOGRAacuteFICA E FUNDAMENTOS TEOacuteRICOS

31 O Cabelo

O cabelo possui uma funccedilatildeo esteacutetica com papel importante nos atributos da beleza

mas tem como principal funccedilatildeo a proteccedilatildeo da cabeccedila dos raios solares Esse processo eacute

realizado atraveacutes de receptores nervosos que agem como sensores teacutermicos capazes de

aumentar a proteccedilatildeo quando necessaacuterio [1214]

A composiccedilatildeo do cabelo eacute de aproximadamente 80 de proteiacutenas 15 de aacutegua e

aproximadamente 5 de lipiacutedios e constituintes inorgacircnicos O cabelo eacute basicamente

constituiacutedo por trecircs camadas cutiacutecula (camada externa) coacutertex (parte intermediaacuteria) e medula

(parte mais interna) (Fig 1) A cutiacutecula eacute formada por vaacuterias subcamadas separadas por um

complexo de ceacutelulas alongadas e justapostas que envolvem o coacutertex O coacutertex eacute o principal

constituinte do cabelo formado por um conjunto de ceacutelulas ciliacutendricas denominadas matriz e

perfeitamente ligadas umas as outras Na matriz encontram-se a α-queratina e outras

proteiacutenas A medula apresenta-se em pequena quantidade e pode estar ausente em alguns tipos

de cabelo Eacute composta por ceacutelulas anucleadas contendo lipiacutedeos e granulaccedilotildees pigmentadas

[1214]

Figura 1 Desenho esquemaacutetico de um fio de cabelo

Fonte http ltwwwartistasdocabelocombrgt Acesso em 30072015

O fio de cabelo desenvolve-se a partir de cavidades denominadas foliacuteculos pilosos

localizados de 3 a 5 mm abaixo da superfiacutecie da pele A taxa de crescimento meacutedio do fio eacute de

cerca de 1 cm por mecircs e cada fio pode ter de 15 a 120 microm de diacircmetro dependendo do tipo de

cabelo O ciclo de crescimento do cabelo eacute dividido em trecircs estaacutegios (Fig2)

Anaacutegeno ocorre o crescimento ativo do cabelo com irrigaccedilatildeo sanguiacutenea atraveacutes dos

foliacuteculos capilares na regiatildeo da papila Pode durar ateacute 7 anos Em um adulto cerca de

90 dos fios encontram-se neste estaacutegio

Cataacutegeno ocorre uma transiccedilatildeo entre o crescimento do fio e seu teacutermino dura apenas

algumas semanas O cabelo para de receber irrigaccedilatildeo sanguiacutenea para de crescer e a

parte mais profunda do foliacuteculo piloso fica mais proacutexima da superfiacutecie da pele

Teloacutegeno ocorre a queda do fio iniciando o crescimento de outro fio atraveacutes de um

foliacuteculo novo que surge no mesmo local [1214]

Figura 2 Esquema das fases de crescimento do cabelo

Fonte httpltwwwtratamentocalviciecombrartigo_02phpgt Acesso em 30072015

A α-queratina eacute uma proteiacutena que apresenta uma estrutura secundaacuteria (α-heacutelice) em

um arranjo helicoidal estabilizado por pontes de hidrogecircnio (Figura 3) e eacute responsaacutevel por dar

sustentaccedilatildeo ao cabelo Ela fica imersa na matriz e eacute composta por uma sequecircncia de

aminoaacutecidos (Tabela 1) sendo a cisteiacutena o principal desses

Figura 3 Estrutura secundaacuteria (α-heacutelice) da α-queratina

Fonte httpltwwwslideplayercombrgt Acesso em 27092015

Tabela 1 Composiccedilatildeo de aminoaacutecidos no cabelo normal Fonte [15]

Ligaccedilotildees quiacutemicas cruzadas entre as cadeias polimeacutericas de α-queratina formam

pontes dissulfeto (-S-S-) que datildeo origem aos resiacuteduos de cistina (Fig4) Como estatildeo em

grande quantidade na composiccedilatildeo do cabelo formam uma rede de alta resistecircncia e datildeo o

formato ao fio A reduccedilatildeo dessas ligaccedilotildees causa mudanccedilas nas propriedades mecacircnicas do fio

Cortes histoloacutegicos evidenciaram elevada atividade de metais pesados na α-queratina [114]

Aminoaacutecido Quantidade Residual ()

Aacutecido Aspaacutertico 49

Aacutecido Glutacircmico 114

Alanina 46

Arginina 58

Cisteiacutena 178

Fenilalanina 16

Glicina 64

Histidina 09

Isoleucina 26

Leucina 58

Lisina 27

Metionina 06

Prolina 84

Serina 117

Tirosina 2

Treonina 68

Valina 58

Figura 4 Estrutura da Cisteiacutena e da Cistina Reaccedilatildeo de oxi-reduccedilatildeo formando a ponte

dissulfeto Adaptado de httpltbiocienciascpoblogspotcombr201211resumo-

proteinashtmlgt

A incorporaccedilatildeo de elementos ao cabelo pode ocorrer por dois meios exoacutegeno e

endoacutegeno A incorporaccedilatildeo endoacutegena ocorre no primeiro estaacutegio de crescimento do fio onde o

foliacuteculo capilar encontra-se em contato com as glacircndulas secretoras e vasos sanguiacuteneos

Assim os elementos quiacutemicos que circulam no organismo atraveacutes dos fluidos podem

incorporar-se ao cabelo Estima-se que o periacuteodo entre a absorccedilatildeo pelo indiviacuteduo e a

incorporaccedilatildeo de elementos no cabelo seja de 30 dias Um modelo mais simples sugere que a

incorporaccedilatildeo endoacutegena ocorra de forma passiva isto eacute por difusatildeo [1] Os metais ligam-se

aos aminoaacutecidos atraveacutes de seus grupos funcionais como sulfidrila (-SH) amina (-NH2)

hidroxila (-OH) e carboxila (-COOH) nos quais a forccedila destas ligaccedilotildees dependeraacute da

estrutura eletrocircnica externa do metal [14]

Na incorporaccedilatildeo exoacutegena os elementos quiacutemicos satildeo levados ao cabelo por fatores

externos como aacutegua poeira fumaccedila cosmeacuteticos entre outros Os elementos podem ligar-se agrave

cutiacutecula do fio capilar principalmente se as cutiacuteculas estiverem danificadas [14]

32 Elementos Essenciais e Natildeo Essenciais e a Sauacutede Humana

Os elementos traccedilos podem ser divididos em essenciais e natildeo essenciais de acordo

com a importacircncia nutricional e a influecircncia no organismo dos seres vivos Os elementos

traccedilo essenciais satildeo considerados beneacuteficos e indispensaacuteveis para os seres vivos dentro de

uma faixa especiacutefica de concentraccedilatildeo Na Tabela 2 estatildeo listados os elementos traccedilo

essenciais e suas respectivas funccedilotildees bioloacutegicas [214]

Tabela 2 Elementos traccedilo essenciais e algumas de suas funccedilotildees bioloacutegicas

Adaptado de [14 16]

B Previne a osteoporose em mulheres na fase poacutes-menopausa

CaImportante na coagulaccedilatildeo sanguinea na contraccedilatildeo muscular transmissatildeo nervosa e

formaccedilatildeo de ossos e dentes

Cl Presente no suco gaacutestrico manteacutem o equilibrio hidrico e de eletroacutelitos

Co Constituinte da vitamina B12

Cr Importante no metabolismo da glicose

Cu Cofator em enzimas redox e no transporte de O2

F Prevenccedilatildeo das patologias bucodentaacuteria e oacutessea atua tambeacutem nos tecidos celulares

Fe Cofator em muitas enzimas e proteiacutenas heme

IPresente na estrutura de dois fatores hormonais da glacircndula tireoacuteide (tiroxina e

triiodotiroxina)

KImportante na regulaccedilatildeo da atividade neuromuscular crescimento celular e equiliacutebrio

osmoacutetico

MgRegula diversas reaccedilotildees enzimaacuteticas e age sobre as trocas iocircnicas da membrana

celular

MnCofator em muitas enzimas auxilia na reduccedilatildeo de accedilucar no sangue e a regular o

funcionamento do sistema reprodutivo

Elementos Essenciais e suas Funccedilotildees Bioloacutegicas

Os elementos traccedilo natildeo essenciais satildeo aqueles que natildeo apresentam nenhuma funccedilatildeo

no metabolismo das espeacutecies animais e vegetais e quando estatildeo em alta concentraccedilatildeo podem

provocar efeitos negativos ao organismo dos seres vivos Na Tabela 3 estatildeo listados alguns

elementos traccedilo natildeo essenciais e suas toxicidades [214]

Mo Cofator em enzimas que metabolizam os aminoaacutecidos metionina e cistina

NaAtua no controle osmoacutetico volume plasmaacutetico transmissatildeo de impulsos nervosos e

controle da contraccedilatildeo muscular

Ni A essencialidade eacute provaacutevel mas ainda natildeo estaacute estabelecida

PAtua na formaccedilatildeo dos ossos e dentes participa da estrutura das membranas

celulares e do processo de absorccedilatildeo renal da glicose

SParticipa da construccedilatildeo das proteiacutenas e no metabolismo energeacutetico faz parte de

algumas vitaminas (tiamina e biotina)

SeParticipaccedilatildeo na siacutentese de hormocircnios tireoideanos na accedilatildeo antioxidante e eacute cofator

em enzimas

Si Atua na estrutura da derme promovendo sua elasticidade

Sn A essencialidade eacute provaacutevel mas ainda natildeo estaacute estabelecida

V A essencialidade eacute provaacutevel mas ainda natildeo estaacute estabelecida

ZnCofator em algumas enzimas e na insulina tambeacutem exerce influecircncia no metabolismo

dos aacutecidos nucleiacutecos

Tabela 3 Elementos traccedilo natildeo essenciais e suas toxicidades Adaptado de [14]

Os termos macrominerais e microminerais (ou elementos-traccedilo) tambeacutem satildeo muito

utilizados no meio cientiacutefico principalmente na aacuterea de nutriccedilatildeo Os macrominerais satildeo

aqueles elementos encontrados em altas concentraccedilotildees nas amostras geralmente acima de

1 ou cuja necessidade diaacuteria no organismo seja maior que 100 mg No cabelo satildeo

considerados macrominerais por exemplo Ca P S Mg Na K e Cl Jaacute os microminerais satildeo

aqueles encontrados em baixas concentraccedilotildees na amostra (ppm ou ppb) ou cuja necessidade

no organismo seja inferior a 100 mg por dia No cabelo podem ser citados os seguintes

microminerais Fe Zn Cu Mn I Cr Se F Co Ni Si e Mo [114]

33 Abastecimento de Aacutegua na Regiatildeo de Amostragem

No Estado do Rio de Janeiro a captaccedilatildeo tratamento aduccedilatildeo e distribuiccedilatildeo das redes

de aacutegua ficam a cargo da CEDAE ndash Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos No presente

momento a CEDAE abastece cerca de 9 milhotildees de pessoas em 64 dos 92 municiacutepios do

Estado sendo Duque de Caxias um desses [17]

O abastecimento de aacutegua pela CEDAE na cidade de Duque de Caxias nunca ocorreu

de forma contiacutenua e natildeo haacute garantia da manutenccedilatildeo da qualidade da aacutegua ateacute a chegada ao

Al

Causa ao organismo anemia enfraquecimento dos ossos e muacutesculos

dificuldade no metabolismo do caacutelcio alteraccedilotildees hepatoloacutegicas e

renais dores de cabeccedila e nervosismo

AsInterrompe a expressatildeo de diversos genes em especial aqueles que

participam das vias de transduccedilatildeo de sinal

CdOcasiona perda de peso hemorragia danos ao sistema respiratoacuterio

hepatoloacutegico e renal

PbGera alteraccedilotildees cardiovasculares gastrointestinais hematoloacutegicas

renais neuroloacutegicas e imunoloacutegicas

Elementos Natildeo Essenciais e suas Toxicidades

consumidor Segundo dados do CENSO-2010 dos 269353 domiciacutelios estabelecidos no

municiacutepio de Duque de Caxias apenas 63 alegaram receber aacutegua de redes de distribuiccedilatildeo

[18] Diante do cenaacuterio atual em que o Sudeste vive a maior crise hiacutedrica dos uacuteltimos cem

anos devido agrave escassez de chuvas os reservatoacuterios que abastecem o estado do Rio de Janeiro

encontram-se em niacuteveis muito baixos e alguns deles chegaram ao volume morto (reserva

teacutecnica) Com isso o abastecimento de aacutegua para a populaccedilatildeo estaacute a cada dia mais escasso

Na Figura 5 apresenta-se uma foto da situaccedilatildeo do maior reservatoacuterio da Bacia do Rio Paraiacuteba

do Sul (em fevereiro deste ano) Este reservatoacuterio alimenta a Estaccedilatildeo de Tratamento de Aacutegua

do Guandu que por sua vez eacute responsaacutevel pelo abastecimento de toda a Regiatildeo Metropolitana

do Rio de Janeiro [19]

Figura 5 Reservatoacuterio Paraibuna localizado na Bacia do Rio Paraiacuteba do Sul apoacutes estiagem dos uacuteltimos anos

Na foto o reservatoacuterio estaacute com -056 da capacidade (volume morto) 03022015 Fonte http

ltogloboglobocomrionivel-de-reservatorios-do-rio-paraiba-do-sul-apresentam-leve-melhora-apos-chuvas-

fortes-15229418gt Acesso em 30072015

Devido aos fatores mencionados aliados agrave facilidade de manutenccedilatildeo e ao baixo custo

de perfuraccedilatildeo a utilizaccedilatildeo de aacutegua de poccedilo subterracircneo (Figura 6) eacute cada vez mais requisitada

para suprir as carecircncias de abastecimento No Brasil o aquiacutefero subterracircneo abastece cerca de

19 do total dos domiciacutelios particulares enquanto que no municiacutepio de Duque de Caxias este

percentual atinge os 35 segundo o CENSO-2010 [18]

Figura 6 Poccedilo subterracircneo em Duque de Caxias

34 Fluorescecircncia de Raios X - Teoria

A Espectroscopia de Fluorescecircncia de Raios X eacute uma teacutecnica natildeo destrutiva que

permite a identificaccedilatildeo simultacircnea (qualitativa e quantitativa) de elementos presentes em uma

amostra A teacutecnica baseia-se no fato dos elementos quiacutemicos emitirem radiaccedilotildees

caracteriacutesticas quando submetidos a uma excitaccedilatildeo adequada [20-23]

As amostras satildeo irradiadas com foacutetons (feixe de raios x) gerados por uma fonte Esse

feixe de raios x primaacuterio possui energia suficiente para ejetar eleacutetrons de camadas internas do

aacutetomo (camadas com maior energia de ligaccedilatildeo) transferindo energia para este eleacutetron que eacute

ejetado como fotoeleacutetron O aacutetomo fica instaacutevel (excitado) com uma vacacircncia na camada

interna Com o intuito de diminuir a energia do sistema eleacutetrons de outras camadas

preenchem essa lacuna A diferenccedila de energia entre os niacuteveis da transiccedilatildeo eletrocircnica eacute

liberada atraveacutes da emissatildeo de um foacuteton de raios x (fluorescecircncia ou raio x secundaacuterio) que

tem energia caracteriacutestica para cada elemento como ilustrado na Figura 7 A energia do raio x

caracteriacutestico eacute fornecida pela Equaccedilatildeo 1 [20-23]

Ex = Eni - Enf (Eq1)

Onde

Ex = energia do raio x caracteriacutestico emitido

Eni Enf = energia dos estados eletrocircnicos inicial e final respectivamente

Figura 7 Esquema do princiacutepio da Fluorescecircncia de Raios X

Fonteltwwwshimadzucombrgt Acesso em 30072015

A radiaccedilatildeo caracteriacutestica eacute nomeada de acordo com o niacutevel de onde se apresenta a

vacacircncia (K L M) e de qual niacutevel (α β) e subniacutevel (1 2) proveacutem o eleacutetron que iraacute

ocupar essa lacuna Por exemplo a vacacircncia originada na camada K pode ser preenchida por

eleacutetrons de dois subniacuteveis da camada L o que origina as linhas espectrais Kα1 e Kα2 Se a

vacacircncia da camada K fosse ocupada por um eleacutetron da M teria-se o Kβ e assim por diante

[23]

Com isso os elementos em uma amostra podem ser identificados atraveacutes da medida

do comprimento de onda (ou energia) dessas radiaccedilotildees caracteriacutesticas e as concentraccedilotildees

mensuradas pela intensidade dessas radiaccedilotildees [2123]

Quando um feixe de raios x incide sobre um determinado material diversas formas

de interaccedilatildeo entre a radiaccedilatildeo e a mateacuteria podem ocorrer tais como o Efeito Auger e os

espalhamentos Rayleigh e Compton [20-23]

O processo de relaxaccedilatildeo natildeo-radiativa ou Efeito Auger ocorre quando o aacutetomo

excitado emite um eleacutetron (eleacutetron Auger) ao inveacutes do processo de fluorescecircncia (Figura 8)

Esses dois processos de relaxaccedilatildeo do sistema satildeo concorrentes e a predominacircncia de um ou de

outro depende do numero atocircmico O Efeito Auger prevalece em elementos com baixo

nuacutemero atocircmico (Zlt20) [21]

Figura 8 Efeito Auger [20]

O fenocircmeno de espalhamento de raios x eacute importante em espectroscopia pois eacute

responsaacutevel pela intensidade da radiaccedilatildeo de fundo (background) presente em uma

determinada medida Ele eacute a soma dos efeitos de dois fenocircmenos o espalhamento coerente

elaacutestico ou Rayleigh no qual os raios x primaacuterios satildeo defletidos sem perda de energia isto eacute

sem alteraccedilatildeo no comprimento de onda (λ) e o espalhamento incoerente inelaacutestico ou

Compton no qual foacutetons de raios x primaacuterio satildeo defletidos com perda de energia e com

ejeccedilatildeo de um fotoeleacutetron (Figura 9) [21]

Figura 9 Espalhamento Compton e Rayleigh [21]

35 Fluorescecircncia de Raios X - Instrumentaccedilatildeo

Na Figura 10 pode ser observado um esquema com os principais componentes do

espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X por Dispersatildeo de Comprimento de Onda

(WDXRF - Wavelength Dispersive X-ray Fluorescence) utilizado neste trabalho Suas

funccedilotildees seratildeo descritas em seguida [23]

Figura 10 Instrumentaccedilatildeo do Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X por Dispersatildeo de

Comprimento de Onda - S8 TIGER - BRUKER [23]

Tubo de Raios X

A radiaccedilatildeo incidente eacute produzida em um tubo de raios x consistindo em uma ampola

de vidro ou de metal sob alto vaacutecuo com um filamento de tungstecircnio em uma extremidade

denominado caacutetodo e um alvo de metal na outra extremidade denominado acircnodo

O filamento eacute aquecido por uma corrente eleacutetrica e emite eleacutetrons (emissatildeo

termiocircnica) Os eleacutetrons satildeo acelerados rumo a um acircnodo (alvo) empregando-se uma

diferenccedila de potencial (10-70 kV) Raios x primaacuterios satildeo produzidos quando esses eleacutetrons

com alta velocidade colidem com o material alvo Com o impacto a maior parte da energia

cineacutetica dos eleacutetrons eacute convertida em calor exigindo que o acircnodo seja resfriado de forma

eficiente Apenas uma pequena parte (02-05 dependendo do tipo do alvo) da energia

eletrocircnica eacute convertida em raios x uacuteteis

Essa radiaccedilatildeo consiste em um Contiacutenuo ou Bremsstrahlung e linhas de raios x

caracteriacutesticas do material alvo (aleacutem de linhas caracteriacutesticas de quaisquer contaminantes

presentes) Assim o espectro primaacuterio de um tubo de raios x convencional consiste em linhas

caracteriacutesticas do material do acircnodo (por exemplo Rh) superpostas a um contiacutenuo de

radiaccedilatildeo

Os tubos de raios x satildeo geralmente isolados atraveacutes de uma janela de beriacutelio pois

esse elemento apresenta baixa absorccedilatildeo de raios x e alta resistecircncia mecacircnica para suportar as

diferenccedilas de pressatildeo

Filtros do Feixe Primaacuterio

O espectro primaacuterio pode natildeo conter apenas as linhas do elemento-alvo mas tambeacutem

as linhas de impurezas como Fe Cr ou Cu presentes em vaacuterias partes do tubo Desta forma o

niacutevel de fundo (background) na posiccedilatildeo desses elementos no espectro pode ser elevado

Filtros de feixe primaacuterio satildeo utilizados para filtrar as linhas caracteriacutesticas do tubo se

o mesmo elemento estiver presente na amostra ou se houver sobreposiccedilatildeo por uma linha do

tubo em linhas de elementos da amostra No equipamento em que foram feitas as anaacutelises satildeo

utilizados (automaticamente) os filtros de Cu de 200 microm de espessura e o de Al de 500 microm de

espessura

Maacutescara

Delimita a aacuterea da amostra que seraacute irradiada

Selo de vaacutecuo (Vacuum seal )

Protege o sistema de detecccedilatildeo dos foacutetons de raios x de qualquer vazamento de

amostra

Goniocircmetro

Em equipamentos de dispersatildeo sequencial empregam-se uma ldquogeometria do feixe

paralelordquo ou uma ldquogeometria de cristal planardquo permitindo que os acircngulos do cristal e do

detector sejam selecionados por um aparelho chamado goniocircmetro

O goniocircmetro eacute uma estrutura de rotaccedilatildeo que permite que o cristal e o detector

possuam um movimento angular acoplado θ a 2θ entre eles

Colimador

Colima o feixe divergente de raios x emitido pela amostra Satildeo normalmente feitos

de uma seacuterie de lacircminas paralelas O comprimento e o espaccedilamento entre as lacircminas

determinam a divergecircncia angular admitida pelo colimador Essa divergecircncia angular

juntamente com o cristal determina a resoluccedilatildeo final do espectro

Pode-se melhorar a resoluccedilatildeo fechando o colimador para minimizar a divergecircncia

Poreacutem com isso a intensidade tambeacutem diminui Assim torna-se necessaacuterio um equiliacutebrio

entre a resoluccedilatildeo final (necessaacuteria para evitar sobreposiccedilotildees espectrais importantes) e a

sensibilidade (relacionada com a intensidade)

Cristal

Separa os vaacuterios comprimentos de onda emitidos pela amostra A lei de Bragg

(equaccedilatildeo 2) propotildee que se um plano cristalino tiver um espaccedilamento interplanar (d) refletindo

um comprimento de raios x (λ) essa onda difere em caminho percorrido por uma distacircncia

(2dsenθ) da onda refletida pelo plano adjacente Quando esse caminho percorrido difere por

um nuacutemero inteiro de comprimento de onda tem-se uma interferecircncia construtiva e os raios x

refletidos satildeo reforccedilados Caso contraacuterio tem-se uma interferecircncia destrutiva e os raios x

refletidos se anulam A equaccedilatildeo de Bragg (2)

119899120582 = 2119889119904119890119899120579 (Eq 2)

Onde

n = nuacutemero inteiro (1 2 3) chamado Ordem de Difraccedilatildeo

d = espaccedilamento interplanos no cristal utilizado

θ = acircngulo de Bragg ou acircngulo de difraccedilatildeo

λ = comprimento de onda da linha espectral

Dessa forma para um dado plano cristalino e uma dada ordem de difraccedilatildeo cada

comprimento de onda no espectro de XRF incidente eacute difratado em um uacutenico acircngulo O

comprimento de onda maacuteximo que o proacuteprio plano cristalino pode difratar eacute 2d (quando senθ

assume o valor maacuteximo de 1) Portanto eacute necessaacuterio um cristal ou um plano cristalino com

diferentes valores de 2d para cobrir diferentes intervalos de comprimento de onda em toda a

tabela perioacutedica No espectrocircmetro utilizado neste trabalho foram usados os seguintes cristais

XS-55 (multicamada de WSi) do C ateacute o Mg PET (Pentaeritriato) do Al ateacute o Ti e LiF 200

do K ateacute o U

Detector

Converte os foacutetons de raios x em pulsos de tensatildeo mensuraacuteveis Satildeo utilizados dois

detectores para cobrir todos os elementos do Be ao U Detector de fluxo proporcional

(preenchido com Ar) para elementos do Be ao Cr e o detector de cintilaccedilatildeo de NaI(Tl) para

elementos do Mn ao U

Detectores de fluxo proporcional

Satildeo detectores de radiaccedilatildeo que operam a partir da ionizaccedilatildeo de gases Satildeo

constituiacutedos por um conjunto de eletrodos e um gaacutes Quando o gaacutes eacute colocado entre dois

eletrodos aos quais eacute aplicada certa diferenccedila de potencial os caacutetions e eleacutetrons produzidos

pela passagem de radiaccedilatildeo seratildeo atraiacutedos pelos eletrodos de carga oposta e por eles seratildeo

coletados Na regiatildeo de verdadeira proporcionalidade (Equaccedilatildeo 3) a razatildeo entre a carga

coletada pelos eletrodos e a carga gerada pela ionizaccedilatildeo primaacuteria manteacutem-se constante para as

diferenccedilas de potencial (∆V) aplicadas e com um capacitor de capacitacircncia (C)

Quando a radiaccedilatildeo atravessa esse tipo de detector e produz pares iocircnicos (formados

por eleacutetrons e caacutetions do gaacutes) esses caacutetions (ionizaccedilatildeo primaacuteria) satildeo acelerados adquirindo

energia suficiente para produzir novos pares iocircnicos (ionizaccedilatildeo secundaacuteria) por colisatildeo com

moleacuteculas inicialmente neutras do gaacutes Assim haacute uma multiplicaccedilatildeo do nuacutemero de pares

original A carga coletada eacute igual agrave carga produzida pela radiaccedilatildeo (Q) multiplicada por um

fator (M) denominado ldquoganhordquo

∆119881 = (119872119876)

119862 (Eq 3)

Portanto o sinal produzido tem altura proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo incidente

Detectores de cintilaccedilatildeo

O cintilador eacute uma substacircncia soacutelida ou liacutequida na qual a energia de radiaccedilatildeo

incidente eacute transferida aos eleacutetrons do material sendo depois emitida na forma de radiaccedilatildeo

eletromagneacutetica de frequecircncia menor (visiacutevel ou ultravioleta)

O detector de cintilaccedilatildeo utilizado eacute constituiacutedo por um cristal de NaI(Tl) (iodeto de

soacutedio ativado com 1 de iodeto de taacutelio) no qual ocorre a emissatildeo de radiaccedilatildeo de frequecircncia

menor aleacutem de um fotomultiplicador onde essa radiaccedilatildeo luminosa eacute transformada em pulso

eleacutetrico e amplificada

O mecanismo de cintilaccedilatildeo nos cristais inorgacircnicos baseia-se na propriedade dos

semicondutores terem banda de valecircncia e banda de conduccedilatildeo Na banda de valecircncia os

eleacutetrons estatildeo essencialmente ligados aos siacutetios do cristal Jaacute na banda de conduccedilatildeo os

eleacutetrons tecircm energia suficiente para migrar atraveacutes do cristal No cristal puro natildeo satildeo

encontrados eleacutetrons na banda proibida

Ao incidir uma radiaccedilatildeo no cristal pode ocorrer excitaccedilatildeo de eleacutetrons ateacute a banda de

conduccedilatildeo deixando lacunas na banda de valecircncia (normalmente preenchida)

No cristal puro a energia necessaacuteria para formar um par eleacutetronlacuna eacute

aproximadamente a mesma liberada quando esse par se recombina Assim os espectros de

absorccedilatildeo e emissatildeo superpotildeem-se ocorrendo autoabsorccedilatildeo da radiaccedilatildeo luminosa produzida

Se o cristal for ativado a emissatildeo pode ocorrer via um siacutetio do ativador para o qual a energia

de transiccedilatildeo eacute menor do que a necessaacuteria para a criaccedilatildeo do par eleacutetronlacuna Desse modo o

espectro emitido eacute deslocado para comprimentos de onda maiores e natildeo causa nova absorccedilatildeo

No tubo fotomultiplicador converte-se a radiaccedilatildeo de baixa intensidade produzida no

cintilador em um sinal eleacutetrico uacutetil agrave detecccedilatildeo e contagem de radiaccedilatildeo

Analisador de altura de pulso (PHA)

A energia do foacuteton incidente de raios x determina o tamanho do pulso de tensatildeo

produzido pelo detector O analisador de altura de pulso faz uso dessa propriedade a fim de

selecionar apenas um intervalo estreito de pulsos de voltagem rejeitando todos os pulsos com

intensidades fora do intervalo escolhido

Ao final utiliza-se o meacutetodo de integraccedilatildeo dos recebidos em um integrador

eletrocircnico Se N representa o nuacutemero de contagens em um tempo de integraccedilatildeo t segundos

entatildeo a taxa de contagem eacute Nt contagens por segundo (cps)

36 Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford - Teoria

A teacutecnica de RBS consiste em incidir partiacuteculas monoenergeacuteticas de um feixe de iacuteons

(geralmente iacuteons He+) de alta energia em um alvo estacionaacuterio Ao colidirem com os aacutetomos

do alvo as partiacuteculas satildeo elasticamente espalhadas no campo eleacutetrico do nuacutecleo do aacutetomo e

chegam a um detector por um acircngulo de retroespalhamento Na Figura 11 apresenta-se um

esquema de espalhamento elaacutestico [25-27]

Figura 11 Espalhamento elaacutestico em acircngulo de retroespalhamento de um iacuteon de massa M1

por um aacutetomo de massa M2 com M2gtM1 [25]

O detector ao receber as partiacuteculas espalhadas produz um pulso ou sinal que eacute entatildeo

processado por um analisador multicanal e classificado conforme a amplitude que

corresponde a uma escala em energia Como resultado as informaccedilotildees sobre a composiccedilatildeo

elementar do aacutetomo alvo satildeo obtidas a partir de um espectro de contagens em funccedilatildeo da

energia das partiacuteculas retroespalhadas detectadas [25]

O fator cinemaacutetico (K) eacute responsaacutevel pela anaacutelise elementar qualitativa Essa

grandeza depende da razatildeo entre as energias das partiacuteculas incidentes antes (E0) e depois (E)

do espalhamento (Equaccedilatildeo 4)

119870 = 119864

1198640 (Eq 4)

Considerando as conservaccedilotildees de energia e do momentum na colisatildeo elaacutestica obteacutem-

se a relaccedilatildeo entre o fator cinemaacutetico (K) a massa atocircmica da partiacutecula incidente (M1) a massa

atocircmica do aacutetomo alvo (M2) e o acircngulo de espalhamento (θ) (Eq 5)

119870 = [1198721 119888119900119904120579+ (1198722

2minus 11987212 1199041198901198992120579)

12

1198721+ 1198722]

2

(Eq 5)

Os valores de M1 θ e E0 satildeo preacute-fixados conhecendo E determina-se K e por

conseguinte determina-se M2

A Figura 12 apresenta um esquema do espectro de RBS de um filme fino de

composiccedilatildeo geneacuterica AB onde a massa de A eacute maior do que a massa de B depositado em um

substrato C ainda mais leve

Figura 12 Esquema de um espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford de

um filme fino AB sobre um substrato C ainda mais leve [27]

A resoluccedilatildeo em massa da teacutecnica eacute a diferenccedila miacutenima de massa entre dois aacutetomos-

alvo para que sinais resolvidos possam ser observados no espectro A discriminaccedilatildeo em massa

eacute maacutexima para θ = 180deg razatildeo pela qual satildeo utilizados acircngulos elevados experimentalmente

Pode-se melhorar a resoluccedilatildeo em massa na RBS aumentando a energia e a massa dos aacutetomos

incidentes e melhorando a resoluccedilatildeo do sistema de detecccedilatildeo com o cuidado para natildeo degradar

os detectores [25]

Outra grandeza importante em RBS eacute a seccedilatildeo de choque de espalhamento (σ) que eacute

uma medida da probabilidade de ocorrer o espalhamento e que atribui o caraacuteter quantitativo agrave

teacutecnica [25] Considerando um nuacutemero de partiacuteculas espalhadas (H) sobre um detector tem-se

a Equaccedilatildeo 6

119867 = 119876119873119905 ⟨119889120590

119889120570⟩Ω (Eq 6)

Onde

Q = nuacutemero de partiacuteculas que atinge a amostra

N = densidade volumeacutetrica dos aacutetomos alvo

t = espessura do alvo

⟨119889120590

119889120570⟩ = seccedilatildeo de choque meacutedia de espalhamento

Ω = acircngulo soacutelido do detector em relaccedilatildeo ao feixe

Para acircngulos pequenos tem-se ⟨119889120590

119889120570⟩ = (

119889120590

119889120570)120579

= σ (Eq 7)

Logo 119867 = 119876119873119905120590120570 (Eq 8)

Na Equaccedilatildeo 8 conhecendo o nuacutemero de partiacuteculas que atinge o alvo Q e o detector

H pode-se determinar o numero de aacutetomos por unidade de aacuterea da amostra (Nt) desde que se

conheccedila o acircngulo soacutelido de detecccedilatildeo Ω e a seccedilatildeo de choque de espalhamento (σ) Para uma

colisatildeo elaacutestica entre dois aacutetomos com nuacutemeros atocircmicos Z1 e Z2 (do aacutetomo incidente e do

aacutetomo alvo respectivamente) em que a forccedila de interaccedilatildeo eacute a repulsatildeo eletrostaacutetica dos

nuacutecleos a seccedilatildeo de choque de espalhamento diferencial (por unidade de acircngulo soacutelido) eacute dada

pela Foacutermula de Rutherford (Equaccedilatildeo 9)

119889120590

119889120570= (

119885111988521198902

4119864)2

4

1199041198901198994120579

[1minus ((

11987211198722) 119904119890119899120579)

2

]

12

+cos120579

[1minus ((11987211198722)119904119890119899 120579)

2

]

12

2

(Eq 9)

Em siacutentese a razatildeo entre as concentraccedilotildees relativas dos elementos A e B na

superfiacutecie de uma amostra 119873119860119860119861(119909)

119873119861119860119861(119909)

pode ser calculada com o auxiacutelio de um programa

computacional ou atraveacutes da medida de altura dos degraus obtidos no espectro sendo

calculadas com as Equaccedilotildees 10 e 11

(119889120590

119889120570)119861

(119889120590

119889120570)119860

= Ji (Eq 10)

119873119860119860119861(119909)

119873119861119860119861(119909)

= 119867119860119860119861

119867119861119860119861 119869119894 (Eq 11)

37 Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford - Instrumentaccedilatildeo

Na Figura 13 pode ser observado um esquema com os principais componentes da

instrumentaccedilatildeo utilizada em anaacutelises por RBS que seratildeo descritos em seguida de acordo com

o equipamento utilizado para a realizaccedilatildeo deste trabalho e com informaccedilotildees obtidas na

referecircncia [25]

Figura 13 Esquema dos componentes presentes na instrumentaccedilatildeo utilizada em anaacutelises por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford Fonte Adaptado de [25]

O Laboratoacuterio de Implantaccedilatildeo Iocircnica da Universidade Federal do Rio Grande do Sul

possui um acelerador Tandetron equipado com fontes de iacuteons dos tipos sputtering e de

plasma com tecnologia ldquotandemrdquo com 3MV de tensatildeo maacutexima no terminal e cinco estaccedilotildees

experimentais de linhas distintas incluindo a de RBS

Fonte de iacuteons

Fonte de Plasma um gaacutes ou um vapor eacute ionizado por meio de campos

eletromagneacuteticos na faixa de radiofrequecircncia ou ao ser atravessado por corrente eleacutetrica

Fonte de ldquoSputteringrdquo os iacuteons satildeo produzidos por transferecircncia de momentum

quando da colisatildeo de um feixe primaacuterio (geralmente Cs+) com um alvo soacutelido

Aceleradores ldquotandemrdquo

Neste tipo de acelerador iacuteons positivos deixam a fonte passam por uma troca de

carga (com vapor de Liacutetio ou outro elemento eletropositivo) e satildeo conduzidos com carga

negativa ao tubo acelerador onde satildeo atraiacutedos por um terminal positivo No caso dos iacuteons

produzidos serem originalmente negativos a troca de carga eacute suprimida Junto ao terminal

positivo passam por uma seccedilatildeo contendo um gaacutes ou vapor (N2 no presente caso) ou por uma

folha muito fina de carbono para que os iacuteons emergentes tenham perdido os eleacutetrons Com

carga positiva satildeo novamente acelerados agora por repulsatildeo do terminal Diferenccedilas de

potencial da ordem de vaacuterios milhotildees de volts satildeo obtidas utilizando circuitos multiplicadores

de voltagem que multiplicam e retificam a tensatildeo produzida por um transformador Seguindo

o tubo acelerador geralmente encontra-se um segundo eletroiacutematilde que permite direcionar o

feixe de iacuteons para uma das estaccedilotildees experimentais de acordo com as espeacutecies a serem

detectadas (no presente caso partiacuteculas retroespalhadas)

Detectores de estado soacutelido com junccedilotildees p-n obtidas por implantaccedilatildeo iocircnica

A junccedilatildeo p-n sob polarizaccedilatildeo reversa permite a coleta de cargas geradas na

produccedilatildeo de pares eleacutetron-lacuna Esse fenocircmeno ocorre quando um iacuteon atravessa um

semicondutor excitando eleacutetrons da banda de valecircncia para a banda de conduccedilatildeo que entatildeo

satildeo coletados no acircnodo Dessa forma o nuacutemero de eleacutetrons coletados no acircnodo eacute proporcional

ao nuacutemero de pares de eleacutetron-lacuna produzidos o qual eacute proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo

incidente desde que o iacuteon seja totalmente freado dentro do volume ativo do detector

Analisador multicanal (MCA) no modo de anaacutelise de intensidade de pulso

O MCA consta de uma sequecircncia de registradores onde cada pulso de entrada uma

vez digitalizado por um conversor analoacutegico-digital (ADC) eacute analisado com relaccedilatildeo a sua

amplitude (modo PHA) sob o controle de um discriminador Na sequecircncia o canal de

memoacuteria correspondente tem seu conteuacutedo incrementado em uma unidade Com isso

acumulam-se em um canal especiacutefico todos os pulsos de entrada de um pequeno intervalo de

amplitudes ou energias dos iacuteons incidentes Ao final com a soma dos pulsos recebidos em

cada canal obteacutem-se um histograma do nuacutemero de pulsos em funccedilatildeo de suas amplitudes ou

energias dos iacuteons incidentes

40 METODOLOGIA

41 Amostragem

Amostras de cabelo de 16 pessoas foram coletadas Os doadores foram entrevistados

seguindo o questionaacuterio disponiacutevel no ANEXO I e selecionados de acordo com os seguintes

criteacuterios possuiacuterem cabelos virgens (cabelos sem nenhum tipo de tratamento quiacutemico como

coloraccedilotildees tinturas alisantes entre outros) estarem saudaacuteveis serem natildeo fumantes e viverem

na Regiatildeo Metropolitana do Rio de Janeiro As amostras foram divididas em dois grupos de

oito o primeiro de pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo subterracircneo e o segundo com pessoas

que ingerem a aacutegua tratada e distribuiacuteda pela CEDAE

Foram analisadas amostras de cabelo de duas pessoas que consumiam a aacutegua do

mesmo poccedilo isto eacute duas amostras de cada residecircncia totalizando 4 poccedilos diferentes (a b c

d) na localidade Chaacutecaras Arcampo em Duque de Caxias ndash RJ (Figura 14)

Figura 14 Mapa com os pontos de coleta de amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua

de poccedilo em destaque a localizaccedilatildeo das residecircncias com os poccedilos

Fonte Google Earth Acesso em 30072015

As amostras foram coletadas na regiatildeo occipital da cabeccedila (nuca) como visto na

Figura 15 com o auxiacutelio de uma tesoura de accedilo inoxidaacutevel devidamente limpa com etanol

Essa regiatildeo eacute definida como padratildeo por ser menos suscetiacutevel a contaminaccedilatildeo exoacutegena e

tambeacutem por sempre existir cabelo em indiviacuteduos semicalvos [14] Em seguida as amostras

foram catalogadas e armazenadas em sacos plaacutesticos [5] Informaccedilotildees adicionais sobre o sexo

e a idade dos doadores e o tipo e cor das amostras de cabelo coletadas disponiacuteveis no ANEXO

II

Figura 15 Coleta de amostra de cabelo na regiatildeo occipital da cabeccedila

42 Lavagem das Amostras de Cabelo

Todas as amostras foram submetidas a uma sequecircncia de etapas de lavagem de 10

minutos cada utilizando acetona e aacutegua deionizada (Figura 16) Em seguida foram colocadas

para secar agrave temperatura ambiente de acordo com o procedimento recomendado pela Agecircncia

Internacional de Energia Atocircmica (IAEA) [5]

Figura 16 Lavagem das amostras de cabelo

As amostras analisadas por XRF foram colocadas diretamente no suporte do

equipamento Os fios foram colocados de maneira a se obter a superfiacutecie do porta-amostra

totalmente coberta pelo cabelo a qual em seguida foi coberta por um filme (Ultralenereg 4

microm de espessura) (Figura 17) Para a anaacutelise com o RBS o cabelo foi aderido ao suporte do

porta-amostra com o auxiacutelio de uma fita dupla face de carbono puro (Figura 18)

Figura 17 Amostra de cabelo em porta-amostra do equipamento de Fluorescecircncia de

Raios X

Figura 18 Amostra de cabelo no porta-amostra do equipamento de Espectrometria de

Retroespalhamento Rutherford

43 Paracircmetros Instrumentais

Anaacutelises semiquantitativas de XRF dos elementos presentes no cabelo foram

realizadas no Laboratoacuterio de Impacto de Foacutetons e Eleacutetrons (LIFE) na Universidade Federal do

Rio de Janeiro (UFRJ) Utilizou-se o Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios-X S8 TIGER

ndash BRUKER (Figura 19) na faixa de energia de 05 a 56 keV acircnodo de Rh trabalhando com 1

kW de potecircncia com uma janela de Be de 76 microm atraveacutes do software Quant-Express no

meacutetodo Best Detection O tempo de aquisiccedilatildeo para cada amostra foi de aproximadamente 20

minutos

Os dados por RBS foram realizados no Laboratoacuterio de Implantaccedilatildeo Iocircnica na

Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) Utilizou-se um acelerador de iacuteons

Tandetron - HVEE 3 MV (Figura 20) usando 2000 keV de iacuteons He+ incidentes e detecccedilatildeo de

partiacuteculas retroespalhadas a 165deg

Figura 19 Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X - S8 TIGER - BRUKER

Figura 20 Acelerador de iacuteons Tandetron - HVEE 3 MV onde foi feita a anaacutelise por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford

50 RESULTADOS E DISCUSSOtildeES

51 Anaacutelise por XRF

O espectro completo de XRF da amostra 2 referente ao cabelo de uma pessoa que

ingere aacutegua de poccedilo eacute mostrado na Figura 21 conforme obtido diretamente do equipamento

Eacute possiacutevel identificar as linhas de excitaccedilatildeo do Rh e as linhas de espalhamento Compton e

Rayleigh Os espectros ampliados somente na regiatildeo de interesse com as linhas de

fluorescecircncia Kα e Kβ atribuiacutedas agrave maioria dos elementos (exceto para o chumbo em que se

detectam as linhas Lα e Lβ) e sem as linhas de Rh de todas as amostras analisadas encontram-

se nos ANEXOS III e IV Os elementos analisados e a energia de suas linhas de emissatildeo de

fluorescecircncia Kα e Kβ satildeo apresentados na Tabela 4

Figura 21 Espectro de Fluorescecircncia de Raios X completo da amostra 2

Tabela 4 Energia em keV das principais linhas de emissatildeo de raios x dos elementos

analisados Adaptado de [26]

Os elementos observados e as concentraccedilotildees semiquantitativas das amostras de

cabelo das pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo e das amostras de cabelo das pessoas que

ingerem aacutegua distribuiacuteda pela CEDAE satildeo apresentados respectivamente nas Tabelas 5 e 6

Kα Kβ

Al 1487 1557

Si 1740 1836

P 2014 2139

S 2308 2464

Cl 2622 2816

Ca 3692 4013

Mn 5899 6490

Fe 6404 7058

Cu 8048 8905

Zn 8639 9572

Pb (Linhas Lα e Lβ) 10552 12614

Elementos

Analisados

Energia (keV) das Linhas de

Emissatildeo de Raios X

Tabela 5 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (1 a 8) que

ingerem aacutegua de poccedilo As concentraccedilotildees dos elementos foram normalizadas de modo que a

soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da matriz orgacircnica em conjunto

seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo ldquoa b c drdquo correlacionam a amostra

de cabelo com o poccedilo do qual o indiviacuteduo ingere aacutegua

1 2 3 4 5 6 7 8

Al 002 003 003 34 ppm natildeo det 006 natildeo det 001

Si 001 54 ppm 006 46 ppm 005 002 002 54 ppm

P 003 003 54 ppm 002 001 46 ppm natildeo det 004

S 117 071 115 118 166 135 151 098

Cl 003 65 ppm 002 002 natildeo det 003 natildeo det 61 ppm

Ca 003 003 80 ppm 002 004 002 008 008

Mn 73 ppm 78 ppm 58 ppm 10 ppm natildeo det 91 ppm natildeo det 54 ppm

Fe 001 001 92 ppm 29 ppm 38 ppm 001 27 ppm 83 ppm

Cu 44 ppm 41 ppm 46 ppm 31 ppm natildeo det 44 ppm 37 ppm 36 ppm

Zn 77 ppm 002 91 ppm 82 ppm 41 ppm 92 ppm 40 ppm 98 ppm

Pb 10 ppm 9 ppm 12 ppm 10 ppm natildeo det 10 ppm natildeo det 9 ppm

a b c d

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Elementos

Tabela 6 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (9 a 16)

que ingerem aacutegua tratada e distribuiacuteda pela CEDAE As concentraccedilotildees dos elementos foram

normalizadas de modo que a soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da

matriz orgacircnica em conjunto seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo

9 10 11 12 13 14 15 16

Al 001 36 ppm natildeo det 002 61 ppm 90 ppm 002 natildeo det

Si natildeo det 35 ppm natildeo det 40 ppm 79 ppm 60 ppm natildeo det natildeo det

P 003 34 ppm 003 002 natildeo det 46 ppm natildeo det 41 ppm

S 111 106 116 152 136 145 155 128

Cl 52 ppm 001 002 003 004 005 014 009

Ca 006 004 002 002 001 001 001 001

Mn 51 ppm 9 ppm 32 ppm natildeo det 24 ppm 57 ppm natildeo det 30 ppm

Fe 82 ppm 30 ppm 57 ppm 56 ppm 59 ppm 90 ppm 52 ppm 54 ppm

Cu 31 ppm 51 ppm 28 ppm 27 ppm 31 ppm 44 ppm 14 ppm 29 ppm

Zn 001 001 92 ppm 86 ppm 001 001 42 ppm 001

Pb natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det

Elementos

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

Na anaacutelise semiquantitativa por XRF pode-se verificar a presenccedila de elevadas

concentraccedilotildees de enxofre o que jaacute era esperado visto que este elemento faz parte da estrutura

da cisteiacutena o aminoaacutecido em maior quantidade na composiccedilatildeo do cabelo

Os elementos Ca Zn e Fe foram detectados em todas as amostras dos dois grupos O

Ca aparece na maior parte das amostras em concentraccedilotildees da ordem de enquanto que o Zn

e o Fe da ordem de ppm Os elementos Al P Mn Cl Si e Cu aparecem na maioria das

amostras em ambos os grupos No entanto o Pb foi observado em concentraccedilotildees da ordem de

ppm somente em amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo

Para as amostras 5 7 e 15 utilizou-se um porta amostra com maacutescara de 8 mm de

diacircmetro ao inveacutes da maacutescara de 34 mm utilizada para as outras amostras devido a pouca

quantidade de cabelo coletado Agrave vantagem de poder utilizar menos amostra com a maacutescara

de 8 mm contrapotildee-se um aumento do ruiacutedo de fundo e a consequente perda da sensibilidade

na anaacutelise Tal fato pode provavelmente justificar a quantidade menor de elementos

observados nessas amostras em comparaccedilatildeo com as demais incluindo a ausecircncia do elemento

chumbo nas amostras 5 e 7 jaacute que o mesmo aparece nas amostras 6 e 8 das pessoas que

bebem a mesma aacutegua dos poccedilos c e d respectivamente

52 Anaacutelise por RBS

Apresenta-se na Figura 22 o espectro de RBS da amostra 2 adquirido durante 8

horas de anaacutelise e apoacutes tratamento dos dados atraveacutes do programa computacional OriginPro 8

Duas ampliaccedilotildees (I e II) nas regiotildees de mais alta energia satildeo apresentadas nas Figuras 23 e

24 Observou-se a presenccedila dos elementos C N O Si S Cl Ti Cu Zn e Pb

As energias dos iacuteons He+ retroespalhados a partir da interaccedilatildeo com os nuacutecleos de Pb

e Hg satildeo muito proacuteximas tornando difiacutecil a resoluccedilatildeo dos sinais No entanto o Hg natildeo foi

observado em nenhuma das amostras por XRF enquanto o Pb pode ser detectado claramente

Conclui-se portanto que o degrau no espectro eacute correspondente ao Pb

Utilizando-se o caacutelculo da seccedilatildeo de choque de espalhamento Rutherford foi possiacutevel

obter uma anaacutelise quantitativa relativa da amostra 2 Para isso foi escolhido o enxofre como

elemento padratildeo devido ao fato do S estar presente em todas as amostras de cabelo e ser

facilmente detectaacutevel por ambas as teacutecnicas Para cada aacutetomo de S na amostra de cabelo as

seguintes proporccedilotildees atocircmicas foram obtidas 115 x 102 C 274 x 10

1 N 157 x 10

1 O 479 x

10-1

Si 641 x 10-1

Cl 454 x 10-2

Ti 162 x 10-2

Cu 265 x 10-2

Zn e 504 x 10-4

Pb

Figura 22 Espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da amostra 2

(grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 23 Ampliaccedilatildeo I do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 24 Ampliaccedilatildeo II do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

60 CONCLUSOtildeES

As teacutecnicas de XRF e RBS mostraram-se eficientes e complementares na

determinaccedilatildeo de vaacuterios elementos presentes em amostras de cabelo humano Atraveacutes das duas

teacutecnicas foi possiacutevel detectar de forma semiquantitativa a presenccedila de elementos desde o Al

ateacute o Pb Por RBS tambeacutem foram detectados elementos mais leves como C N e O A

utilizaccedilatildeo conjunta das duas teacutecnicas permitiu a identificaccedilatildeo inequiacutevoca de Pb no espectro de

RBS

Eacute evidente que as concentraccedilotildees dos elementos nas amostras de cabelo dependem de

diversos fatores tais como o tipo de alimentaccedilatildeo idade sexo ambiente em que o indiviacuteduo

vive e podem ser provenientes de meios exoacutegenos e endoacutegenos Entretanto considerando o

natildeo aparecimento do Pb em nenhuma das amostras de cabelo das pessoas que ingerem aacutegua

distribuiacuteda pela CEDAE aleacutem das anaacutelises preacutevias da aacutegua dos poccedilos da aacuterea em estudo eacute

possiacutevel afirmar que existe uma elevada possibilidade da aacutegua de poccedilo estaacute atuando como

uma fonte de contaminaccedilatildeo de Pb para as pessoas Como o Pb eacute um elemento toacutexico com

propriedade de bioacumulaccedilatildeo sua presenccedila pode gerar danos irreversiacuteveis aos organismos

vivos

70 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS

Como sugestotildees deste estudo podemos indicar

Realizar uma anaacutelise quantitativa de um nuacutemero mais amplo de amostras

Efetuar uma comparaccedilatildeo com materiais de referecircncia certificados a fim de

determinar com um grau de confiabilidade mais elevado se as quantidades de

chumbo detectadas nas amostras de cabelo estatildeo acima do intervalo de valores

considerados aceitaacuteveis

80 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

[1] POZEBON D DRESSLER V L CURTIUS A J Anaacutelise de cabelo uma revisatildeo

dos procedimentos para a determinaccedilatildeo de elementos traccedilo e aplicaccedilotildees Quiacutem Nova

1999 22 (6) 838-846

[2] FRAZAtildeO S V Estudo da determinaccedilatildeo de elementos traccedilo em cabelos humanos

pelo meacutetodo de anaacutelise por ativaccedilatildeo de necircutrons Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Ciecircncias na

Aacuterea de Tecnologia Nuclear ndash Aplicaccedilotildees Instituto de Pesquisas Energeacuteticas e Nucleares ndash

Universidade de Satildeo Paulo - USP Satildeo Paulo 2008

[3] CARNEIRO M T W D SILVEIRA C L P MIEKELEY N FORTES L M C

Reference intervals for minor and trace elements in human hair for the population of

Rio de Janeiro city Brazil Quiacutem Nova 2002 25 (1) 37-45

[4] KEMPSON I M SKINNER W M KIRKBRIDE K P The ocurrence and

incorporation of copper and zinc in hair and their potential role as bioindicators a

review Journal of Toxicology and Environmental Health 2007 B 10 611-622

[5] CORTES-TORO E DE GOEIJ J J M BASCO J CHENG Y KINOVA L

MATSUBARA J NIESE S SATP T WESENBERG G R MURAMATSU Y PARR

R M The significance of hair mineral analysis as a means for assessing internal body

burdens of environmental pollutants results from an IAEA co-ordinated research

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[6] CLAYTON E WOOLER K K Sample preparation and system calibration for

Proton-Induced X-ray Emission analysis of hair from occupationally exposed workers

Anal Chem198557 1075-1079

[7] MIEKELEY N CARNEIRO M T W D SILVEIRA C L P How reliable are

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1998 218 9-17

[8] MIEKELEY N FORTES L M C SILVEIRA C L P LIMA M B Elemental

anomalies in hair as indicators of endocrinologic pathologies and deficiencies in calcium

and bone metabolism Journal of Trace Elements in Medicine and Biology 2001 15 46-55

[9] TORIBARA T Y JACKSON D A FRENCH W R THOMPSON A C

JACKLEVIC J M Nondestructive X-Ray Fluorescence Spectrometry for determination

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nickel cuper zinc and lead in human scalp hair in Syrian occupationally exposed

workers by total reflection X-Ray Fluorescence Environ Monit Assess 2008 143 67-74

[11] BARANOWSKA I BARCHANSKI L BAK M SMOLEC B MZYK Z X-Ray

Fluorescence Spectrometry in multielemental analysis of hair and teeth Polish Journal of

Environmental Studies 2004 13 (6) 639-646

[12] WATT F LANDSBERG J P Nuclear microscopy biomedical applications

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research 1993 B 77 249-260

[13] PAIXAtildeO P V GOMES L M B Anaacutelise de aacutegua de poccedilos subterracircneos na

localidade Chaacutecaras Arcampo em Duque de Caxias ndash RJ Relatoacuterio Final de Estaacutegio

Iniciaccedilatildeo Cientiacutefica Instituto de Quiacutemica ndash Universidade Federal do Rio de Janeiro ndash UFRJ

Rio de Janeiro 2012

[14] ANUNCIACcedilAtildeO D L R Anaacutelise de elementos maiores menores e traccedilo em

amostras de cabelo aplicado a triagem populacional com elevada incidecircncia de cacircncer

Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Quiacutemica Instituto de Quiacutemica ndash Universidade de Brasiacutelia

Brasiacutelia ndash Distrito Federal 2008

[15] TEGON E C Caracterizaccedilatildeo Quiacutemica do Enxofre e do Caacutelcio presentes em

amostras de cabelos empregando as teacutecnicas XRF e NEXAFS Projeto de Final de Curso

em Quiacutemica com Atribuiccedilotildees Tecnoloacutegicas Instituto de Quiacutemica ndash Universidade Federal do

Rio de Janeiro Rio de Janeiro 2013

[16] Dossiecirc os minerais na alimentaccedilatildeo Food Ingredients Brasil 2008 ndeg 4 48-65

Disponiacutevel em lt wwwrevista-ficommaterias52pdfgt Acesso em 30 de julho de 2015

[17] CEDAE Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos Disponiacutevel em

ltwwwcedaecombrgt Acesso em 30 de julho de 2015

[18] IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatiacutestica Censo Brasileiro de 2010 Rio de

Janeiro 2010 Disponiacutevel em ltwwwcenso2010ibgegovbrgt Acesso em 30 de julho de

2015

[19] RESENDE D ALENCAR E ALMEIDA R BERTA R Principal reservatoacuterio do

Paraiacuteba do Sul Paraibuna chega ao volume morto pela primeira vez Jornal O Globo 22

de janeiro de 2015 Disponiacutevel em httpogloboglobocomrioprincipal-reservatorio-do-

paraiba-do-sul-paraibuna-chega-ao-volume-morto-pela-primeira-vez-gt Acesso em 30 de

julho de 2015

[20] Fundamentos teoacutericos da teacutecnica de anaacutelise espectromeacutetrica por fluorescecircncia de

raios-x PUC-Rio ndash Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em

lthttpwwwmaxwellvracpuc-riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 30 de julho de 2015

[21] TASCH P DAMIANI F OLIVEIRA L C M IE - 607A Teacutecnicas de anaacutelise e

caracterizaccedilatildeo de materiais Universidade Estadual de Campinas ndash UNICAMP Campinas

2000

[22] FILHO V F N Teacutecnicas analiacuteticas nucleares de Fluorescecircncia de Raios ndashX por

Dispersatildeo de Enerdia (ED-XRF) e por Reflexatildeo Total (TXRF) Departamento de Ciecircncias

Exatas ESALQ Laboratoacuterio de Instrumentaccedilatildeo Nuclear CENA Universidade de Satildeo Paulo

ndash USP Satildeo Paulo 1999

[23] PERDONAacute C R Introduccedilatildeo a espectrometria de Fluorescecircncia de Raios-X Manual

Teacutecnico ndash BRUKER 2014

[24] O espectrocircmetro de fluorescecircncia de raios-x Thermo ARL 9900 PUC-Rio ndash

Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em lthttpwwwmaxwellvracpuc-

riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 08 de agosto de 2015

[25] KRUG C Superfiacutecies porosas recobertas com metalocenos anaacutelise multivariada

envolvendo caracterizaccedilatildeo com feixe de iacuteons Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Fiacutesica Instituto

de Fiacutesica Universidade Federal do Rio Grande do Sul ndash UFRGS Porto Alegre 2000

[26] TABACNIKS M H Anaacutelise de filmes finos por PIXE e RBS Instituto de Fiacutesica da

Universidade de Satildeo Paulo Disponiacutevel em ltwww2ifuspbr~lamfipixeamprbspdfgt Acesso

em julho de 2015

[27] ALMEIDA C R Efeito de tratamentos teacutermico e quiacutemico de aerogeacuteis de oacutexido de

estanho Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Engenharia Eleacutetrica Universidade Federal de Santa

Catarina Florianoacutepolis 2013

[28] ATTWOOD D T HENKE B L et al X-Ray Data Booklet Lawrence Berkeley

Laboratory University of California Berkeley California 1986

ANEXO I

MODELO DO QUESTIONAacuteRIO PREENCHIDO ANTES DA COLETA DAS AMOSTRAS

DE CABELO

Coacutedigo da amostra

Nome

Idade (anos)

Endereccedilo

Fuma Sim ( ) Natildeo ( )

Ingere aacutegua de que tipo (poccedilo CEDAE) Poccedilo ( ) CEDAE ( )

Fez algum tipo de tratamento quiacutemico no cabelo

(coloraccedilatildeo alisamento etc)Sim ( ) Natildeo ( )

Qual Quando foi a uacuteltima vez

Esteve bem de sauacutede nos uacuteltimos 6 meses Sim ( ) Natildeo ( )

Data da coleta

Responsaacutevel pela coleta

COLETA DE AMOSTRA DE CABELO

ANEXO II

INFORMACcedilOtildeES ADICIONAIS SOBRE OS DOADORES E AS AMOSTRAS DE

CABELO COLETADAS

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

1 Feminino 62 Cacheado Castanho Escuro

2 Feminino 27 Cacheado Castanho Escuro

3 Feminino 17 Liso Castanho Escuro

4 Feminino 10 Cacheado Castanho Escuro

5 Feminino 58 Liso Castanho Escuro

6 Feminino 7 Cacheado Castanho Escuro

7 Masculino 17 Liso Castanho Claro

8 Feminino 39 Liso Castanho Escuro

Pessoas que Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

9 Feminino 41 Cacheado Castanho Escuro

10 Feminino 17 Ondulado Castanho Claro

11 Masculino 1 Cacheado Castanho Escuro

12 Feminino 11 Liso Castanho Escuro

13 Masculino 21 Liso Castanho Escuro

14 Masculino 42 Cacheado Preto

15 Masculino 6 Liso Preto

16 Masculino 14 Liso Preto

Pessoas que Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

ANEXO III

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DE POCcedilO (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 1

Amostra 2

Amostra 3

Amostra 4

Amostra 5

Amostra 6

Amostra 7

Amostra 8

ANEXO IV

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DISTRIBUIacuteDA PELA CEDAE (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 9

Amostra 10

Amostra 11

Amostra 12

Amostra 13

Amostra 14

Amostra 15

Amostra 16

Page 5: Dissertação Priscilla Velasco da Paixão

Dedico esta dissertaccedilatildeo agrave minha famiacutelia

Meu pai Luiz minha matildee Alessandra e

meu irmatildeo Jones

ldquoPor vocecircs faria mil vezesrdquo

AGRADECIMENTOS

A Deus e aos bons espiacuteritos que me guiam nesta jornada dando-me forccedilas para natildeo desistir e

seguir sempre evoluindo

Agrave minha famiacutelia o meu lar ao meu saudoso pai Luiz por toda seguranccedila e amor agrave minha matildee

Alessandra pelo conforto do abraccedilo e por toda a torcida e ao meu irmatildeo Jones pelo estiacutemulo

exemplo e total dedicaccedilatildeo

Agrave minha tia Maria Rosa por todo o amor incentivo e momentos plenos de felicidade

Ao Professor Gerardo Gerson pela orientaccedilatildeo e por contribuir na minha formaccedilatildeo

Agrave Professora Maria Luiza Rocco pelo carinho compreensatildeo e apoio

Agrave Professora Fernanda Stedile pela colaboraccedilatildeo nas mediccedilotildees e anaacutelises dos espectros por

RBS por toda a atenccedilatildeo e auxiacutelio

Agrave Joselaine Caacuteceres por toda a instruccedilatildeo paciecircncia boa energia e amizade

Aos amigos Leyza Lucas Kliacutecia Lima Maria Oliacutevia Rodrigo Pais Felipe Camacho

Marcello Ribeiro e Mostafa Galal por todos os momentos de estudos e descontraccedilatildeo com boas

risadas

Aos companheiros do LIFE Rycharda Lautaro Angeacutelica Vanessa Stephani Mayla Patrick

e Frederico pelo carinho e auxiacutelio

Aos funcionaacuterios da secretaria da poacutes-graduaccedilatildeo Marcelo Navarro e Claacuteudia Neiva por toda a

cordialidade na prestaccedilatildeo de serviccedilo

A todas as pessoas que doaram seus preciosos cabelos para a execuccedilatildeo deste trabalho

A FAPERJ CAPES e CNPq pelo apoio financeiro

Para ser grande secirc inteiro nada

Teu exagera ou exclui

Secirc todo em cada coisa Potildee quanto eacutes

No miacutenimo que fazes

Assim em cada lago a lua toda

Brilha porque alta vive

Ricardo Reis (Fernando Pessoa)

RESUMO

O cabelo humano eacute composto basicamente de trecircs camadas a cutiacutecula (parte externa) o

coacutertex (parte mediana) e a medula (parte interna) A alfa-queratina eacute uma proteiacutena de forma

espiralada que fornece sustentaccedilatildeo ao cabelo Estaacute imersa no coacutertex e eacute composta

principalmente pelo aminoaacutecido cisteiacutena rico em enxofre Cortes histoloacutegicos demonstraram

elevada atividade de metais pesados na alfa-queratina Embora o teor de cinzas no cabelo seja

inferior a 1 indicando uma baixa quantidade de minerais a presenccedila de determinado metal

indica a absorccedilatildeo e a exposiccedilatildeo do indiviacuteduo a esse elemento Assim eacute possiacutevel diagnosticar

por exemplo deficiecircncias nutricionais ou niacuteveis elevados de elementos que podem causar

danos agrave sauacutede Frente agrave anaacutelise de outras amostras bioloacutegicas tais como urina e sangue o

cabelo tem a vantagem da facilidade de amostragem sem trauma para o indiviacuteduo facilidade

de transporte e armazenamento aleacutem da estabilidade quiacutemica e estrutural da amostra No

presente trabalho comparou-se o teor de metais em amostras de cabelo de dois grupos de

pessoas que vivem na Regiatildeo Metropolitana do Rio de Janeiro Enquanto o primeiro grupo

ingere aacutegua de poccedilo o segundo grupo inclui as pessoas que ingerem a aacutegua distribuiacuteda pela

Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos CEDAE Duas teacutecnicas foram utilizadas

Fluorescecircncia de Raios X (XRF) e Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford (RBS)

Amostras de cabelo virgem de pessoas saudaacuteveis e natildeo fumantes foram coletadas lavadas e

armazenadas segundo orientaccedilotildees da Agecircncia Internacional de Energia Atocircmica (IAEA) As

medidas por XRF foram realizadas na Universidade Federal do Rio de Janeiro (com o

espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios-X S8 TIGER - BRUKER) na faixa de energia de

05 a 56 keV atraveacutes do meacutetodo Best Detection Os dados por RBS foram coletados na

Universidade Federal do Rio Grande do Sul (com o acelerador de iacuteons Tandetron - 3 MV

HVEE) usando 2000 keV de iacuteons He+ incidentes e detecccedilatildeo a 165deg As anaacutelises por XRF

evidenciaram a presenccedila de Al Si P S Cl Ca Mn Fe Cu e Zn em amostras de cabelo de

ambos os grupos A presenccedila do elemento natildeo essencial Pb foi observada apenas em amostras

de cabelo de pessoas que bebem aacutegua de poccedilo Aleacutem disso usando a teacutecnica de RBS em uma

amostra de cabelo C N O e Ti foram observados aleacutem dos outros elementos mais pesados e

atraveacutes do caacutelculo da seccedilatildeo de choque de espalhamento Rutherford foi obtida uma anaacutelise

quantitativa relativa

Palavras Chave elementos traccedilo amostras de cabelo XRF RBS

ABSTRACT

Human hair consists basically of three layers the cuticle (outer part) the cortex (middle part)

and the medulla (inner part) Alpha-keratin is a spiral shape protein that supports the hair It is

immersed in the cortex and is composed mainly by a sulfur-containing amino acid cysteine

Histological sections demonstrated high activity of heavy metals in the alpha-keratin

Although the ash content of hair is less than 1 indicating low amount of minerals the

presence of a particular element in hair indicates the absorption andor exposure to this

element Thus it is possible to diagnose for example nutritional deficiencies or high levels of

elements that may cause damage to health Faced with the analysis of other biological samples

such as urine and blood hair has the advantage of easy sampling without trauma to the

individual easy transport and storage besides the chemical and structural stability of this

sample In the present work we compare the metal content in hair samples from two sets of

people who live at the outskirts of the Rio de Janeiro city While the first group drinks plain

well water the second group includes people who drink the water distributed by the Rio de

Janeiro State Company CEDAE Two techniques have been used X-Ray Fluorescence

(XRF) and Rutherford Backscattering Spectrometry (RBS) Virgin hair samples of healthy

people and non-smokers were collected washed and stored according to the guidelines of the

International Atomic Energy Agency (IAEA) The XRF measurements were made at the

Federal University of Rio de Janeiro (X-Ray Fluorescence Spectrometer S8 TIGER ndash

BRUKER) in the energy range of 05 to 56 keV using the Best Detection Method The RBS

data were collected at the Federal University of Rio Grande do Sul (Tandetron - 3 MV HVEE

ion accelerator using 2000 keV He+ incident ions and detection at 165deg) XRF measurements

evidence the presence of Al Si P S Cl Ca Mn Fe Cu and Zn in hair samples from both

groups The presence of the non-essential element Pb was only observed in hair samples from

people who drink well water In addition using the RBS technique in a hair sample C N O

and Ti were observed and through the calculation of Rutherford scattering cross sections a

relative quantitative analysis was obtained

Keywords trace elements hair samples XRF RBS

SUMAacuteRIO

LISTA DE FIGURAS xi

LISTA DE TABELASxiii

LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS xiv

10 INTRODUCcedilAtildeO16

20 OBJETIVOS17

30 REVISAtildeO BIBLIOGRAacuteFICA E FUNDAMENTOS TEOacuteRICOS17

31 O Cabelo17

32 Elementos Essenciais e Natildeo Essenciais e a Sauacutede Humana21

33 Abastecimento de Aacutegua na Regiatildeo de Amostragem 24

34 Fluorescecircncia de Raios X - Teoria26

35 Fluorescecircncia de Raios X - Instrumentaccedilatildeo29

36 Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford - Teoria34

37 Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford - Instrumentaccedilatildeo38

40 METODOLOGIA40

41 Amostragem40

42 Lavagem das Amostras de Cabelo41

43 Paracircmetros Instrumentais43

50 RESULTADOS E DISCUSSOtildeES45

51 Anaacutelise por XRF45

52 Anaacutelise por RBS49

60 CONCLUSOtildeES51

70 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS52

80 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS53

ANEXO I MODELO DO QUESTIONAacuteRIO PREENCHIDO ANTES DA COLETA DAS

AMOSTRAS DE CABELO57

ANEXO II INFORMACcedilOtildeES ADICIONAIS SOBRE OS DOADORES E AS AMOSTRAS

DE CABELO COLETADAS59

ANEXO III ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE

INGEREM AacuteGUA DE POCcedilO (AMPLIACcedilAtildeO DA REGIAtildeO DE INTERESSE)61

ANEXO IV ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE

INGEREM AacuteGUA DISTRIBUIacuteDA PELA CEDAE (AMPLIACcedilAtildeO DA REGIAtildeO DE

INTERESSE)66

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 Desenho esquemaacutetico de um fio de cabelo18

Figura 2 Esquema das fases de crescimento do cabelo19

Figura 3 Estrutura secundaacuteria (α-heacutelice) da α-queratina19

Figura 4 Estrutura da Cisteiacutena e da Cistina21

Figura 5 Reservatoacuterio Paraibuna localizado na Bacia do Rio Paraiacuteba do Sul25

Figura 6 Poccedilo subterracircneo em Duque de Caxias26

Figura 7 Esquema do princiacutepio da Fluorescecircncia de Raios X27

Figura 8 Efeito Auger28

Figura 9 Espalhamento Compton e Rayleigh29

Figura 10 Instrumentaccedilatildeo do Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X por Dispersatildeo de

Comprimento de Onda - S8 TIGER - BRUKER29

Figura 11 Espalhamento elaacutestico em acircngulo de retroespalhamento de um iacuteon de massa M1

por um aacutetomo de massa M2 com M2gtM134

Figura 12 Esquema de um espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford de

um filme fino AB sobre um substrato C ainda mais leve36

Figura 13 Esquema dos componentes presentes na instrumentaccedilatildeo utilizada em anaacutelises por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford38

Figura 14 Mapa com os pontos de coleta de amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua

de poccedilo em destaque a localizaccedilatildeo das residecircncias com os poccedilos40

Figura 15 Coleta de amostra de cabelo na regiatildeo occipital da cabeccedila41

Figura 16 Lavagem das amostras de cabelo42

Figura 17 Amostra de cabelo em porta-amostra do equipamento de Fluorescecircncia de Raios

X42

Figura 18 Amostra de cabelo no porta-amostra do equipamento de Espectrometria de

Retroespalhamento Rutherford43

Figura 19 Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X - S8 TIGER - BRUKER44

Figura 20 Acelerador de iacuteons Tandetron - HVEE 3 MV onde foi feita a anaacutelise por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford44

Figura 21 Espectro de Fluorescecircncia de Raios X completo da amostra 245

Figura 22 Espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da amostra 2

(grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)50

Figura 23 Ampliaccedilatildeo I do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)50

Figura 24 Ampliaccedilatildeo II do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)51

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 Composiccedilatildeo de aminoaacutecidos no cabelo20

Tabela 2 Elementos traccedilo essenciais e algumas de suas funccedilotildees bioloacutegicas22

Tabela 3 Elementos traccedilo natildeo essenciais e suas toxicidades24

Tabela 4 Energia em keV das principais linhas de emissatildeo de raios x dos elementos

analisados46

Tabela 5 Concentraccedilatildeo dos elementos nas amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua

de poccedilo47

Tabela 6 Concentraccedilatildeo dos elementos nas amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua

distribuiacuteda pela CEDAE48

LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS

AAS - Atomic Absorption Spectroscopy (Espectroscopia de Absorccedilatildeo Atocircmica)

CEDAE - Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos do Rio de Janeiro

CONAMA - Conselho Nacional do Meio Ambiente

ERD - Elastic Recoil Detection (Anaacutelise por Detecccedilatildeo de Recuo Elaacutestico)

IAEA - International Atomic Energy Agency (Agecircncia Internacional de Energia Atocircmica)

IBGE - Instituto Brasileiro de Geografia e Estatiacutestica

ICP-AES - Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry (Espectrometria de

Emissatildeo Atocircmica com Plasma Indutivamente Acoplado)

ICP-MS - Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (Espectrometria de Massa com

Plasma Indutivamente Acoplado)

ICP-OES - Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometry (Espectrometria de

Emissatildeo Oacuteptica com Plasma Acoplado Indutivamente)

LIFE - Laboratoacuterio de Impacto de Foacutetons e Eleacutetrons

NAA - Neutron Activation Analysis (Anaacutelise por Ativaccedilatildeo de Necircutrons)

PET ndash Pentaeritriato

PHA - Pulse Height Analyzer (Analisador de Altura de Pulso)

PIXE - Proton Induced X-Ray Emission (Emissatildeo de Raios X Induzidos por Proacutetons)

RBS - Rutherford Backscattering Spectrometry (Espectrometria de Retroespalhamento

Rutherford)

UFRGS - Universidade Federal do Rio Grande do Sul

UFRJ - Universidade Federal do Rio de Janeiro

WDXRF - Wavelength Dispersive X-ray Fluorescence (Fluorescecircncia de Raios X por

Dispersatildeo de Comprimento de Onda)

XRF - X-Ray Fluorescence (Fluorescecircncia de Raios X)

16

10 INTRODUCcedilAtildeO

A determinaccedilatildeo de elementos traccedilo em cabelo tem sido assunto de estudo em

diversas aacutereas da ciecircncia dentre elas o monitoramento de exposiccedilatildeo ambiental e ocupacional

avaliaccedilatildeo da intoxicaccedilatildeo por metais toacutexicos avaliaccedilatildeo do estado nutricional diagnoacutestico e

prevenccedilatildeo de doenccedilas e nas ciecircncias forenses Isto se deve ao fato do cabelo ser considerado

um ldquodosiacutemetro bioloacutegicordquo que reflete a exposiccedilatildeo e absorccedilatildeo do indiviacuteduo a determinado

elemento ou seja a concentraccedilatildeo dos elementos traccedilo no cabelo indica a concentraccedilatildeo dos

mesmos no organismo [1-5]

Frente agrave anaacutelise de outros materiais bioloacutegicos como urina e sangue o cabelo tem a

vantagem da facilidade de amostragem (sem dor ou trauma para o indiviacuteduo) facilidade de

armazenamento transporte e manuseio possibilidade de obtenccedilatildeo de um registro histoacuterico de

exposiccedilatildeo aos elementos em questatildeo aleacutem da estabilidade estrutural da amostra permitindo o

diagnoacutestico por um periacuteodo maior de tempo (meses a anos) [1-46]

Haacute muita controveacutersia na literatura quanto aos dados disponiacuteveis em relaccedilatildeo agrave anaacutelise

elementar em cabelos no tocante agrave falta de um procedimento padratildeo de anaacutelise com uma

etapa de lavagem que seja completamente eficiente em eliminar a contaminaccedilatildeo exoacutegena (ar

aacutegua cosmeacuteticos entre outros) da contaminaccedilatildeo endoacutegena (incorporado ao fio do cabelo

durante a primeira fase de crescimento) [1-3]

Nas uacuteltimas deacutecadas vaacuterios estudos relacionados agrave determinaccedilatildeo elementar de

cabelos com foco em quiacutemica ambiental e ciecircncia meacutedica foram realizados Dentre as teacutecnicas

mais utilizadas encontram-se Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry

(ICP-AES) [13] Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (ICP-MS) [1378]

Neutron Activation Analysis (NAA) [15] Atomic Absorption Spectroscopy (AAS) [15] X-

Ray Fluorescence (XRF) [59-11] e Proton Induced X-Ray Emission (PIXE) [612]

Encontramos na literatura apenas um relato anterior sobre a anaacutelise por RBS de amostras de

cabelo em que a RBS foi utilizada para determinar os principais componentes de cabelo (C

N O e S) Os mesmos autores tambeacutem utilizaram PIXE para determinar elementos em

concentraccedilatildeo mais baixa e Elastic Recoil Detection (ERD) para determinar Hidrogecircnio [6]

Em trabalho de Iniciaccedilatildeo Cientiacutefica feito por mim com orientaccedilatildeo da Prof Dr Lola

Maria Braga Gomes do Departamento de Quiacutemica Analiacutetica-UFRJ em 2012 foram realizadas

anaacutelises da qualidade da aacutegua de 6 poccedilos subterracircneos na localidade Chaacutecaras Arcampo na

cidade de Duque de Caxias-RJ Foram determinados por ICP-OES os seguintes elementos

Cr Mn Fe Ni Cu Zn Ar Cd e Pb Constatou-se a presenccedila de chumbo em valores ateacute 55

vezes acima do permitido pelos Padrotildees de Qualidade de Aacutegua Subterracircnea do CONAMA

[13]

O presente trabalho foi realizado com a intenccedilatildeo de verificar quais elementos

estariam presentes nas amostras de cabelo das pessoas daquela localidade e que ingerem esse

tipo de aacutegua Dentro do nosso conhecimento esta eacute a primeira vez em que XRF e RBS satildeo

conjuntamente aplicados para a determinaccedilatildeo de elementos traccedilo presentes em amostras de

cabelo

Considera-se este trabalho relevante tanto para servir como fonte de dados quanto

para o seu possiacutevel uso no acircmbito social principalmente no que diz respeito ao abastecimento

de aacutegua e a sauacutede de parte da populaccedilatildeo que consome diariamente uma aacutegua sem tratamento

20 OBJETIVO

O presente trabalho tem como objetivo utilizar as teacutecnicas de Fluorescecircncia de

Raios X (XRF) e Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford (RBS) para determinar e

comparar elementos presentes em amostras de cabelo de dois grupos de pessoas que vivem na

Regiatildeo Metropolitana do Rio de Janeiro No primeiro grupo estatildeo pessoas que ingerem aacutegua

de poccedilo enquanto no segundo grupo estatildeo pessoas que ingerem aacutegua tratada e distribuiacuteda pela

Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos (CEDAE) do Rio de Janeiro

30 REVISAtildeO BIBLIOGRAacuteFICA E FUNDAMENTOS TEOacuteRICOS

31 O Cabelo

O cabelo possui uma funccedilatildeo esteacutetica com papel importante nos atributos da beleza

mas tem como principal funccedilatildeo a proteccedilatildeo da cabeccedila dos raios solares Esse processo eacute

realizado atraveacutes de receptores nervosos que agem como sensores teacutermicos capazes de

aumentar a proteccedilatildeo quando necessaacuterio [1214]

A composiccedilatildeo do cabelo eacute de aproximadamente 80 de proteiacutenas 15 de aacutegua e

aproximadamente 5 de lipiacutedios e constituintes inorgacircnicos O cabelo eacute basicamente

constituiacutedo por trecircs camadas cutiacutecula (camada externa) coacutertex (parte intermediaacuteria) e medula

(parte mais interna) (Fig 1) A cutiacutecula eacute formada por vaacuterias subcamadas separadas por um

complexo de ceacutelulas alongadas e justapostas que envolvem o coacutertex O coacutertex eacute o principal

constituinte do cabelo formado por um conjunto de ceacutelulas ciliacutendricas denominadas matriz e

perfeitamente ligadas umas as outras Na matriz encontram-se a α-queratina e outras

proteiacutenas A medula apresenta-se em pequena quantidade e pode estar ausente em alguns tipos

de cabelo Eacute composta por ceacutelulas anucleadas contendo lipiacutedeos e granulaccedilotildees pigmentadas

[1214]

Figura 1 Desenho esquemaacutetico de um fio de cabelo

Fonte http ltwwwartistasdocabelocombrgt Acesso em 30072015

O fio de cabelo desenvolve-se a partir de cavidades denominadas foliacuteculos pilosos

localizados de 3 a 5 mm abaixo da superfiacutecie da pele A taxa de crescimento meacutedio do fio eacute de

cerca de 1 cm por mecircs e cada fio pode ter de 15 a 120 microm de diacircmetro dependendo do tipo de

cabelo O ciclo de crescimento do cabelo eacute dividido em trecircs estaacutegios (Fig2)

Anaacutegeno ocorre o crescimento ativo do cabelo com irrigaccedilatildeo sanguiacutenea atraveacutes dos

foliacuteculos capilares na regiatildeo da papila Pode durar ateacute 7 anos Em um adulto cerca de

90 dos fios encontram-se neste estaacutegio

Cataacutegeno ocorre uma transiccedilatildeo entre o crescimento do fio e seu teacutermino dura apenas

algumas semanas O cabelo para de receber irrigaccedilatildeo sanguiacutenea para de crescer e a

parte mais profunda do foliacuteculo piloso fica mais proacutexima da superfiacutecie da pele

Teloacutegeno ocorre a queda do fio iniciando o crescimento de outro fio atraveacutes de um

foliacuteculo novo que surge no mesmo local [1214]

Figura 2 Esquema das fases de crescimento do cabelo

Fonte httpltwwwtratamentocalviciecombrartigo_02phpgt Acesso em 30072015

A α-queratina eacute uma proteiacutena que apresenta uma estrutura secundaacuteria (α-heacutelice) em

um arranjo helicoidal estabilizado por pontes de hidrogecircnio (Figura 3) e eacute responsaacutevel por dar

sustentaccedilatildeo ao cabelo Ela fica imersa na matriz e eacute composta por uma sequecircncia de

aminoaacutecidos (Tabela 1) sendo a cisteiacutena o principal desses

Figura 3 Estrutura secundaacuteria (α-heacutelice) da α-queratina

Fonte httpltwwwslideplayercombrgt Acesso em 27092015

Tabela 1 Composiccedilatildeo de aminoaacutecidos no cabelo normal Fonte [15]

Ligaccedilotildees quiacutemicas cruzadas entre as cadeias polimeacutericas de α-queratina formam

pontes dissulfeto (-S-S-) que datildeo origem aos resiacuteduos de cistina (Fig4) Como estatildeo em

grande quantidade na composiccedilatildeo do cabelo formam uma rede de alta resistecircncia e datildeo o

formato ao fio A reduccedilatildeo dessas ligaccedilotildees causa mudanccedilas nas propriedades mecacircnicas do fio

Cortes histoloacutegicos evidenciaram elevada atividade de metais pesados na α-queratina [114]

Aminoaacutecido Quantidade Residual ()

Aacutecido Aspaacutertico 49

Aacutecido Glutacircmico 114

Alanina 46

Arginina 58

Cisteiacutena 178

Fenilalanina 16

Glicina 64

Histidina 09

Isoleucina 26

Leucina 58

Lisina 27

Metionina 06

Prolina 84

Serina 117

Tirosina 2

Treonina 68

Valina 58

Figura 4 Estrutura da Cisteiacutena e da Cistina Reaccedilatildeo de oxi-reduccedilatildeo formando a ponte

dissulfeto Adaptado de httpltbiocienciascpoblogspotcombr201211resumo-

proteinashtmlgt

A incorporaccedilatildeo de elementos ao cabelo pode ocorrer por dois meios exoacutegeno e

endoacutegeno A incorporaccedilatildeo endoacutegena ocorre no primeiro estaacutegio de crescimento do fio onde o

foliacuteculo capilar encontra-se em contato com as glacircndulas secretoras e vasos sanguiacuteneos

Assim os elementos quiacutemicos que circulam no organismo atraveacutes dos fluidos podem

incorporar-se ao cabelo Estima-se que o periacuteodo entre a absorccedilatildeo pelo indiviacuteduo e a

incorporaccedilatildeo de elementos no cabelo seja de 30 dias Um modelo mais simples sugere que a

incorporaccedilatildeo endoacutegena ocorra de forma passiva isto eacute por difusatildeo [1] Os metais ligam-se

aos aminoaacutecidos atraveacutes de seus grupos funcionais como sulfidrila (-SH) amina (-NH2)

hidroxila (-OH) e carboxila (-COOH) nos quais a forccedila destas ligaccedilotildees dependeraacute da

estrutura eletrocircnica externa do metal [14]

Na incorporaccedilatildeo exoacutegena os elementos quiacutemicos satildeo levados ao cabelo por fatores

externos como aacutegua poeira fumaccedila cosmeacuteticos entre outros Os elementos podem ligar-se agrave

cutiacutecula do fio capilar principalmente se as cutiacuteculas estiverem danificadas [14]

32 Elementos Essenciais e Natildeo Essenciais e a Sauacutede Humana

Os elementos traccedilos podem ser divididos em essenciais e natildeo essenciais de acordo

com a importacircncia nutricional e a influecircncia no organismo dos seres vivos Os elementos

traccedilo essenciais satildeo considerados beneacuteficos e indispensaacuteveis para os seres vivos dentro de

uma faixa especiacutefica de concentraccedilatildeo Na Tabela 2 estatildeo listados os elementos traccedilo

essenciais e suas respectivas funccedilotildees bioloacutegicas [214]

Tabela 2 Elementos traccedilo essenciais e algumas de suas funccedilotildees bioloacutegicas

Adaptado de [14 16]

B Previne a osteoporose em mulheres na fase poacutes-menopausa

CaImportante na coagulaccedilatildeo sanguinea na contraccedilatildeo muscular transmissatildeo nervosa e

formaccedilatildeo de ossos e dentes

Cl Presente no suco gaacutestrico manteacutem o equilibrio hidrico e de eletroacutelitos

Co Constituinte da vitamina B12

Cr Importante no metabolismo da glicose

Cu Cofator em enzimas redox e no transporte de O2

F Prevenccedilatildeo das patologias bucodentaacuteria e oacutessea atua tambeacutem nos tecidos celulares

Fe Cofator em muitas enzimas e proteiacutenas heme

IPresente na estrutura de dois fatores hormonais da glacircndula tireoacuteide (tiroxina e

triiodotiroxina)

KImportante na regulaccedilatildeo da atividade neuromuscular crescimento celular e equiliacutebrio

osmoacutetico

MgRegula diversas reaccedilotildees enzimaacuteticas e age sobre as trocas iocircnicas da membrana

celular

MnCofator em muitas enzimas auxilia na reduccedilatildeo de accedilucar no sangue e a regular o

funcionamento do sistema reprodutivo

Elementos Essenciais e suas Funccedilotildees Bioloacutegicas

Os elementos traccedilo natildeo essenciais satildeo aqueles que natildeo apresentam nenhuma funccedilatildeo

no metabolismo das espeacutecies animais e vegetais e quando estatildeo em alta concentraccedilatildeo podem

provocar efeitos negativos ao organismo dos seres vivos Na Tabela 3 estatildeo listados alguns

elementos traccedilo natildeo essenciais e suas toxicidades [214]

Mo Cofator em enzimas que metabolizam os aminoaacutecidos metionina e cistina

NaAtua no controle osmoacutetico volume plasmaacutetico transmissatildeo de impulsos nervosos e

controle da contraccedilatildeo muscular

Ni A essencialidade eacute provaacutevel mas ainda natildeo estaacute estabelecida

PAtua na formaccedilatildeo dos ossos e dentes participa da estrutura das membranas

celulares e do processo de absorccedilatildeo renal da glicose

SParticipa da construccedilatildeo das proteiacutenas e no metabolismo energeacutetico faz parte de

algumas vitaminas (tiamina e biotina)

SeParticipaccedilatildeo na siacutentese de hormocircnios tireoideanos na accedilatildeo antioxidante e eacute cofator

em enzimas

Si Atua na estrutura da derme promovendo sua elasticidade

Sn A essencialidade eacute provaacutevel mas ainda natildeo estaacute estabelecida

V A essencialidade eacute provaacutevel mas ainda natildeo estaacute estabelecida

ZnCofator em algumas enzimas e na insulina tambeacutem exerce influecircncia no metabolismo

dos aacutecidos nucleiacutecos

Tabela 3 Elementos traccedilo natildeo essenciais e suas toxicidades Adaptado de [14]

Os termos macrominerais e microminerais (ou elementos-traccedilo) tambeacutem satildeo muito

utilizados no meio cientiacutefico principalmente na aacuterea de nutriccedilatildeo Os macrominerais satildeo

aqueles elementos encontrados em altas concentraccedilotildees nas amostras geralmente acima de

1 ou cuja necessidade diaacuteria no organismo seja maior que 100 mg No cabelo satildeo

considerados macrominerais por exemplo Ca P S Mg Na K e Cl Jaacute os microminerais satildeo

aqueles encontrados em baixas concentraccedilotildees na amostra (ppm ou ppb) ou cuja necessidade

no organismo seja inferior a 100 mg por dia No cabelo podem ser citados os seguintes

microminerais Fe Zn Cu Mn I Cr Se F Co Ni Si e Mo [114]

33 Abastecimento de Aacutegua na Regiatildeo de Amostragem

No Estado do Rio de Janeiro a captaccedilatildeo tratamento aduccedilatildeo e distribuiccedilatildeo das redes

de aacutegua ficam a cargo da CEDAE ndash Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos No presente

momento a CEDAE abastece cerca de 9 milhotildees de pessoas em 64 dos 92 municiacutepios do

Estado sendo Duque de Caxias um desses [17]

O abastecimento de aacutegua pela CEDAE na cidade de Duque de Caxias nunca ocorreu

de forma contiacutenua e natildeo haacute garantia da manutenccedilatildeo da qualidade da aacutegua ateacute a chegada ao

Al

Causa ao organismo anemia enfraquecimento dos ossos e muacutesculos

dificuldade no metabolismo do caacutelcio alteraccedilotildees hepatoloacutegicas e

renais dores de cabeccedila e nervosismo

AsInterrompe a expressatildeo de diversos genes em especial aqueles que

participam das vias de transduccedilatildeo de sinal

CdOcasiona perda de peso hemorragia danos ao sistema respiratoacuterio

hepatoloacutegico e renal

PbGera alteraccedilotildees cardiovasculares gastrointestinais hematoloacutegicas

renais neuroloacutegicas e imunoloacutegicas

Elementos Natildeo Essenciais e suas Toxicidades

consumidor Segundo dados do CENSO-2010 dos 269353 domiciacutelios estabelecidos no

municiacutepio de Duque de Caxias apenas 63 alegaram receber aacutegua de redes de distribuiccedilatildeo

[18] Diante do cenaacuterio atual em que o Sudeste vive a maior crise hiacutedrica dos uacuteltimos cem

anos devido agrave escassez de chuvas os reservatoacuterios que abastecem o estado do Rio de Janeiro

encontram-se em niacuteveis muito baixos e alguns deles chegaram ao volume morto (reserva

teacutecnica) Com isso o abastecimento de aacutegua para a populaccedilatildeo estaacute a cada dia mais escasso

Na Figura 5 apresenta-se uma foto da situaccedilatildeo do maior reservatoacuterio da Bacia do Rio Paraiacuteba

do Sul (em fevereiro deste ano) Este reservatoacuterio alimenta a Estaccedilatildeo de Tratamento de Aacutegua

do Guandu que por sua vez eacute responsaacutevel pelo abastecimento de toda a Regiatildeo Metropolitana

do Rio de Janeiro [19]

Figura 5 Reservatoacuterio Paraibuna localizado na Bacia do Rio Paraiacuteba do Sul apoacutes estiagem dos uacuteltimos anos

Na foto o reservatoacuterio estaacute com -056 da capacidade (volume morto) 03022015 Fonte http

ltogloboglobocomrionivel-de-reservatorios-do-rio-paraiba-do-sul-apresentam-leve-melhora-apos-chuvas-

fortes-15229418gt Acesso em 30072015

Devido aos fatores mencionados aliados agrave facilidade de manutenccedilatildeo e ao baixo custo

de perfuraccedilatildeo a utilizaccedilatildeo de aacutegua de poccedilo subterracircneo (Figura 6) eacute cada vez mais requisitada

para suprir as carecircncias de abastecimento No Brasil o aquiacutefero subterracircneo abastece cerca de

19 do total dos domiciacutelios particulares enquanto que no municiacutepio de Duque de Caxias este

percentual atinge os 35 segundo o CENSO-2010 [18]

Figura 6 Poccedilo subterracircneo em Duque de Caxias

34 Fluorescecircncia de Raios X - Teoria

A Espectroscopia de Fluorescecircncia de Raios X eacute uma teacutecnica natildeo destrutiva que

permite a identificaccedilatildeo simultacircnea (qualitativa e quantitativa) de elementos presentes em uma

amostra A teacutecnica baseia-se no fato dos elementos quiacutemicos emitirem radiaccedilotildees

caracteriacutesticas quando submetidos a uma excitaccedilatildeo adequada [20-23]

As amostras satildeo irradiadas com foacutetons (feixe de raios x) gerados por uma fonte Esse

feixe de raios x primaacuterio possui energia suficiente para ejetar eleacutetrons de camadas internas do

aacutetomo (camadas com maior energia de ligaccedilatildeo) transferindo energia para este eleacutetron que eacute

ejetado como fotoeleacutetron O aacutetomo fica instaacutevel (excitado) com uma vacacircncia na camada

interna Com o intuito de diminuir a energia do sistema eleacutetrons de outras camadas

preenchem essa lacuna A diferenccedila de energia entre os niacuteveis da transiccedilatildeo eletrocircnica eacute

liberada atraveacutes da emissatildeo de um foacuteton de raios x (fluorescecircncia ou raio x secundaacuterio) que

tem energia caracteriacutestica para cada elemento como ilustrado na Figura 7 A energia do raio x

caracteriacutestico eacute fornecida pela Equaccedilatildeo 1 [20-23]

Ex = Eni - Enf (Eq1)

Onde

Ex = energia do raio x caracteriacutestico emitido

Eni Enf = energia dos estados eletrocircnicos inicial e final respectivamente

Figura 7 Esquema do princiacutepio da Fluorescecircncia de Raios X

Fonteltwwwshimadzucombrgt Acesso em 30072015

A radiaccedilatildeo caracteriacutestica eacute nomeada de acordo com o niacutevel de onde se apresenta a

vacacircncia (K L M) e de qual niacutevel (α β) e subniacutevel (1 2) proveacutem o eleacutetron que iraacute

ocupar essa lacuna Por exemplo a vacacircncia originada na camada K pode ser preenchida por

eleacutetrons de dois subniacuteveis da camada L o que origina as linhas espectrais Kα1 e Kα2 Se a

vacacircncia da camada K fosse ocupada por um eleacutetron da M teria-se o Kβ e assim por diante

[23]

Com isso os elementos em uma amostra podem ser identificados atraveacutes da medida

do comprimento de onda (ou energia) dessas radiaccedilotildees caracteriacutesticas e as concentraccedilotildees

mensuradas pela intensidade dessas radiaccedilotildees [2123]

Quando um feixe de raios x incide sobre um determinado material diversas formas

de interaccedilatildeo entre a radiaccedilatildeo e a mateacuteria podem ocorrer tais como o Efeito Auger e os

espalhamentos Rayleigh e Compton [20-23]

O processo de relaxaccedilatildeo natildeo-radiativa ou Efeito Auger ocorre quando o aacutetomo

excitado emite um eleacutetron (eleacutetron Auger) ao inveacutes do processo de fluorescecircncia (Figura 8)

Esses dois processos de relaxaccedilatildeo do sistema satildeo concorrentes e a predominacircncia de um ou de

outro depende do numero atocircmico O Efeito Auger prevalece em elementos com baixo

nuacutemero atocircmico (Zlt20) [21]

Figura 8 Efeito Auger [20]

O fenocircmeno de espalhamento de raios x eacute importante em espectroscopia pois eacute

responsaacutevel pela intensidade da radiaccedilatildeo de fundo (background) presente em uma

determinada medida Ele eacute a soma dos efeitos de dois fenocircmenos o espalhamento coerente

elaacutestico ou Rayleigh no qual os raios x primaacuterios satildeo defletidos sem perda de energia isto eacute

sem alteraccedilatildeo no comprimento de onda (λ) e o espalhamento incoerente inelaacutestico ou

Compton no qual foacutetons de raios x primaacuterio satildeo defletidos com perda de energia e com

ejeccedilatildeo de um fotoeleacutetron (Figura 9) [21]

Figura 9 Espalhamento Compton e Rayleigh [21]

35 Fluorescecircncia de Raios X - Instrumentaccedilatildeo

Na Figura 10 pode ser observado um esquema com os principais componentes do

espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X por Dispersatildeo de Comprimento de Onda

(WDXRF - Wavelength Dispersive X-ray Fluorescence) utilizado neste trabalho Suas

funccedilotildees seratildeo descritas em seguida [23]

Figura 10 Instrumentaccedilatildeo do Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X por Dispersatildeo de

Comprimento de Onda - S8 TIGER - BRUKER [23]

Tubo de Raios X

A radiaccedilatildeo incidente eacute produzida em um tubo de raios x consistindo em uma ampola

de vidro ou de metal sob alto vaacutecuo com um filamento de tungstecircnio em uma extremidade

denominado caacutetodo e um alvo de metal na outra extremidade denominado acircnodo

O filamento eacute aquecido por uma corrente eleacutetrica e emite eleacutetrons (emissatildeo

termiocircnica) Os eleacutetrons satildeo acelerados rumo a um acircnodo (alvo) empregando-se uma

diferenccedila de potencial (10-70 kV) Raios x primaacuterios satildeo produzidos quando esses eleacutetrons

com alta velocidade colidem com o material alvo Com o impacto a maior parte da energia

cineacutetica dos eleacutetrons eacute convertida em calor exigindo que o acircnodo seja resfriado de forma

eficiente Apenas uma pequena parte (02-05 dependendo do tipo do alvo) da energia

eletrocircnica eacute convertida em raios x uacuteteis

Essa radiaccedilatildeo consiste em um Contiacutenuo ou Bremsstrahlung e linhas de raios x

caracteriacutesticas do material alvo (aleacutem de linhas caracteriacutesticas de quaisquer contaminantes

presentes) Assim o espectro primaacuterio de um tubo de raios x convencional consiste em linhas

caracteriacutesticas do material do acircnodo (por exemplo Rh) superpostas a um contiacutenuo de

radiaccedilatildeo

Os tubos de raios x satildeo geralmente isolados atraveacutes de uma janela de beriacutelio pois

esse elemento apresenta baixa absorccedilatildeo de raios x e alta resistecircncia mecacircnica para suportar as

diferenccedilas de pressatildeo

Filtros do Feixe Primaacuterio

O espectro primaacuterio pode natildeo conter apenas as linhas do elemento-alvo mas tambeacutem

as linhas de impurezas como Fe Cr ou Cu presentes em vaacuterias partes do tubo Desta forma o

niacutevel de fundo (background) na posiccedilatildeo desses elementos no espectro pode ser elevado

Filtros de feixe primaacuterio satildeo utilizados para filtrar as linhas caracteriacutesticas do tubo se

o mesmo elemento estiver presente na amostra ou se houver sobreposiccedilatildeo por uma linha do

tubo em linhas de elementos da amostra No equipamento em que foram feitas as anaacutelises satildeo

utilizados (automaticamente) os filtros de Cu de 200 microm de espessura e o de Al de 500 microm de

espessura

Maacutescara

Delimita a aacuterea da amostra que seraacute irradiada

Selo de vaacutecuo (Vacuum seal )

Protege o sistema de detecccedilatildeo dos foacutetons de raios x de qualquer vazamento de

amostra

Goniocircmetro

Em equipamentos de dispersatildeo sequencial empregam-se uma ldquogeometria do feixe

paralelordquo ou uma ldquogeometria de cristal planardquo permitindo que os acircngulos do cristal e do

detector sejam selecionados por um aparelho chamado goniocircmetro

O goniocircmetro eacute uma estrutura de rotaccedilatildeo que permite que o cristal e o detector

possuam um movimento angular acoplado θ a 2θ entre eles

Colimador

Colima o feixe divergente de raios x emitido pela amostra Satildeo normalmente feitos

de uma seacuterie de lacircminas paralelas O comprimento e o espaccedilamento entre as lacircminas

determinam a divergecircncia angular admitida pelo colimador Essa divergecircncia angular

juntamente com o cristal determina a resoluccedilatildeo final do espectro

Pode-se melhorar a resoluccedilatildeo fechando o colimador para minimizar a divergecircncia

Poreacutem com isso a intensidade tambeacutem diminui Assim torna-se necessaacuterio um equiliacutebrio

entre a resoluccedilatildeo final (necessaacuteria para evitar sobreposiccedilotildees espectrais importantes) e a

sensibilidade (relacionada com a intensidade)

Cristal

Separa os vaacuterios comprimentos de onda emitidos pela amostra A lei de Bragg

(equaccedilatildeo 2) propotildee que se um plano cristalino tiver um espaccedilamento interplanar (d) refletindo

um comprimento de raios x (λ) essa onda difere em caminho percorrido por uma distacircncia

(2dsenθ) da onda refletida pelo plano adjacente Quando esse caminho percorrido difere por

um nuacutemero inteiro de comprimento de onda tem-se uma interferecircncia construtiva e os raios x

refletidos satildeo reforccedilados Caso contraacuterio tem-se uma interferecircncia destrutiva e os raios x

refletidos se anulam A equaccedilatildeo de Bragg (2)

119899120582 = 2119889119904119890119899120579 (Eq 2)

Onde

n = nuacutemero inteiro (1 2 3) chamado Ordem de Difraccedilatildeo

d = espaccedilamento interplanos no cristal utilizado

θ = acircngulo de Bragg ou acircngulo de difraccedilatildeo

λ = comprimento de onda da linha espectral

Dessa forma para um dado plano cristalino e uma dada ordem de difraccedilatildeo cada

comprimento de onda no espectro de XRF incidente eacute difratado em um uacutenico acircngulo O

comprimento de onda maacuteximo que o proacuteprio plano cristalino pode difratar eacute 2d (quando senθ

assume o valor maacuteximo de 1) Portanto eacute necessaacuterio um cristal ou um plano cristalino com

diferentes valores de 2d para cobrir diferentes intervalos de comprimento de onda em toda a

tabela perioacutedica No espectrocircmetro utilizado neste trabalho foram usados os seguintes cristais

XS-55 (multicamada de WSi) do C ateacute o Mg PET (Pentaeritriato) do Al ateacute o Ti e LiF 200

do K ateacute o U

Detector

Converte os foacutetons de raios x em pulsos de tensatildeo mensuraacuteveis Satildeo utilizados dois

detectores para cobrir todos os elementos do Be ao U Detector de fluxo proporcional

(preenchido com Ar) para elementos do Be ao Cr e o detector de cintilaccedilatildeo de NaI(Tl) para

elementos do Mn ao U

Detectores de fluxo proporcional

Satildeo detectores de radiaccedilatildeo que operam a partir da ionizaccedilatildeo de gases Satildeo

constituiacutedos por um conjunto de eletrodos e um gaacutes Quando o gaacutes eacute colocado entre dois

eletrodos aos quais eacute aplicada certa diferenccedila de potencial os caacutetions e eleacutetrons produzidos

pela passagem de radiaccedilatildeo seratildeo atraiacutedos pelos eletrodos de carga oposta e por eles seratildeo

coletados Na regiatildeo de verdadeira proporcionalidade (Equaccedilatildeo 3) a razatildeo entre a carga

coletada pelos eletrodos e a carga gerada pela ionizaccedilatildeo primaacuteria manteacutem-se constante para as

diferenccedilas de potencial (∆V) aplicadas e com um capacitor de capacitacircncia (C)

Quando a radiaccedilatildeo atravessa esse tipo de detector e produz pares iocircnicos (formados

por eleacutetrons e caacutetions do gaacutes) esses caacutetions (ionizaccedilatildeo primaacuteria) satildeo acelerados adquirindo

energia suficiente para produzir novos pares iocircnicos (ionizaccedilatildeo secundaacuteria) por colisatildeo com

moleacuteculas inicialmente neutras do gaacutes Assim haacute uma multiplicaccedilatildeo do nuacutemero de pares

original A carga coletada eacute igual agrave carga produzida pela radiaccedilatildeo (Q) multiplicada por um

fator (M) denominado ldquoganhordquo

∆119881 = (119872119876)

119862 (Eq 3)

Portanto o sinal produzido tem altura proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo incidente

Detectores de cintilaccedilatildeo

O cintilador eacute uma substacircncia soacutelida ou liacutequida na qual a energia de radiaccedilatildeo

incidente eacute transferida aos eleacutetrons do material sendo depois emitida na forma de radiaccedilatildeo

eletromagneacutetica de frequecircncia menor (visiacutevel ou ultravioleta)

O detector de cintilaccedilatildeo utilizado eacute constituiacutedo por um cristal de NaI(Tl) (iodeto de

soacutedio ativado com 1 de iodeto de taacutelio) no qual ocorre a emissatildeo de radiaccedilatildeo de frequecircncia

menor aleacutem de um fotomultiplicador onde essa radiaccedilatildeo luminosa eacute transformada em pulso

eleacutetrico e amplificada

O mecanismo de cintilaccedilatildeo nos cristais inorgacircnicos baseia-se na propriedade dos

semicondutores terem banda de valecircncia e banda de conduccedilatildeo Na banda de valecircncia os

eleacutetrons estatildeo essencialmente ligados aos siacutetios do cristal Jaacute na banda de conduccedilatildeo os

eleacutetrons tecircm energia suficiente para migrar atraveacutes do cristal No cristal puro natildeo satildeo

encontrados eleacutetrons na banda proibida

Ao incidir uma radiaccedilatildeo no cristal pode ocorrer excitaccedilatildeo de eleacutetrons ateacute a banda de

conduccedilatildeo deixando lacunas na banda de valecircncia (normalmente preenchida)

No cristal puro a energia necessaacuteria para formar um par eleacutetronlacuna eacute

aproximadamente a mesma liberada quando esse par se recombina Assim os espectros de

absorccedilatildeo e emissatildeo superpotildeem-se ocorrendo autoabsorccedilatildeo da radiaccedilatildeo luminosa produzida

Se o cristal for ativado a emissatildeo pode ocorrer via um siacutetio do ativador para o qual a energia

de transiccedilatildeo eacute menor do que a necessaacuteria para a criaccedilatildeo do par eleacutetronlacuna Desse modo o

espectro emitido eacute deslocado para comprimentos de onda maiores e natildeo causa nova absorccedilatildeo

No tubo fotomultiplicador converte-se a radiaccedilatildeo de baixa intensidade produzida no

cintilador em um sinal eleacutetrico uacutetil agrave detecccedilatildeo e contagem de radiaccedilatildeo

Analisador de altura de pulso (PHA)

A energia do foacuteton incidente de raios x determina o tamanho do pulso de tensatildeo

produzido pelo detector O analisador de altura de pulso faz uso dessa propriedade a fim de

selecionar apenas um intervalo estreito de pulsos de voltagem rejeitando todos os pulsos com

intensidades fora do intervalo escolhido

Ao final utiliza-se o meacutetodo de integraccedilatildeo dos recebidos em um integrador

eletrocircnico Se N representa o nuacutemero de contagens em um tempo de integraccedilatildeo t segundos

entatildeo a taxa de contagem eacute Nt contagens por segundo (cps)

36 Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford - Teoria

A teacutecnica de RBS consiste em incidir partiacuteculas monoenergeacuteticas de um feixe de iacuteons

(geralmente iacuteons He+) de alta energia em um alvo estacionaacuterio Ao colidirem com os aacutetomos

do alvo as partiacuteculas satildeo elasticamente espalhadas no campo eleacutetrico do nuacutecleo do aacutetomo e

chegam a um detector por um acircngulo de retroespalhamento Na Figura 11 apresenta-se um

esquema de espalhamento elaacutestico [25-27]

Figura 11 Espalhamento elaacutestico em acircngulo de retroespalhamento de um iacuteon de massa M1

por um aacutetomo de massa M2 com M2gtM1 [25]

O detector ao receber as partiacuteculas espalhadas produz um pulso ou sinal que eacute entatildeo

processado por um analisador multicanal e classificado conforme a amplitude que

corresponde a uma escala em energia Como resultado as informaccedilotildees sobre a composiccedilatildeo

elementar do aacutetomo alvo satildeo obtidas a partir de um espectro de contagens em funccedilatildeo da

energia das partiacuteculas retroespalhadas detectadas [25]

O fator cinemaacutetico (K) eacute responsaacutevel pela anaacutelise elementar qualitativa Essa

grandeza depende da razatildeo entre as energias das partiacuteculas incidentes antes (E0) e depois (E)

do espalhamento (Equaccedilatildeo 4)

119870 = 119864

1198640 (Eq 4)

Considerando as conservaccedilotildees de energia e do momentum na colisatildeo elaacutestica obteacutem-

se a relaccedilatildeo entre o fator cinemaacutetico (K) a massa atocircmica da partiacutecula incidente (M1) a massa

atocircmica do aacutetomo alvo (M2) e o acircngulo de espalhamento (θ) (Eq 5)

119870 = [1198721 119888119900119904120579+ (1198722

2minus 11987212 1199041198901198992120579)

12

1198721+ 1198722]

2

(Eq 5)

Os valores de M1 θ e E0 satildeo preacute-fixados conhecendo E determina-se K e por

conseguinte determina-se M2

A Figura 12 apresenta um esquema do espectro de RBS de um filme fino de

composiccedilatildeo geneacuterica AB onde a massa de A eacute maior do que a massa de B depositado em um

substrato C ainda mais leve

Figura 12 Esquema de um espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford de

um filme fino AB sobre um substrato C ainda mais leve [27]

A resoluccedilatildeo em massa da teacutecnica eacute a diferenccedila miacutenima de massa entre dois aacutetomos-

alvo para que sinais resolvidos possam ser observados no espectro A discriminaccedilatildeo em massa

eacute maacutexima para θ = 180deg razatildeo pela qual satildeo utilizados acircngulos elevados experimentalmente

Pode-se melhorar a resoluccedilatildeo em massa na RBS aumentando a energia e a massa dos aacutetomos

incidentes e melhorando a resoluccedilatildeo do sistema de detecccedilatildeo com o cuidado para natildeo degradar

os detectores [25]

Outra grandeza importante em RBS eacute a seccedilatildeo de choque de espalhamento (σ) que eacute

uma medida da probabilidade de ocorrer o espalhamento e que atribui o caraacuteter quantitativo agrave

teacutecnica [25] Considerando um nuacutemero de partiacuteculas espalhadas (H) sobre um detector tem-se

a Equaccedilatildeo 6

119867 = 119876119873119905 ⟨119889120590

119889120570⟩Ω (Eq 6)

Onde

Q = nuacutemero de partiacuteculas que atinge a amostra

N = densidade volumeacutetrica dos aacutetomos alvo

t = espessura do alvo

⟨119889120590

119889120570⟩ = seccedilatildeo de choque meacutedia de espalhamento

Ω = acircngulo soacutelido do detector em relaccedilatildeo ao feixe

Para acircngulos pequenos tem-se ⟨119889120590

119889120570⟩ = (

119889120590

119889120570)120579

= σ (Eq 7)

Logo 119867 = 119876119873119905120590120570 (Eq 8)

Na Equaccedilatildeo 8 conhecendo o nuacutemero de partiacuteculas que atinge o alvo Q e o detector

H pode-se determinar o numero de aacutetomos por unidade de aacuterea da amostra (Nt) desde que se

conheccedila o acircngulo soacutelido de detecccedilatildeo Ω e a seccedilatildeo de choque de espalhamento (σ) Para uma

colisatildeo elaacutestica entre dois aacutetomos com nuacutemeros atocircmicos Z1 e Z2 (do aacutetomo incidente e do

aacutetomo alvo respectivamente) em que a forccedila de interaccedilatildeo eacute a repulsatildeo eletrostaacutetica dos

nuacutecleos a seccedilatildeo de choque de espalhamento diferencial (por unidade de acircngulo soacutelido) eacute dada

pela Foacutermula de Rutherford (Equaccedilatildeo 9)

119889120590

119889120570= (

119885111988521198902

4119864)2

4

1199041198901198994120579

[1minus ((

11987211198722) 119904119890119899120579)

2

]

12

+cos120579

[1minus ((11987211198722)119904119890119899 120579)

2

]

12

2

(Eq 9)

Em siacutentese a razatildeo entre as concentraccedilotildees relativas dos elementos A e B na

superfiacutecie de uma amostra 119873119860119860119861(119909)

119873119861119860119861(119909)

pode ser calculada com o auxiacutelio de um programa

computacional ou atraveacutes da medida de altura dos degraus obtidos no espectro sendo

calculadas com as Equaccedilotildees 10 e 11

(119889120590

119889120570)119861

(119889120590

119889120570)119860

= Ji (Eq 10)

119873119860119860119861(119909)

119873119861119860119861(119909)

= 119867119860119860119861

119867119861119860119861 119869119894 (Eq 11)

37 Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford - Instrumentaccedilatildeo

Na Figura 13 pode ser observado um esquema com os principais componentes da

instrumentaccedilatildeo utilizada em anaacutelises por RBS que seratildeo descritos em seguida de acordo com

o equipamento utilizado para a realizaccedilatildeo deste trabalho e com informaccedilotildees obtidas na

referecircncia [25]

Figura 13 Esquema dos componentes presentes na instrumentaccedilatildeo utilizada em anaacutelises por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford Fonte Adaptado de [25]

O Laboratoacuterio de Implantaccedilatildeo Iocircnica da Universidade Federal do Rio Grande do Sul

possui um acelerador Tandetron equipado com fontes de iacuteons dos tipos sputtering e de

plasma com tecnologia ldquotandemrdquo com 3MV de tensatildeo maacutexima no terminal e cinco estaccedilotildees

experimentais de linhas distintas incluindo a de RBS

Fonte de iacuteons

Fonte de Plasma um gaacutes ou um vapor eacute ionizado por meio de campos

eletromagneacuteticos na faixa de radiofrequecircncia ou ao ser atravessado por corrente eleacutetrica

Fonte de ldquoSputteringrdquo os iacuteons satildeo produzidos por transferecircncia de momentum

quando da colisatildeo de um feixe primaacuterio (geralmente Cs+) com um alvo soacutelido

Aceleradores ldquotandemrdquo

Neste tipo de acelerador iacuteons positivos deixam a fonte passam por uma troca de

carga (com vapor de Liacutetio ou outro elemento eletropositivo) e satildeo conduzidos com carga

negativa ao tubo acelerador onde satildeo atraiacutedos por um terminal positivo No caso dos iacuteons

produzidos serem originalmente negativos a troca de carga eacute suprimida Junto ao terminal

positivo passam por uma seccedilatildeo contendo um gaacutes ou vapor (N2 no presente caso) ou por uma

folha muito fina de carbono para que os iacuteons emergentes tenham perdido os eleacutetrons Com

carga positiva satildeo novamente acelerados agora por repulsatildeo do terminal Diferenccedilas de

potencial da ordem de vaacuterios milhotildees de volts satildeo obtidas utilizando circuitos multiplicadores

de voltagem que multiplicam e retificam a tensatildeo produzida por um transformador Seguindo

o tubo acelerador geralmente encontra-se um segundo eletroiacutematilde que permite direcionar o

feixe de iacuteons para uma das estaccedilotildees experimentais de acordo com as espeacutecies a serem

detectadas (no presente caso partiacuteculas retroespalhadas)

Detectores de estado soacutelido com junccedilotildees p-n obtidas por implantaccedilatildeo iocircnica

A junccedilatildeo p-n sob polarizaccedilatildeo reversa permite a coleta de cargas geradas na

produccedilatildeo de pares eleacutetron-lacuna Esse fenocircmeno ocorre quando um iacuteon atravessa um

semicondutor excitando eleacutetrons da banda de valecircncia para a banda de conduccedilatildeo que entatildeo

satildeo coletados no acircnodo Dessa forma o nuacutemero de eleacutetrons coletados no acircnodo eacute proporcional

ao nuacutemero de pares de eleacutetron-lacuna produzidos o qual eacute proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo

incidente desde que o iacuteon seja totalmente freado dentro do volume ativo do detector

Analisador multicanal (MCA) no modo de anaacutelise de intensidade de pulso

O MCA consta de uma sequecircncia de registradores onde cada pulso de entrada uma

vez digitalizado por um conversor analoacutegico-digital (ADC) eacute analisado com relaccedilatildeo a sua

amplitude (modo PHA) sob o controle de um discriminador Na sequecircncia o canal de

memoacuteria correspondente tem seu conteuacutedo incrementado em uma unidade Com isso

acumulam-se em um canal especiacutefico todos os pulsos de entrada de um pequeno intervalo de

amplitudes ou energias dos iacuteons incidentes Ao final com a soma dos pulsos recebidos em

cada canal obteacutem-se um histograma do nuacutemero de pulsos em funccedilatildeo de suas amplitudes ou

energias dos iacuteons incidentes

40 METODOLOGIA

41 Amostragem

Amostras de cabelo de 16 pessoas foram coletadas Os doadores foram entrevistados

seguindo o questionaacuterio disponiacutevel no ANEXO I e selecionados de acordo com os seguintes

criteacuterios possuiacuterem cabelos virgens (cabelos sem nenhum tipo de tratamento quiacutemico como

coloraccedilotildees tinturas alisantes entre outros) estarem saudaacuteveis serem natildeo fumantes e viverem

na Regiatildeo Metropolitana do Rio de Janeiro As amostras foram divididas em dois grupos de

oito o primeiro de pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo subterracircneo e o segundo com pessoas

que ingerem a aacutegua tratada e distribuiacuteda pela CEDAE

Foram analisadas amostras de cabelo de duas pessoas que consumiam a aacutegua do

mesmo poccedilo isto eacute duas amostras de cada residecircncia totalizando 4 poccedilos diferentes (a b c

d) na localidade Chaacutecaras Arcampo em Duque de Caxias ndash RJ (Figura 14)

Figura 14 Mapa com os pontos de coleta de amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua

de poccedilo em destaque a localizaccedilatildeo das residecircncias com os poccedilos

Fonte Google Earth Acesso em 30072015

As amostras foram coletadas na regiatildeo occipital da cabeccedila (nuca) como visto na

Figura 15 com o auxiacutelio de uma tesoura de accedilo inoxidaacutevel devidamente limpa com etanol

Essa regiatildeo eacute definida como padratildeo por ser menos suscetiacutevel a contaminaccedilatildeo exoacutegena e

tambeacutem por sempre existir cabelo em indiviacuteduos semicalvos [14] Em seguida as amostras

foram catalogadas e armazenadas em sacos plaacutesticos [5] Informaccedilotildees adicionais sobre o sexo

e a idade dos doadores e o tipo e cor das amostras de cabelo coletadas disponiacuteveis no ANEXO

II

Figura 15 Coleta de amostra de cabelo na regiatildeo occipital da cabeccedila

42 Lavagem das Amostras de Cabelo

Todas as amostras foram submetidas a uma sequecircncia de etapas de lavagem de 10

minutos cada utilizando acetona e aacutegua deionizada (Figura 16) Em seguida foram colocadas

para secar agrave temperatura ambiente de acordo com o procedimento recomendado pela Agecircncia

Internacional de Energia Atocircmica (IAEA) [5]

Figura 16 Lavagem das amostras de cabelo

As amostras analisadas por XRF foram colocadas diretamente no suporte do

equipamento Os fios foram colocados de maneira a se obter a superfiacutecie do porta-amostra

totalmente coberta pelo cabelo a qual em seguida foi coberta por um filme (Ultralenereg 4

microm de espessura) (Figura 17) Para a anaacutelise com o RBS o cabelo foi aderido ao suporte do

porta-amostra com o auxiacutelio de uma fita dupla face de carbono puro (Figura 18)

Figura 17 Amostra de cabelo em porta-amostra do equipamento de Fluorescecircncia de

Raios X

Figura 18 Amostra de cabelo no porta-amostra do equipamento de Espectrometria de

Retroespalhamento Rutherford

43 Paracircmetros Instrumentais

Anaacutelises semiquantitativas de XRF dos elementos presentes no cabelo foram

realizadas no Laboratoacuterio de Impacto de Foacutetons e Eleacutetrons (LIFE) na Universidade Federal do

Rio de Janeiro (UFRJ) Utilizou-se o Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios-X S8 TIGER

ndash BRUKER (Figura 19) na faixa de energia de 05 a 56 keV acircnodo de Rh trabalhando com 1

kW de potecircncia com uma janela de Be de 76 microm atraveacutes do software Quant-Express no

meacutetodo Best Detection O tempo de aquisiccedilatildeo para cada amostra foi de aproximadamente 20

minutos

Os dados por RBS foram realizados no Laboratoacuterio de Implantaccedilatildeo Iocircnica na

Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) Utilizou-se um acelerador de iacuteons

Tandetron - HVEE 3 MV (Figura 20) usando 2000 keV de iacuteons He+ incidentes e detecccedilatildeo de

partiacuteculas retroespalhadas a 165deg

Figura 19 Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X - S8 TIGER - BRUKER

Figura 20 Acelerador de iacuteons Tandetron - HVEE 3 MV onde foi feita a anaacutelise por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford

50 RESULTADOS E DISCUSSOtildeES

51 Anaacutelise por XRF

O espectro completo de XRF da amostra 2 referente ao cabelo de uma pessoa que

ingere aacutegua de poccedilo eacute mostrado na Figura 21 conforme obtido diretamente do equipamento

Eacute possiacutevel identificar as linhas de excitaccedilatildeo do Rh e as linhas de espalhamento Compton e

Rayleigh Os espectros ampliados somente na regiatildeo de interesse com as linhas de

fluorescecircncia Kα e Kβ atribuiacutedas agrave maioria dos elementos (exceto para o chumbo em que se

detectam as linhas Lα e Lβ) e sem as linhas de Rh de todas as amostras analisadas encontram-

se nos ANEXOS III e IV Os elementos analisados e a energia de suas linhas de emissatildeo de

fluorescecircncia Kα e Kβ satildeo apresentados na Tabela 4

Figura 21 Espectro de Fluorescecircncia de Raios X completo da amostra 2

Tabela 4 Energia em keV das principais linhas de emissatildeo de raios x dos elementos

analisados Adaptado de [26]

Os elementos observados e as concentraccedilotildees semiquantitativas das amostras de

cabelo das pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo e das amostras de cabelo das pessoas que

ingerem aacutegua distribuiacuteda pela CEDAE satildeo apresentados respectivamente nas Tabelas 5 e 6

Kα Kβ

Al 1487 1557

Si 1740 1836

P 2014 2139

S 2308 2464

Cl 2622 2816

Ca 3692 4013

Mn 5899 6490

Fe 6404 7058

Cu 8048 8905

Zn 8639 9572

Pb (Linhas Lα e Lβ) 10552 12614

Elementos

Analisados

Energia (keV) das Linhas de

Emissatildeo de Raios X

Tabela 5 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (1 a 8) que

ingerem aacutegua de poccedilo As concentraccedilotildees dos elementos foram normalizadas de modo que a

soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da matriz orgacircnica em conjunto

seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo ldquoa b c drdquo correlacionam a amostra

de cabelo com o poccedilo do qual o indiviacuteduo ingere aacutegua

1 2 3 4 5 6 7 8

Al 002 003 003 34 ppm natildeo det 006 natildeo det 001

Si 001 54 ppm 006 46 ppm 005 002 002 54 ppm

P 003 003 54 ppm 002 001 46 ppm natildeo det 004

S 117 071 115 118 166 135 151 098

Cl 003 65 ppm 002 002 natildeo det 003 natildeo det 61 ppm

Ca 003 003 80 ppm 002 004 002 008 008

Mn 73 ppm 78 ppm 58 ppm 10 ppm natildeo det 91 ppm natildeo det 54 ppm

Fe 001 001 92 ppm 29 ppm 38 ppm 001 27 ppm 83 ppm

Cu 44 ppm 41 ppm 46 ppm 31 ppm natildeo det 44 ppm 37 ppm 36 ppm

Zn 77 ppm 002 91 ppm 82 ppm 41 ppm 92 ppm 40 ppm 98 ppm

Pb 10 ppm 9 ppm 12 ppm 10 ppm natildeo det 10 ppm natildeo det 9 ppm

a b c d

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Elementos

Tabela 6 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (9 a 16)

que ingerem aacutegua tratada e distribuiacuteda pela CEDAE As concentraccedilotildees dos elementos foram

normalizadas de modo que a soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da

matriz orgacircnica em conjunto seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo

9 10 11 12 13 14 15 16

Al 001 36 ppm natildeo det 002 61 ppm 90 ppm 002 natildeo det

Si natildeo det 35 ppm natildeo det 40 ppm 79 ppm 60 ppm natildeo det natildeo det

P 003 34 ppm 003 002 natildeo det 46 ppm natildeo det 41 ppm

S 111 106 116 152 136 145 155 128

Cl 52 ppm 001 002 003 004 005 014 009

Ca 006 004 002 002 001 001 001 001

Mn 51 ppm 9 ppm 32 ppm natildeo det 24 ppm 57 ppm natildeo det 30 ppm

Fe 82 ppm 30 ppm 57 ppm 56 ppm 59 ppm 90 ppm 52 ppm 54 ppm

Cu 31 ppm 51 ppm 28 ppm 27 ppm 31 ppm 44 ppm 14 ppm 29 ppm

Zn 001 001 92 ppm 86 ppm 001 001 42 ppm 001

Pb natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det

Elementos

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

Na anaacutelise semiquantitativa por XRF pode-se verificar a presenccedila de elevadas

concentraccedilotildees de enxofre o que jaacute era esperado visto que este elemento faz parte da estrutura

da cisteiacutena o aminoaacutecido em maior quantidade na composiccedilatildeo do cabelo

Os elementos Ca Zn e Fe foram detectados em todas as amostras dos dois grupos O

Ca aparece na maior parte das amostras em concentraccedilotildees da ordem de enquanto que o Zn

e o Fe da ordem de ppm Os elementos Al P Mn Cl Si e Cu aparecem na maioria das

amostras em ambos os grupos No entanto o Pb foi observado em concentraccedilotildees da ordem de

ppm somente em amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo

Para as amostras 5 7 e 15 utilizou-se um porta amostra com maacutescara de 8 mm de

diacircmetro ao inveacutes da maacutescara de 34 mm utilizada para as outras amostras devido a pouca

quantidade de cabelo coletado Agrave vantagem de poder utilizar menos amostra com a maacutescara

de 8 mm contrapotildee-se um aumento do ruiacutedo de fundo e a consequente perda da sensibilidade

na anaacutelise Tal fato pode provavelmente justificar a quantidade menor de elementos

observados nessas amostras em comparaccedilatildeo com as demais incluindo a ausecircncia do elemento

chumbo nas amostras 5 e 7 jaacute que o mesmo aparece nas amostras 6 e 8 das pessoas que

bebem a mesma aacutegua dos poccedilos c e d respectivamente

52 Anaacutelise por RBS

Apresenta-se na Figura 22 o espectro de RBS da amostra 2 adquirido durante 8

horas de anaacutelise e apoacutes tratamento dos dados atraveacutes do programa computacional OriginPro 8

Duas ampliaccedilotildees (I e II) nas regiotildees de mais alta energia satildeo apresentadas nas Figuras 23 e

24 Observou-se a presenccedila dos elementos C N O Si S Cl Ti Cu Zn e Pb

As energias dos iacuteons He+ retroespalhados a partir da interaccedilatildeo com os nuacutecleos de Pb

e Hg satildeo muito proacuteximas tornando difiacutecil a resoluccedilatildeo dos sinais No entanto o Hg natildeo foi

observado em nenhuma das amostras por XRF enquanto o Pb pode ser detectado claramente

Conclui-se portanto que o degrau no espectro eacute correspondente ao Pb

Utilizando-se o caacutelculo da seccedilatildeo de choque de espalhamento Rutherford foi possiacutevel

obter uma anaacutelise quantitativa relativa da amostra 2 Para isso foi escolhido o enxofre como

elemento padratildeo devido ao fato do S estar presente em todas as amostras de cabelo e ser

facilmente detectaacutevel por ambas as teacutecnicas Para cada aacutetomo de S na amostra de cabelo as

seguintes proporccedilotildees atocircmicas foram obtidas 115 x 102 C 274 x 10

1 N 157 x 10

1 O 479 x

10-1

Si 641 x 10-1

Cl 454 x 10-2

Ti 162 x 10-2

Cu 265 x 10-2

Zn e 504 x 10-4

Pb

Figura 22 Espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da amostra 2

(grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 23 Ampliaccedilatildeo I do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 24 Ampliaccedilatildeo II do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

60 CONCLUSOtildeES

As teacutecnicas de XRF e RBS mostraram-se eficientes e complementares na

determinaccedilatildeo de vaacuterios elementos presentes em amostras de cabelo humano Atraveacutes das duas

teacutecnicas foi possiacutevel detectar de forma semiquantitativa a presenccedila de elementos desde o Al

ateacute o Pb Por RBS tambeacutem foram detectados elementos mais leves como C N e O A

utilizaccedilatildeo conjunta das duas teacutecnicas permitiu a identificaccedilatildeo inequiacutevoca de Pb no espectro de

RBS

Eacute evidente que as concentraccedilotildees dos elementos nas amostras de cabelo dependem de

diversos fatores tais como o tipo de alimentaccedilatildeo idade sexo ambiente em que o indiviacuteduo

vive e podem ser provenientes de meios exoacutegenos e endoacutegenos Entretanto considerando o

natildeo aparecimento do Pb em nenhuma das amostras de cabelo das pessoas que ingerem aacutegua

distribuiacuteda pela CEDAE aleacutem das anaacutelises preacutevias da aacutegua dos poccedilos da aacuterea em estudo eacute

possiacutevel afirmar que existe uma elevada possibilidade da aacutegua de poccedilo estaacute atuando como

uma fonte de contaminaccedilatildeo de Pb para as pessoas Como o Pb eacute um elemento toacutexico com

propriedade de bioacumulaccedilatildeo sua presenccedila pode gerar danos irreversiacuteveis aos organismos

vivos

70 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS

Como sugestotildees deste estudo podemos indicar

Realizar uma anaacutelise quantitativa de um nuacutemero mais amplo de amostras

Efetuar uma comparaccedilatildeo com materiais de referecircncia certificados a fim de

determinar com um grau de confiabilidade mais elevado se as quantidades de

chumbo detectadas nas amostras de cabelo estatildeo acima do intervalo de valores

considerados aceitaacuteveis

80 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

[1] POZEBON D DRESSLER V L CURTIUS A J Anaacutelise de cabelo uma revisatildeo

dos procedimentos para a determinaccedilatildeo de elementos traccedilo e aplicaccedilotildees Quiacutem Nova

1999 22 (6) 838-846

[2] FRAZAtildeO S V Estudo da determinaccedilatildeo de elementos traccedilo em cabelos humanos

pelo meacutetodo de anaacutelise por ativaccedilatildeo de necircutrons Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Ciecircncias na

Aacuterea de Tecnologia Nuclear ndash Aplicaccedilotildees Instituto de Pesquisas Energeacuteticas e Nucleares ndash

Universidade de Satildeo Paulo - USP Satildeo Paulo 2008

[3] CARNEIRO M T W D SILVEIRA C L P MIEKELEY N FORTES L M C

Reference intervals for minor and trace elements in human hair for the population of

Rio de Janeiro city Brazil Quiacutem Nova 2002 25 (1) 37-45

[4] KEMPSON I M SKINNER W M KIRKBRIDE K P The ocurrence and

incorporation of copper and zinc in hair and their potential role as bioindicators a

review Journal of Toxicology and Environmental Health 2007 B 10 611-622

[5] CORTES-TORO E DE GOEIJ J J M BASCO J CHENG Y KINOVA L

MATSUBARA J NIESE S SATP T WESENBERG G R MURAMATSU Y PARR

R M The significance of hair mineral analysis as a means for assessing internal body

burdens of environmental pollutants results from an IAEA co-ordinated research

programme Journal of Radionalytical and Nuclear Chemistry 1993 167 (2) 413-421

[6] CLAYTON E WOOLER K K Sample preparation and system calibration for

Proton-Induced X-ray Emission analysis of hair from occupationally exposed workers

Anal Chem198557 1075-1079

[7] MIEKELEY N CARNEIRO M T W D SILVEIRA C L P How reliable are

human hair reference intervals for trace elements The Science of the Total Environment

1998 218 9-17

[8] MIEKELEY N FORTES L M C SILVEIRA C L P LIMA M B Elemental

anomalies in hair as indicators of endocrinologic pathologies and deficiencies in calcium

and bone metabolism Journal of Trace Elements in Medicine and Biology 2001 15 46-55

[9] TORIBARA T Y JACKSON D A FRENCH W R THOMPSON A C

JACKLEVIC J M Nondestructive X-Ray Fluorescence Spectrometry for determination

of trace elements along a single strand of hair Anal Chem 1982 54 1844-1849

[10] KHUDER A BAKIR M A HASAN R MOHAMMAD A Determination of

nickel cuper zinc and lead in human scalp hair in Syrian occupationally exposed

workers by total reflection X-Ray Fluorescence Environ Monit Assess 2008 143 67-74

[11] BARANOWSKA I BARCHANSKI L BAK M SMOLEC B MZYK Z X-Ray

Fluorescence Spectrometry in multielemental analysis of hair and teeth Polish Journal of

Environmental Studies 2004 13 (6) 639-646

[12] WATT F LANDSBERG J P Nuclear microscopy biomedical applications

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research 1993 B 77 249-260

[13] PAIXAtildeO P V GOMES L M B Anaacutelise de aacutegua de poccedilos subterracircneos na

localidade Chaacutecaras Arcampo em Duque de Caxias ndash RJ Relatoacuterio Final de Estaacutegio

Iniciaccedilatildeo Cientiacutefica Instituto de Quiacutemica ndash Universidade Federal do Rio de Janeiro ndash UFRJ

Rio de Janeiro 2012

[14] ANUNCIACcedilAtildeO D L R Anaacutelise de elementos maiores menores e traccedilo em

amostras de cabelo aplicado a triagem populacional com elevada incidecircncia de cacircncer

Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Quiacutemica Instituto de Quiacutemica ndash Universidade de Brasiacutelia

Brasiacutelia ndash Distrito Federal 2008

[15] TEGON E C Caracterizaccedilatildeo Quiacutemica do Enxofre e do Caacutelcio presentes em

amostras de cabelos empregando as teacutecnicas XRF e NEXAFS Projeto de Final de Curso

em Quiacutemica com Atribuiccedilotildees Tecnoloacutegicas Instituto de Quiacutemica ndash Universidade Federal do

Rio de Janeiro Rio de Janeiro 2013

[16] Dossiecirc os minerais na alimentaccedilatildeo Food Ingredients Brasil 2008 ndeg 4 48-65

Disponiacutevel em lt wwwrevista-ficommaterias52pdfgt Acesso em 30 de julho de 2015

[17] CEDAE Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos Disponiacutevel em

ltwwwcedaecombrgt Acesso em 30 de julho de 2015

[18] IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatiacutestica Censo Brasileiro de 2010 Rio de

Janeiro 2010 Disponiacutevel em ltwwwcenso2010ibgegovbrgt Acesso em 30 de julho de

2015

[19] RESENDE D ALENCAR E ALMEIDA R BERTA R Principal reservatoacuterio do

Paraiacuteba do Sul Paraibuna chega ao volume morto pela primeira vez Jornal O Globo 22

de janeiro de 2015 Disponiacutevel em httpogloboglobocomrioprincipal-reservatorio-do-

paraiba-do-sul-paraibuna-chega-ao-volume-morto-pela-primeira-vez-gt Acesso em 30 de

julho de 2015

[20] Fundamentos teoacutericos da teacutecnica de anaacutelise espectromeacutetrica por fluorescecircncia de

raios-x PUC-Rio ndash Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em

lthttpwwwmaxwellvracpuc-riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 30 de julho de 2015

[21] TASCH P DAMIANI F OLIVEIRA L C M IE - 607A Teacutecnicas de anaacutelise e

caracterizaccedilatildeo de materiais Universidade Estadual de Campinas ndash UNICAMP Campinas

2000

[22] FILHO V F N Teacutecnicas analiacuteticas nucleares de Fluorescecircncia de Raios ndashX por

Dispersatildeo de Enerdia (ED-XRF) e por Reflexatildeo Total (TXRF) Departamento de Ciecircncias

Exatas ESALQ Laboratoacuterio de Instrumentaccedilatildeo Nuclear CENA Universidade de Satildeo Paulo

ndash USP Satildeo Paulo 1999

[23] PERDONAacute C R Introduccedilatildeo a espectrometria de Fluorescecircncia de Raios-X Manual

Teacutecnico ndash BRUKER 2014

[24] O espectrocircmetro de fluorescecircncia de raios-x Thermo ARL 9900 PUC-Rio ndash

Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em lthttpwwwmaxwellvracpuc-

riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 08 de agosto de 2015

[25] KRUG C Superfiacutecies porosas recobertas com metalocenos anaacutelise multivariada

envolvendo caracterizaccedilatildeo com feixe de iacuteons Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Fiacutesica Instituto

de Fiacutesica Universidade Federal do Rio Grande do Sul ndash UFRGS Porto Alegre 2000

[26] TABACNIKS M H Anaacutelise de filmes finos por PIXE e RBS Instituto de Fiacutesica da

Universidade de Satildeo Paulo Disponiacutevel em ltwww2ifuspbr~lamfipixeamprbspdfgt Acesso

em julho de 2015

[27] ALMEIDA C R Efeito de tratamentos teacutermico e quiacutemico de aerogeacuteis de oacutexido de

estanho Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Engenharia Eleacutetrica Universidade Federal de Santa

Catarina Florianoacutepolis 2013

[28] ATTWOOD D T HENKE B L et al X-Ray Data Booklet Lawrence Berkeley

Laboratory University of California Berkeley California 1986

ANEXO I

MODELO DO QUESTIONAacuteRIO PREENCHIDO ANTES DA COLETA DAS AMOSTRAS

DE CABELO

Coacutedigo da amostra

Nome

Idade (anos)

Endereccedilo

Fuma Sim ( ) Natildeo ( )

Ingere aacutegua de que tipo (poccedilo CEDAE) Poccedilo ( ) CEDAE ( )

Fez algum tipo de tratamento quiacutemico no cabelo

(coloraccedilatildeo alisamento etc)Sim ( ) Natildeo ( )

Qual Quando foi a uacuteltima vez

Esteve bem de sauacutede nos uacuteltimos 6 meses Sim ( ) Natildeo ( )

Data da coleta

Responsaacutevel pela coleta

COLETA DE AMOSTRA DE CABELO

ANEXO II

INFORMACcedilOtildeES ADICIONAIS SOBRE OS DOADORES E AS AMOSTRAS DE

CABELO COLETADAS

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

1 Feminino 62 Cacheado Castanho Escuro

2 Feminino 27 Cacheado Castanho Escuro

3 Feminino 17 Liso Castanho Escuro

4 Feminino 10 Cacheado Castanho Escuro

5 Feminino 58 Liso Castanho Escuro

6 Feminino 7 Cacheado Castanho Escuro

7 Masculino 17 Liso Castanho Claro

8 Feminino 39 Liso Castanho Escuro

Pessoas que Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

9 Feminino 41 Cacheado Castanho Escuro

10 Feminino 17 Ondulado Castanho Claro

11 Masculino 1 Cacheado Castanho Escuro

12 Feminino 11 Liso Castanho Escuro

13 Masculino 21 Liso Castanho Escuro

14 Masculino 42 Cacheado Preto

15 Masculino 6 Liso Preto

16 Masculino 14 Liso Preto

Pessoas que Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

ANEXO III

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DE POCcedilO (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 1

Amostra 2

Amostra 3

Amostra 4

Amostra 5

Amostra 6

Amostra 7

Amostra 8

ANEXO IV

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DISTRIBUIacuteDA PELA CEDAE (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 9

Amostra 10

Amostra 11

Amostra 12

Amostra 13

Amostra 14

Amostra 15

Amostra 16

Page 6: Dissertação Priscilla Velasco da Paixão

AGRADECIMENTOS

A Deus e aos bons espiacuteritos que me guiam nesta jornada dando-me forccedilas para natildeo desistir e

seguir sempre evoluindo

Agrave minha famiacutelia o meu lar ao meu saudoso pai Luiz por toda seguranccedila e amor agrave minha matildee

Alessandra pelo conforto do abraccedilo e por toda a torcida e ao meu irmatildeo Jones pelo estiacutemulo

exemplo e total dedicaccedilatildeo

Agrave minha tia Maria Rosa por todo o amor incentivo e momentos plenos de felicidade

Ao Professor Gerardo Gerson pela orientaccedilatildeo e por contribuir na minha formaccedilatildeo

Agrave Professora Maria Luiza Rocco pelo carinho compreensatildeo e apoio

Agrave Professora Fernanda Stedile pela colaboraccedilatildeo nas mediccedilotildees e anaacutelises dos espectros por

RBS por toda a atenccedilatildeo e auxiacutelio

Agrave Joselaine Caacuteceres por toda a instruccedilatildeo paciecircncia boa energia e amizade

Aos amigos Leyza Lucas Kliacutecia Lima Maria Oliacutevia Rodrigo Pais Felipe Camacho

Marcello Ribeiro e Mostafa Galal por todos os momentos de estudos e descontraccedilatildeo com boas

risadas

Aos companheiros do LIFE Rycharda Lautaro Angeacutelica Vanessa Stephani Mayla Patrick

e Frederico pelo carinho e auxiacutelio

Aos funcionaacuterios da secretaria da poacutes-graduaccedilatildeo Marcelo Navarro e Claacuteudia Neiva por toda a

cordialidade na prestaccedilatildeo de serviccedilo

A todas as pessoas que doaram seus preciosos cabelos para a execuccedilatildeo deste trabalho

A FAPERJ CAPES e CNPq pelo apoio financeiro

Para ser grande secirc inteiro nada

Teu exagera ou exclui

Secirc todo em cada coisa Potildee quanto eacutes

No miacutenimo que fazes

Assim em cada lago a lua toda

Brilha porque alta vive

Ricardo Reis (Fernando Pessoa)

RESUMO

O cabelo humano eacute composto basicamente de trecircs camadas a cutiacutecula (parte externa) o

coacutertex (parte mediana) e a medula (parte interna) A alfa-queratina eacute uma proteiacutena de forma

espiralada que fornece sustentaccedilatildeo ao cabelo Estaacute imersa no coacutertex e eacute composta

principalmente pelo aminoaacutecido cisteiacutena rico em enxofre Cortes histoloacutegicos demonstraram

elevada atividade de metais pesados na alfa-queratina Embora o teor de cinzas no cabelo seja

inferior a 1 indicando uma baixa quantidade de minerais a presenccedila de determinado metal

indica a absorccedilatildeo e a exposiccedilatildeo do indiviacuteduo a esse elemento Assim eacute possiacutevel diagnosticar

por exemplo deficiecircncias nutricionais ou niacuteveis elevados de elementos que podem causar

danos agrave sauacutede Frente agrave anaacutelise de outras amostras bioloacutegicas tais como urina e sangue o

cabelo tem a vantagem da facilidade de amostragem sem trauma para o indiviacuteduo facilidade

de transporte e armazenamento aleacutem da estabilidade quiacutemica e estrutural da amostra No

presente trabalho comparou-se o teor de metais em amostras de cabelo de dois grupos de

pessoas que vivem na Regiatildeo Metropolitana do Rio de Janeiro Enquanto o primeiro grupo

ingere aacutegua de poccedilo o segundo grupo inclui as pessoas que ingerem a aacutegua distribuiacuteda pela

Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos CEDAE Duas teacutecnicas foram utilizadas

Fluorescecircncia de Raios X (XRF) e Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford (RBS)

Amostras de cabelo virgem de pessoas saudaacuteveis e natildeo fumantes foram coletadas lavadas e

armazenadas segundo orientaccedilotildees da Agecircncia Internacional de Energia Atocircmica (IAEA) As

medidas por XRF foram realizadas na Universidade Federal do Rio de Janeiro (com o

espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios-X S8 TIGER - BRUKER) na faixa de energia de

05 a 56 keV atraveacutes do meacutetodo Best Detection Os dados por RBS foram coletados na

Universidade Federal do Rio Grande do Sul (com o acelerador de iacuteons Tandetron - 3 MV

HVEE) usando 2000 keV de iacuteons He+ incidentes e detecccedilatildeo a 165deg As anaacutelises por XRF

evidenciaram a presenccedila de Al Si P S Cl Ca Mn Fe Cu e Zn em amostras de cabelo de

ambos os grupos A presenccedila do elemento natildeo essencial Pb foi observada apenas em amostras

de cabelo de pessoas que bebem aacutegua de poccedilo Aleacutem disso usando a teacutecnica de RBS em uma

amostra de cabelo C N O e Ti foram observados aleacutem dos outros elementos mais pesados e

atraveacutes do caacutelculo da seccedilatildeo de choque de espalhamento Rutherford foi obtida uma anaacutelise

quantitativa relativa

Palavras Chave elementos traccedilo amostras de cabelo XRF RBS

ABSTRACT

Human hair consists basically of three layers the cuticle (outer part) the cortex (middle part)

and the medulla (inner part) Alpha-keratin is a spiral shape protein that supports the hair It is

immersed in the cortex and is composed mainly by a sulfur-containing amino acid cysteine

Histological sections demonstrated high activity of heavy metals in the alpha-keratin

Although the ash content of hair is less than 1 indicating low amount of minerals the

presence of a particular element in hair indicates the absorption andor exposure to this

element Thus it is possible to diagnose for example nutritional deficiencies or high levels of

elements that may cause damage to health Faced with the analysis of other biological samples

such as urine and blood hair has the advantage of easy sampling without trauma to the

individual easy transport and storage besides the chemical and structural stability of this

sample In the present work we compare the metal content in hair samples from two sets of

people who live at the outskirts of the Rio de Janeiro city While the first group drinks plain

well water the second group includes people who drink the water distributed by the Rio de

Janeiro State Company CEDAE Two techniques have been used X-Ray Fluorescence

(XRF) and Rutherford Backscattering Spectrometry (RBS) Virgin hair samples of healthy

people and non-smokers were collected washed and stored according to the guidelines of the

International Atomic Energy Agency (IAEA) The XRF measurements were made at the

Federal University of Rio de Janeiro (X-Ray Fluorescence Spectrometer S8 TIGER ndash

BRUKER) in the energy range of 05 to 56 keV using the Best Detection Method The RBS

data were collected at the Federal University of Rio Grande do Sul (Tandetron - 3 MV HVEE

ion accelerator using 2000 keV He+ incident ions and detection at 165deg) XRF measurements

evidence the presence of Al Si P S Cl Ca Mn Fe Cu and Zn in hair samples from both

groups The presence of the non-essential element Pb was only observed in hair samples from

people who drink well water In addition using the RBS technique in a hair sample C N O

and Ti were observed and through the calculation of Rutherford scattering cross sections a

relative quantitative analysis was obtained

Keywords trace elements hair samples XRF RBS

SUMAacuteRIO

LISTA DE FIGURAS xi

LISTA DE TABELASxiii

LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS xiv

10 INTRODUCcedilAtildeO16

20 OBJETIVOS17

30 REVISAtildeO BIBLIOGRAacuteFICA E FUNDAMENTOS TEOacuteRICOS17

31 O Cabelo17

32 Elementos Essenciais e Natildeo Essenciais e a Sauacutede Humana21

33 Abastecimento de Aacutegua na Regiatildeo de Amostragem 24

34 Fluorescecircncia de Raios X - Teoria26

35 Fluorescecircncia de Raios X - Instrumentaccedilatildeo29

36 Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford - Teoria34

37 Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford - Instrumentaccedilatildeo38

40 METODOLOGIA40

41 Amostragem40

42 Lavagem das Amostras de Cabelo41

43 Paracircmetros Instrumentais43

50 RESULTADOS E DISCUSSOtildeES45

51 Anaacutelise por XRF45

52 Anaacutelise por RBS49

60 CONCLUSOtildeES51

70 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS52

80 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS53

ANEXO I MODELO DO QUESTIONAacuteRIO PREENCHIDO ANTES DA COLETA DAS

AMOSTRAS DE CABELO57

ANEXO II INFORMACcedilOtildeES ADICIONAIS SOBRE OS DOADORES E AS AMOSTRAS

DE CABELO COLETADAS59

ANEXO III ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE

INGEREM AacuteGUA DE POCcedilO (AMPLIACcedilAtildeO DA REGIAtildeO DE INTERESSE)61

ANEXO IV ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE

INGEREM AacuteGUA DISTRIBUIacuteDA PELA CEDAE (AMPLIACcedilAtildeO DA REGIAtildeO DE

INTERESSE)66

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 Desenho esquemaacutetico de um fio de cabelo18

Figura 2 Esquema das fases de crescimento do cabelo19

Figura 3 Estrutura secundaacuteria (α-heacutelice) da α-queratina19

Figura 4 Estrutura da Cisteiacutena e da Cistina21

Figura 5 Reservatoacuterio Paraibuna localizado na Bacia do Rio Paraiacuteba do Sul25

Figura 6 Poccedilo subterracircneo em Duque de Caxias26

Figura 7 Esquema do princiacutepio da Fluorescecircncia de Raios X27

Figura 8 Efeito Auger28

Figura 9 Espalhamento Compton e Rayleigh29

Figura 10 Instrumentaccedilatildeo do Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X por Dispersatildeo de

Comprimento de Onda - S8 TIGER - BRUKER29

Figura 11 Espalhamento elaacutestico em acircngulo de retroespalhamento de um iacuteon de massa M1

por um aacutetomo de massa M2 com M2gtM134

Figura 12 Esquema de um espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford de

um filme fino AB sobre um substrato C ainda mais leve36

Figura 13 Esquema dos componentes presentes na instrumentaccedilatildeo utilizada em anaacutelises por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford38

Figura 14 Mapa com os pontos de coleta de amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua

de poccedilo em destaque a localizaccedilatildeo das residecircncias com os poccedilos40

Figura 15 Coleta de amostra de cabelo na regiatildeo occipital da cabeccedila41

Figura 16 Lavagem das amostras de cabelo42

Figura 17 Amostra de cabelo em porta-amostra do equipamento de Fluorescecircncia de Raios

X42

Figura 18 Amostra de cabelo no porta-amostra do equipamento de Espectrometria de

Retroespalhamento Rutherford43

Figura 19 Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X - S8 TIGER - BRUKER44

Figura 20 Acelerador de iacuteons Tandetron - HVEE 3 MV onde foi feita a anaacutelise por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford44

Figura 21 Espectro de Fluorescecircncia de Raios X completo da amostra 245

Figura 22 Espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da amostra 2

(grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)50

Figura 23 Ampliaccedilatildeo I do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)50

Figura 24 Ampliaccedilatildeo II do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)51

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 Composiccedilatildeo de aminoaacutecidos no cabelo20

Tabela 2 Elementos traccedilo essenciais e algumas de suas funccedilotildees bioloacutegicas22

Tabela 3 Elementos traccedilo natildeo essenciais e suas toxicidades24

Tabela 4 Energia em keV das principais linhas de emissatildeo de raios x dos elementos

analisados46

Tabela 5 Concentraccedilatildeo dos elementos nas amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua

de poccedilo47

Tabela 6 Concentraccedilatildeo dos elementos nas amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua

distribuiacuteda pela CEDAE48

LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS

AAS - Atomic Absorption Spectroscopy (Espectroscopia de Absorccedilatildeo Atocircmica)

CEDAE - Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos do Rio de Janeiro

CONAMA - Conselho Nacional do Meio Ambiente

ERD - Elastic Recoil Detection (Anaacutelise por Detecccedilatildeo de Recuo Elaacutestico)

IAEA - International Atomic Energy Agency (Agecircncia Internacional de Energia Atocircmica)

IBGE - Instituto Brasileiro de Geografia e Estatiacutestica

ICP-AES - Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry (Espectrometria de

Emissatildeo Atocircmica com Plasma Indutivamente Acoplado)

ICP-MS - Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (Espectrometria de Massa com

Plasma Indutivamente Acoplado)

ICP-OES - Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometry (Espectrometria de

Emissatildeo Oacuteptica com Plasma Acoplado Indutivamente)

LIFE - Laboratoacuterio de Impacto de Foacutetons e Eleacutetrons

NAA - Neutron Activation Analysis (Anaacutelise por Ativaccedilatildeo de Necircutrons)

PET ndash Pentaeritriato

PHA - Pulse Height Analyzer (Analisador de Altura de Pulso)

PIXE - Proton Induced X-Ray Emission (Emissatildeo de Raios X Induzidos por Proacutetons)

RBS - Rutherford Backscattering Spectrometry (Espectrometria de Retroespalhamento

Rutherford)

UFRGS - Universidade Federal do Rio Grande do Sul

UFRJ - Universidade Federal do Rio de Janeiro

WDXRF - Wavelength Dispersive X-ray Fluorescence (Fluorescecircncia de Raios X por

Dispersatildeo de Comprimento de Onda)

XRF - X-Ray Fluorescence (Fluorescecircncia de Raios X)

16

10 INTRODUCcedilAtildeO

A determinaccedilatildeo de elementos traccedilo em cabelo tem sido assunto de estudo em

diversas aacutereas da ciecircncia dentre elas o monitoramento de exposiccedilatildeo ambiental e ocupacional

avaliaccedilatildeo da intoxicaccedilatildeo por metais toacutexicos avaliaccedilatildeo do estado nutricional diagnoacutestico e

prevenccedilatildeo de doenccedilas e nas ciecircncias forenses Isto se deve ao fato do cabelo ser considerado

um ldquodosiacutemetro bioloacutegicordquo que reflete a exposiccedilatildeo e absorccedilatildeo do indiviacuteduo a determinado

elemento ou seja a concentraccedilatildeo dos elementos traccedilo no cabelo indica a concentraccedilatildeo dos

mesmos no organismo [1-5]

Frente agrave anaacutelise de outros materiais bioloacutegicos como urina e sangue o cabelo tem a

vantagem da facilidade de amostragem (sem dor ou trauma para o indiviacuteduo) facilidade de

armazenamento transporte e manuseio possibilidade de obtenccedilatildeo de um registro histoacuterico de

exposiccedilatildeo aos elementos em questatildeo aleacutem da estabilidade estrutural da amostra permitindo o

diagnoacutestico por um periacuteodo maior de tempo (meses a anos) [1-46]

Haacute muita controveacutersia na literatura quanto aos dados disponiacuteveis em relaccedilatildeo agrave anaacutelise

elementar em cabelos no tocante agrave falta de um procedimento padratildeo de anaacutelise com uma

etapa de lavagem que seja completamente eficiente em eliminar a contaminaccedilatildeo exoacutegena (ar

aacutegua cosmeacuteticos entre outros) da contaminaccedilatildeo endoacutegena (incorporado ao fio do cabelo

durante a primeira fase de crescimento) [1-3]

Nas uacuteltimas deacutecadas vaacuterios estudos relacionados agrave determinaccedilatildeo elementar de

cabelos com foco em quiacutemica ambiental e ciecircncia meacutedica foram realizados Dentre as teacutecnicas

mais utilizadas encontram-se Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry

(ICP-AES) [13] Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (ICP-MS) [1378]

Neutron Activation Analysis (NAA) [15] Atomic Absorption Spectroscopy (AAS) [15] X-

Ray Fluorescence (XRF) [59-11] e Proton Induced X-Ray Emission (PIXE) [612]

Encontramos na literatura apenas um relato anterior sobre a anaacutelise por RBS de amostras de

cabelo em que a RBS foi utilizada para determinar os principais componentes de cabelo (C

N O e S) Os mesmos autores tambeacutem utilizaram PIXE para determinar elementos em

concentraccedilatildeo mais baixa e Elastic Recoil Detection (ERD) para determinar Hidrogecircnio [6]

Em trabalho de Iniciaccedilatildeo Cientiacutefica feito por mim com orientaccedilatildeo da Prof Dr Lola

Maria Braga Gomes do Departamento de Quiacutemica Analiacutetica-UFRJ em 2012 foram realizadas

anaacutelises da qualidade da aacutegua de 6 poccedilos subterracircneos na localidade Chaacutecaras Arcampo na

cidade de Duque de Caxias-RJ Foram determinados por ICP-OES os seguintes elementos

Cr Mn Fe Ni Cu Zn Ar Cd e Pb Constatou-se a presenccedila de chumbo em valores ateacute 55

vezes acima do permitido pelos Padrotildees de Qualidade de Aacutegua Subterracircnea do CONAMA

[13]

O presente trabalho foi realizado com a intenccedilatildeo de verificar quais elementos

estariam presentes nas amostras de cabelo das pessoas daquela localidade e que ingerem esse

tipo de aacutegua Dentro do nosso conhecimento esta eacute a primeira vez em que XRF e RBS satildeo

conjuntamente aplicados para a determinaccedilatildeo de elementos traccedilo presentes em amostras de

cabelo

Considera-se este trabalho relevante tanto para servir como fonte de dados quanto

para o seu possiacutevel uso no acircmbito social principalmente no que diz respeito ao abastecimento

de aacutegua e a sauacutede de parte da populaccedilatildeo que consome diariamente uma aacutegua sem tratamento

20 OBJETIVO

O presente trabalho tem como objetivo utilizar as teacutecnicas de Fluorescecircncia de

Raios X (XRF) e Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford (RBS) para determinar e

comparar elementos presentes em amostras de cabelo de dois grupos de pessoas que vivem na

Regiatildeo Metropolitana do Rio de Janeiro No primeiro grupo estatildeo pessoas que ingerem aacutegua

de poccedilo enquanto no segundo grupo estatildeo pessoas que ingerem aacutegua tratada e distribuiacuteda pela

Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos (CEDAE) do Rio de Janeiro

30 REVISAtildeO BIBLIOGRAacuteFICA E FUNDAMENTOS TEOacuteRICOS

31 O Cabelo

O cabelo possui uma funccedilatildeo esteacutetica com papel importante nos atributos da beleza

mas tem como principal funccedilatildeo a proteccedilatildeo da cabeccedila dos raios solares Esse processo eacute

realizado atraveacutes de receptores nervosos que agem como sensores teacutermicos capazes de

aumentar a proteccedilatildeo quando necessaacuterio [1214]

A composiccedilatildeo do cabelo eacute de aproximadamente 80 de proteiacutenas 15 de aacutegua e

aproximadamente 5 de lipiacutedios e constituintes inorgacircnicos O cabelo eacute basicamente

constituiacutedo por trecircs camadas cutiacutecula (camada externa) coacutertex (parte intermediaacuteria) e medula

(parte mais interna) (Fig 1) A cutiacutecula eacute formada por vaacuterias subcamadas separadas por um

complexo de ceacutelulas alongadas e justapostas que envolvem o coacutertex O coacutertex eacute o principal

constituinte do cabelo formado por um conjunto de ceacutelulas ciliacutendricas denominadas matriz e

perfeitamente ligadas umas as outras Na matriz encontram-se a α-queratina e outras

proteiacutenas A medula apresenta-se em pequena quantidade e pode estar ausente em alguns tipos

de cabelo Eacute composta por ceacutelulas anucleadas contendo lipiacutedeos e granulaccedilotildees pigmentadas

[1214]

Figura 1 Desenho esquemaacutetico de um fio de cabelo

Fonte http ltwwwartistasdocabelocombrgt Acesso em 30072015

O fio de cabelo desenvolve-se a partir de cavidades denominadas foliacuteculos pilosos

localizados de 3 a 5 mm abaixo da superfiacutecie da pele A taxa de crescimento meacutedio do fio eacute de

cerca de 1 cm por mecircs e cada fio pode ter de 15 a 120 microm de diacircmetro dependendo do tipo de

cabelo O ciclo de crescimento do cabelo eacute dividido em trecircs estaacutegios (Fig2)

Anaacutegeno ocorre o crescimento ativo do cabelo com irrigaccedilatildeo sanguiacutenea atraveacutes dos

foliacuteculos capilares na regiatildeo da papila Pode durar ateacute 7 anos Em um adulto cerca de

90 dos fios encontram-se neste estaacutegio

Cataacutegeno ocorre uma transiccedilatildeo entre o crescimento do fio e seu teacutermino dura apenas

algumas semanas O cabelo para de receber irrigaccedilatildeo sanguiacutenea para de crescer e a

parte mais profunda do foliacuteculo piloso fica mais proacutexima da superfiacutecie da pele

Teloacutegeno ocorre a queda do fio iniciando o crescimento de outro fio atraveacutes de um

foliacuteculo novo que surge no mesmo local [1214]

Figura 2 Esquema das fases de crescimento do cabelo

Fonte httpltwwwtratamentocalviciecombrartigo_02phpgt Acesso em 30072015

A α-queratina eacute uma proteiacutena que apresenta uma estrutura secundaacuteria (α-heacutelice) em

um arranjo helicoidal estabilizado por pontes de hidrogecircnio (Figura 3) e eacute responsaacutevel por dar

sustentaccedilatildeo ao cabelo Ela fica imersa na matriz e eacute composta por uma sequecircncia de

aminoaacutecidos (Tabela 1) sendo a cisteiacutena o principal desses

Figura 3 Estrutura secundaacuteria (α-heacutelice) da α-queratina

Fonte httpltwwwslideplayercombrgt Acesso em 27092015

Tabela 1 Composiccedilatildeo de aminoaacutecidos no cabelo normal Fonte [15]

Ligaccedilotildees quiacutemicas cruzadas entre as cadeias polimeacutericas de α-queratina formam

pontes dissulfeto (-S-S-) que datildeo origem aos resiacuteduos de cistina (Fig4) Como estatildeo em

grande quantidade na composiccedilatildeo do cabelo formam uma rede de alta resistecircncia e datildeo o

formato ao fio A reduccedilatildeo dessas ligaccedilotildees causa mudanccedilas nas propriedades mecacircnicas do fio

Cortes histoloacutegicos evidenciaram elevada atividade de metais pesados na α-queratina [114]

Aminoaacutecido Quantidade Residual ()

Aacutecido Aspaacutertico 49

Aacutecido Glutacircmico 114

Alanina 46

Arginina 58

Cisteiacutena 178

Fenilalanina 16

Glicina 64

Histidina 09

Isoleucina 26

Leucina 58

Lisina 27

Metionina 06

Prolina 84

Serina 117

Tirosina 2

Treonina 68

Valina 58

Figura 4 Estrutura da Cisteiacutena e da Cistina Reaccedilatildeo de oxi-reduccedilatildeo formando a ponte

dissulfeto Adaptado de httpltbiocienciascpoblogspotcombr201211resumo-

proteinashtmlgt

A incorporaccedilatildeo de elementos ao cabelo pode ocorrer por dois meios exoacutegeno e

endoacutegeno A incorporaccedilatildeo endoacutegena ocorre no primeiro estaacutegio de crescimento do fio onde o

foliacuteculo capilar encontra-se em contato com as glacircndulas secretoras e vasos sanguiacuteneos

Assim os elementos quiacutemicos que circulam no organismo atraveacutes dos fluidos podem

incorporar-se ao cabelo Estima-se que o periacuteodo entre a absorccedilatildeo pelo indiviacuteduo e a

incorporaccedilatildeo de elementos no cabelo seja de 30 dias Um modelo mais simples sugere que a

incorporaccedilatildeo endoacutegena ocorra de forma passiva isto eacute por difusatildeo [1] Os metais ligam-se

aos aminoaacutecidos atraveacutes de seus grupos funcionais como sulfidrila (-SH) amina (-NH2)

hidroxila (-OH) e carboxila (-COOH) nos quais a forccedila destas ligaccedilotildees dependeraacute da

estrutura eletrocircnica externa do metal [14]

Na incorporaccedilatildeo exoacutegena os elementos quiacutemicos satildeo levados ao cabelo por fatores

externos como aacutegua poeira fumaccedila cosmeacuteticos entre outros Os elementos podem ligar-se agrave

cutiacutecula do fio capilar principalmente se as cutiacuteculas estiverem danificadas [14]

32 Elementos Essenciais e Natildeo Essenciais e a Sauacutede Humana

Os elementos traccedilos podem ser divididos em essenciais e natildeo essenciais de acordo

com a importacircncia nutricional e a influecircncia no organismo dos seres vivos Os elementos

traccedilo essenciais satildeo considerados beneacuteficos e indispensaacuteveis para os seres vivos dentro de

uma faixa especiacutefica de concentraccedilatildeo Na Tabela 2 estatildeo listados os elementos traccedilo

essenciais e suas respectivas funccedilotildees bioloacutegicas [214]

Tabela 2 Elementos traccedilo essenciais e algumas de suas funccedilotildees bioloacutegicas

Adaptado de [14 16]

B Previne a osteoporose em mulheres na fase poacutes-menopausa

CaImportante na coagulaccedilatildeo sanguinea na contraccedilatildeo muscular transmissatildeo nervosa e

formaccedilatildeo de ossos e dentes

Cl Presente no suco gaacutestrico manteacutem o equilibrio hidrico e de eletroacutelitos

Co Constituinte da vitamina B12

Cr Importante no metabolismo da glicose

Cu Cofator em enzimas redox e no transporte de O2

F Prevenccedilatildeo das patologias bucodentaacuteria e oacutessea atua tambeacutem nos tecidos celulares

Fe Cofator em muitas enzimas e proteiacutenas heme

IPresente na estrutura de dois fatores hormonais da glacircndula tireoacuteide (tiroxina e

triiodotiroxina)

KImportante na regulaccedilatildeo da atividade neuromuscular crescimento celular e equiliacutebrio

osmoacutetico

MgRegula diversas reaccedilotildees enzimaacuteticas e age sobre as trocas iocircnicas da membrana

celular

MnCofator em muitas enzimas auxilia na reduccedilatildeo de accedilucar no sangue e a regular o

funcionamento do sistema reprodutivo

Elementos Essenciais e suas Funccedilotildees Bioloacutegicas

Os elementos traccedilo natildeo essenciais satildeo aqueles que natildeo apresentam nenhuma funccedilatildeo

no metabolismo das espeacutecies animais e vegetais e quando estatildeo em alta concentraccedilatildeo podem

provocar efeitos negativos ao organismo dos seres vivos Na Tabela 3 estatildeo listados alguns

elementos traccedilo natildeo essenciais e suas toxicidades [214]

Mo Cofator em enzimas que metabolizam os aminoaacutecidos metionina e cistina

NaAtua no controle osmoacutetico volume plasmaacutetico transmissatildeo de impulsos nervosos e

controle da contraccedilatildeo muscular

Ni A essencialidade eacute provaacutevel mas ainda natildeo estaacute estabelecida

PAtua na formaccedilatildeo dos ossos e dentes participa da estrutura das membranas

celulares e do processo de absorccedilatildeo renal da glicose

SParticipa da construccedilatildeo das proteiacutenas e no metabolismo energeacutetico faz parte de

algumas vitaminas (tiamina e biotina)

SeParticipaccedilatildeo na siacutentese de hormocircnios tireoideanos na accedilatildeo antioxidante e eacute cofator

em enzimas

Si Atua na estrutura da derme promovendo sua elasticidade

Sn A essencialidade eacute provaacutevel mas ainda natildeo estaacute estabelecida

V A essencialidade eacute provaacutevel mas ainda natildeo estaacute estabelecida

ZnCofator em algumas enzimas e na insulina tambeacutem exerce influecircncia no metabolismo

dos aacutecidos nucleiacutecos

Tabela 3 Elementos traccedilo natildeo essenciais e suas toxicidades Adaptado de [14]

Os termos macrominerais e microminerais (ou elementos-traccedilo) tambeacutem satildeo muito

utilizados no meio cientiacutefico principalmente na aacuterea de nutriccedilatildeo Os macrominerais satildeo

aqueles elementos encontrados em altas concentraccedilotildees nas amostras geralmente acima de

1 ou cuja necessidade diaacuteria no organismo seja maior que 100 mg No cabelo satildeo

considerados macrominerais por exemplo Ca P S Mg Na K e Cl Jaacute os microminerais satildeo

aqueles encontrados em baixas concentraccedilotildees na amostra (ppm ou ppb) ou cuja necessidade

no organismo seja inferior a 100 mg por dia No cabelo podem ser citados os seguintes

microminerais Fe Zn Cu Mn I Cr Se F Co Ni Si e Mo [114]

33 Abastecimento de Aacutegua na Regiatildeo de Amostragem

No Estado do Rio de Janeiro a captaccedilatildeo tratamento aduccedilatildeo e distribuiccedilatildeo das redes

de aacutegua ficam a cargo da CEDAE ndash Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos No presente

momento a CEDAE abastece cerca de 9 milhotildees de pessoas em 64 dos 92 municiacutepios do

Estado sendo Duque de Caxias um desses [17]

O abastecimento de aacutegua pela CEDAE na cidade de Duque de Caxias nunca ocorreu

de forma contiacutenua e natildeo haacute garantia da manutenccedilatildeo da qualidade da aacutegua ateacute a chegada ao

Al

Causa ao organismo anemia enfraquecimento dos ossos e muacutesculos

dificuldade no metabolismo do caacutelcio alteraccedilotildees hepatoloacutegicas e

renais dores de cabeccedila e nervosismo

AsInterrompe a expressatildeo de diversos genes em especial aqueles que

participam das vias de transduccedilatildeo de sinal

CdOcasiona perda de peso hemorragia danos ao sistema respiratoacuterio

hepatoloacutegico e renal

PbGera alteraccedilotildees cardiovasculares gastrointestinais hematoloacutegicas

renais neuroloacutegicas e imunoloacutegicas

Elementos Natildeo Essenciais e suas Toxicidades

consumidor Segundo dados do CENSO-2010 dos 269353 domiciacutelios estabelecidos no

municiacutepio de Duque de Caxias apenas 63 alegaram receber aacutegua de redes de distribuiccedilatildeo

[18] Diante do cenaacuterio atual em que o Sudeste vive a maior crise hiacutedrica dos uacuteltimos cem

anos devido agrave escassez de chuvas os reservatoacuterios que abastecem o estado do Rio de Janeiro

encontram-se em niacuteveis muito baixos e alguns deles chegaram ao volume morto (reserva

teacutecnica) Com isso o abastecimento de aacutegua para a populaccedilatildeo estaacute a cada dia mais escasso

Na Figura 5 apresenta-se uma foto da situaccedilatildeo do maior reservatoacuterio da Bacia do Rio Paraiacuteba

do Sul (em fevereiro deste ano) Este reservatoacuterio alimenta a Estaccedilatildeo de Tratamento de Aacutegua

do Guandu que por sua vez eacute responsaacutevel pelo abastecimento de toda a Regiatildeo Metropolitana

do Rio de Janeiro [19]

Figura 5 Reservatoacuterio Paraibuna localizado na Bacia do Rio Paraiacuteba do Sul apoacutes estiagem dos uacuteltimos anos

Na foto o reservatoacuterio estaacute com -056 da capacidade (volume morto) 03022015 Fonte http

ltogloboglobocomrionivel-de-reservatorios-do-rio-paraiba-do-sul-apresentam-leve-melhora-apos-chuvas-

fortes-15229418gt Acesso em 30072015

Devido aos fatores mencionados aliados agrave facilidade de manutenccedilatildeo e ao baixo custo

de perfuraccedilatildeo a utilizaccedilatildeo de aacutegua de poccedilo subterracircneo (Figura 6) eacute cada vez mais requisitada

para suprir as carecircncias de abastecimento No Brasil o aquiacutefero subterracircneo abastece cerca de

19 do total dos domiciacutelios particulares enquanto que no municiacutepio de Duque de Caxias este

percentual atinge os 35 segundo o CENSO-2010 [18]

Figura 6 Poccedilo subterracircneo em Duque de Caxias

34 Fluorescecircncia de Raios X - Teoria

A Espectroscopia de Fluorescecircncia de Raios X eacute uma teacutecnica natildeo destrutiva que

permite a identificaccedilatildeo simultacircnea (qualitativa e quantitativa) de elementos presentes em uma

amostra A teacutecnica baseia-se no fato dos elementos quiacutemicos emitirem radiaccedilotildees

caracteriacutesticas quando submetidos a uma excitaccedilatildeo adequada [20-23]

As amostras satildeo irradiadas com foacutetons (feixe de raios x) gerados por uma fonte Esse

feixe de raios x primaacuterio possui energia suficiente para ejetar eleacutetrons de camadas internas do

aacutetomo (camadas com maior energia de ligaccedilatildeo) transferindo energia para este eleacutetron que eacute

ejetado como fotoeleacutetron O aacutetomo fica instaacutevel (excitado) com uma vacacircncia na camada

interna Com o intuito de diminuir a energia do sistema eleacutetrons de outras camadas

preenchem essa lacuna A diferenccedila de energia entre os niacuteveis da transiccedilatildeo eletrocircnica eacute

liberada atraveacutes da emissatildeo de um foacuteton de raios x (fluorescecircncia ou raio x secundaacuterio) que

tem energia caracteriacutestica para cada elemento como ilustrado na Figura 7 A energia do raio x

caracteriacutestico eacute fornecida pela Equaccedilatildeo 1 [20-23]

Ex = Eni - Enf (Eq1)

Onde

Ex = energia do raio x caracteriacutestico emitido

Eni Enf = energia dos estados eletrocircnicos inicial e final respectivamente

Figura 7 Esquema do princiacutepio da Fluorescecircncia de Raios X

Fonteltwwwshimadzucombrgt Acesso em 30072015

A radiaccedilatildeo caracteriacutestica eacute nomeada de acordo com o niacutevel de onde se apresenta a

vacacircncia (K L M) e de qual niacutevel (α β) e subniacutevel (1 2) proveacutem o eleacutetron que iraacute

ocupar essa lacuna Por exemplo a vacacircncia originada na camada K pode ser preenchida por

eleacutetrons de dois subniacuteveis da camada L o que origina as linhas espectrais Kα1 e Kα2 Se a

vacacircncia da camada K fosse ocupada por um eleacutetron da M teria-se o Kβ e assim por diante

[23]

Com isso os elementos em uma amostra podem ser identificados atraveacutes da medida

do comprimento de onda (ou energia) dessas radiaccedilotildees caracteriacutesticas e as concentraccedilotildees

mensuradas pela intensidade dessas radiaccedilotildees [2123]

Quando um feixe de raios x incide sobre um determinado material diversas formas

de interaccedilatildeo entre a radiaccedilatildeo e a mateacuteria podem ocorrer tais como o Efeito Auger e os

espalhamentos Rayleigh e Compton [20-23]

O processo de relaxaccedilatildeo natildeo-radiativa ou Efeito Auger ocorre quando o aacutetomo

excitado emite um eleacutetron (eleacutetron Auger) ao inveacutes do processo de fluorescecircncia (Figura 8)

Esses dois processos de relaxaccedilatildeo do sistema satildeo concorrentes e a predominacircncia de um ou de

outro depende do numero atocircmico O Efeito Auger prevalece em elementos com baixo

nuacutemero atocircmico (Zlt20) [21]

Figura 8 Efeito Auger [20]

O fenocircmeno de espalhamento de raios x eacute importante em espectroscopia pois eacute

responsaacutevel pela intensidade da radiaccedilatildeo de fundo (background) presente em uma

determinada medida Ele eacute a soma dos efeitos de dois fenocircmenos o espalhamento coerente

elaacutestico ou Rayleigh no qual os raios x primaacuterios satildeo defletidos sem perda de energia isto eacute

sem alteraccedilatildeo no comprimento de onda (λ) e o espalhamento incoerente inelaacutestico ou

Compton no qual foacutetons de raios x primaacuterio satildeo defletidos com perda de energia e com

ejeccedilatildeo de um fotoeleacutetron (Figura 9) [21]

Figura 9 Espalhamento Compton e Rayleigh [21]

35 Fluorescecircncia de Raios X - Instrumentaccedilatildeo

Na Figura 10 pode ser observado um esquema com os principais componentes do

espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X por Dispersatildeo de Comprimento de Onda

(WDXRF - Wavelength Dispersive X-ray Fluorescence) utilizado neste trabalho Suas

funccedilotildees seratildeo descritas em seguida [23]

Figura 10 Instrumentaccedilatildeo do Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X por Dispersatildeo de

Comprimento de Onda - S8 TIGER - BRUKER [23]

Tubo de Raios X

A radiaccedilatildeo incidente eacute produzida em um tubo de raios x consistindo em uma ampola

de vidro ou de metal sob alto vaacutecuo com um filamento de tungstecircnio em uma extremidade

denominado caacutetodo e um alvo de metal na outra extremidade denominado acircnodo

O filamento eacute aquecido por uma corrente eleacutetrica e emite eleacutetrons (emissatildeo

termiocircnica) Os eleacutetrons satildeo acelerados rumo a um acircnodo (alvo) empregando-se uma

diferenccedila de potencial (10-70 kV) Raios x primaacuterios satildeo produzidos quando esses eleacutetrons

com alta velocidade colidem com o material alvo Com o impacto a maior parte da energia

cineacutetica dos eleacutetrons eacute convertida em calor exigindo que o acircnodo seja resfriado de forma

eficiente Apenas uma pequena parte (02-05 dependendo do tipo do alvo) da energia

eletrocircnica eacute convertida em raios x uacuteteis

Essa radiaccedilatildeo consiste em um Contiacutenuo ou Bremsstrahlung e linhas de raios x

caracteriacutesticas do material alvo (aleacutem de linhas caracteriacutesticas de quaisquer contaminantes

presentes) Assim o espectro primaacuterio de um tubo de raios x convencional consiste em linhas

caracteriacutesticas do material do acircnodo (por exemplo Rh) superpostas a um contiacutenuo de

radiaccedilatildeo

Os tubos de raios x satildeo geralmente isolados atraveacutes de uma janela de beriacutelio pois

esse elemento apresenta baixa absorccedilatildeo de raios x e alta resistecircncia mecacircnica para suportar as

diferenccedilas de pressatildeo

Filtros do Feixe Primaacuterio

O espectro primaacuterio pode natildeo conter apenas as linhas do elemento-alvo mas tambeacutem

as linhas de impurezas como Fe Cr ou Cu presentes em vaacuterias partes do tubo Desta forma o

niacutevel de fundo (background) na posiccedilatildeo desses elementos no espectro pode ser elevado

Filtros de feixe primaacuterio satildeo utilizados para filtrar as linhas caracteriacutesticas do tubo se

o mesmo elemento estiver presente na amostra ou se houver sobreposiccedilatildeo por uma linha do

tubo em linhas de elementos da amostra No equipamento em que foram feitas as anaacutelises satildeo

utilizados (automaticamente) os filtros de Cu de 200 microm de espessura e o de Al de 500 microm de

espessura

Maacutescara

Delimita a aacuterea da amostra que seraacute irradiada

Selo de vaacutecuo (Vacuum seal )

Protege o sistema de detecccedilatildeo dos foacutetons de raios x de qualquer vazamento de

amostra

Goniocircmetro

Em equipamentos de dispersatildeo sequencial empregam-se uma ldquogeometria do feixe

paralelordquo ou uma ldquogeometria de cristal planardquo permitindo que os acircngulos do cristal e do

detector sejam selecionados por um aparelho chamado goniocircmetro

O goniocircmetro eacute uma estrutura de rotaccedilatildeo que permite que o cristal e o detector

possuam um movimento angular acoplado θ a 2θ entre eles

Colimador

Colima o feixe divergente de raios x emitido pela amostra Satildeo normalmente feitos

de uma seacuterie de lacircminas paralelas O comprimento e o espaccedilamento entre as lacircminas

determinam a divergecircncia angular admitida pelo colimador Essa divergecircncia angular

juntamente com o cristal determina a resoluccedilatildeo final do espectro

Pode-se melhorar a resoluccedilatildeo fechando o colimador para minimizar a divergecircncia

Poreacutem com isso a intensidade tambeacutem diminui Assim torna-se necessaacuterio um equiliacutebrio

entre a resoluccedilatildeo final (necessaacuteria para evitar sobreposiccedilotildees espectrais importantes) e a

sensibilidade (relacionada com a intensidade)

Cristal

Separa os vaacuterios comprimentos de onda emitidos pela amostra A lei de Bragg

(equaccedilatildeo 2) propotildee que se um plano cristalino tiver um espaccedilamento interplanar (d) refletindo

um comprimento de raios x (λ) essa onda difere em caminho percorrido por uma distacircncia

(2dsenθ) da onda refletida pelo plano adjacente Quando esse caminho percorrido difere por

um nuacutemero inteiro de comprimento de onda tem-se uma interferecircncia construtiva e os raios x

refletidos satildeo reforccedilados Caso contraacuterio tem-se uma interferecircncia destrutiva e os raios x

refletidos se anulam A equaccedilatildeo de Bragg (2)

119899120582 = 2119889119904119890119899120579 (Eq 2)

Onde

n = nuacutemero inteiro (1 2 3) chamado Ordem de Difraccedilatildeo

d = espaccedilamento interplanos no cristal utilizado

θ = acircngulo de Bragg ou acircngulo de difraccedilatildeo

λ = comprimento de onda da linha espectral

Dessa forma para um dado plano cristalino e uma dada ordem de difraccedilatildeo cada

comprimento de onda no espectro de XRF incidente eacute difratado em um uacutenico acircngulo O

comprimento de onda maacuteximo que o proacuteprio plano cristalino pode difratar eacute 2d (quando senθ

assume o valor maacuteximo de 1) Portanto eacute necessaacuterio um cristal ou um plano cristalino com

diferentes valores de 2d para cobrir diferentes intervalos de comprimento de onda em toda a

tabela perioacutedica No espectrocircmetro utilizado neste trabalho foram usados os seguintes cristais

XS-55 (multicamada de WSi) do C ateacute o Mg PET (Pentaeritriato) do Al ateacute o Ti e LiF 200

do K ateacute o U

Detector

Converte os foacutetons de raios x em pulsos de tensatildeo mensuraacuteveis Satildeo utilizados dois

detectores para cobrir todos os elementos do Be ao U Detector de fluxo proporcional

(preenchido com Ar) para elementos do Be ao Cr e o detector de cintilaccedilatildeo de NaI(Tl) para

elementos do Mn ao U

Detectores de fluxo proporcional

Satildeo detectores de radiaccedilatildeo que operam a partir da ionizaccedilatildeo de gases Satildeo

constituiacutedos por um conjunto de eletrodos e um gaacutes Quando o gaacutes eacute colocado entre dois

eletrodos aos quais eacute aplicada certa diferenccedila de potencial os caacutetions e eleacutetrons produzidos

pela passagem de radiaccedilatildeo seratildeo atraiacutedos pelos eletrodos de carga oposta e por eles seratildeo

coletados Na regiatildeo de verdadeira proporcionalidade (Equaccedilatildeo 3) a razatildeo entre a carga

coletada pelos eletrodos e a carga gerada pela ionizaccedilatildeo primaacuteria manteacutem-se constante para as

diferenccedilas de potencial (∆V) aplicadas e com um capacitor de capacitacircncia (C)

Quando a radiaccedilatildeo atravessa esse tipo de detector e produz pares iocircnicos (formados

por eleacutetrons e caacutetions do gaacutes) esses caacutetions (ionizaccedilatildeo primaacuteria) satildeo acelerados adquirindo

energia suficiente para produzir novos pares iocircnicos (ionizaccedilatildeo secundaacuteria) por colisatildeo com

moleacuteculas inicialmente neutras do gaacutes Assim haacute uma multiplicaccedilatildeo do nuacutemero de pares

original A carga coletada eacute igual agrave carga produzida pela radiaccedilatildeo (Q) multiplicada por um

fator (M) denominado ldquoganhordquo

∆119881 = (119872119876)

119862 (Eq 3)

Portanto o sinal produzido tem altura proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo incidente

Detectores de cintilaccedilatildeo

O cintilador eacute uma substacircncia soacutelida ou liacutequida na qual a energia de radiaccedilatildeo

incidente eacute transferida aos eleacutetrons do material sendo depois emitida na forma de radiaccedilatildeo

eletromagneacutetica de frequecircncia menor (visiacutevel ou ultravioleta)

O detector de cintilaccedilatildeo utilizado eacute constituiacutedo por um cristal de NaI(Tl) (iodeto de

soacutedio ativado com 1 de iodeto de taacutelio) no qual ocorre a emissatildeo de radiaccedilatildeo de frequecircncia

menor aleacutem de um fotomultiplicador onde essa radiaccedilatildeo luminosa eacute transformada em pulso

eleacutetrico e amplificada

O mecanismo de cintilaccedilatildeo nos cristais inorgacircnicos baseia-se na propriedade dos

semicondutores terem banda de valecircncia e banda de conduccedilatildeo Na banda de valecircncia os

eleacutetrons estatildeo essencialmente ligados aos siacutetios do cristal Jaacute na banda de conduccedilatildeo os

eleacutetrons tecircm energia suficiente para migrar atraveacutes do cristal No cristal puro natildeo satildeo

encontrados eleacutetrons na banda proibida

Ao incidir uma radiaccedilatildeo no cristal pode ocorrer excitaccedilatildeo de eleacutetrons ateacute a banda de

conduccedilatildeo deixando lacunas na banda de valecircncia (normalmente preenchida)

No cristal puro a energia necessaacuteria para formar um par eleacutetronlacuna eacute

aproximadamente a mesma liberada quando esse par se recombina Assim os espectros de

absorccedilatildeo e emissatildeo superpotildeem-se ocorrendo autoabsorccedilatildeo da radiaccedilatildeo luminosa produzida

Se o cristal for ativado a emissatildeo pode ocorrer via um siacutetio do ativador para o qual a energia

de transiccedilatildeo eacute menor do que a necessaacuteria para a criaccedilatildeo do par eleacutetronlacuna Desse modo o

espectro emitido eacute deslocado para comprimentos de onda maiores e natildeo causa nova absorccedilatildeo

No tubo fotomultiplicador converte-se a radiaccedilatildeo de baixa intensidade produzida no

cintilador em um sinal eleacutetrico uacutetil agrave detecccedilatildeo e contagem de radiaccedilatildeo

Analisador de altura de pulso (PHA)

A energia do foacuteton incidente de raios x determina o tamanho do pulso de tensatildeo

produzido pelo detector O analisador de altura de pulso faz uso dessa propriedade a fim de

selecionar apenas um intervalo estreito de pulsos de voltagem rejeitando todos os pulsos com

intensidades fora do intervalo escolhido

Ao final utiliza-se o meacutetodo de integraccedilatildeo dos recebidos em um integrador

eletrocircnico Se N representa o nuacutemero de contagens em um tempo de integraccedilatildeo t segundos

entatildeo a taxa de contagem eacute Nt contagens por segundo (cps)

36 Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford - Teoria

A teacutecnica de RBS consiste em incidir partiacuteculas monoenergeacuteticas de um feixe de iacuteons

(geralmente iacuteons He+) de alta energia em um alvo estacionaacuterio Ao colidirem com os aacutetomos

do alvo as partiacuteculas satildeo elasticamente espalhadas no campo eleacutetrico do nuacutecleo do aacutetomo e

chegam a um detector por um acircngulo de retroespalhamento Na Figura 11 apresenta-se um

esquema de espalhamento elaacutestico [25-27]

Figura 11 Espalhamento elaacutestico em acircngulo de retroespalhamento de um iacuteon de massa M1

por um aacutetomo de massa M2 com M2gtM1 [25]

O detector ao receber as partiacuteculas espalhadas produz um pulso ou sinal que eacute entatildeo

processado por um analisador multicanal e classificado conforme a amplitude que

corresponde a uma escala em energia Como resultado as informaccedilotildees sobre a composiccedilatildeo

elementar do aacutetomo alvo satildeo obtidas a partir de um espectro de contagens em funccedilatildeo da

energia das partiacuteculas retroespalhadas detectadas [25]

O fator cinemaacutetico (K) eacute responsaacutevel pela anaacutelise elementar qualitativa Essa

grandeza depende da razatildeo entre as energias das partiacuteculas incidentes antes (E0) e depois (E)

do espalhamento (Equaccedilatildeo 4)

119870 = 119864

1198640 (Eq 4)

Considerando as conservaccedilotildees de energia e do momentum na colisatildeo elaacutestica obteacutem-

se a relaccedilatildeo entre o fator cinemaacutetico (K) a massa atocircmica da partiacutecula incidente (M1) a massa

atocircmica do aacutetomo alvo (M2) e o acircngulo de espalhamento (θ) (Eq 5)

119870 = [1198721 119888119900119904120579+ (1198722

2minus 11987212 1199041198901198992120579)

12

1198721+ 1198722]

2

(Eq 5)

Os valores de M1 θ e E0 satildeo preacute-fixados conhecendo E determina-se K e por

conseguinte determina-se M2

A Figura 12 apresenta um esquema do espectro de RBS de um filme fino de

composiccedilatildeo geneacuterica AB onde a massa de A eacute maior do que a massa de B depositado em um

substrato C ainda mais leve

Figura 12 Esquema de um espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford de

um filme fino AB sobre um substrato C ainda mais leve [27]

A resoluccedilatildeo em massa da teacutecnica eacute a diferenccedila miacutenima de massa entre dois aacutetomos-

alvo para que sinais resolvidos possam ser observados no espectro A discriminaccedilatildeo em massa

eacute maacutexima para θ = 180deg razatildeo pela qual satildeo utilizados acircngulos elevados experimentalmente

Pode-se melhorar a resoluccedilatildeo em massa na RBS aumentando a energia e a massa dos aacutetomos

incidentes e melhorando a resoluccedilatildeo do sistema de detecccedilatildeo com o cuidado para natildeo degradar

os detectores [25]

Outra grandeza importante em RBS eacute a seccedilatildeo de choque de espalhamento (σ) que eacute

uma medida da probabilidade de ocorrer o espalhamento e que atribui o caraacuteter quantitativo agrave

teacutecnica [25] Considerando um nuacutemero de partiacuteculas espalhadas (H) sobre um detector tem-se

a Equaccedilatildeo 6

119867 = 119876119873119905 ⟨119889120590

119889120570⟩Ω (Eq 6)

Onde

Q = nuacutemero de partiacuteculas que atinge a amostra

N = densidade volumeacutetrica dos aacutetomos alvo

t = espessura do alvo

⟨119889120590

119889120570⟩ = seccedilatildeo de choque meacutedia de espalhamento

Ω = acircngulo soacutelido do detector em relaccedilatildeo ao feixe

Para acircngulos pequenos tem-se ⟨119889120590

119889120570⟩ = (

119889120590

119889120570)120579

= σ (Eq 7)

Logo 119867 = 119876119873119905120590120570 (Eq 8)

Na Equaccedilatildeo 8 conhecendo o nuacutemero de partiacuteculas que atinge o alvo Q e o detector

H pode-se determinar o numero de aacutetomos por unidade de aacuterea da amostra (Nt) desde que se

conheccedila o acircngulo soacutelido de detecccedilatildeo Ω e a seccedilatildeo de choque de espalhamento (σ) Para uma

colisatildeo elaacutestica entre dois aacutetomos com nuacutemeros atocircmicos Z1 e Z2 (do aacutetomo incidente e do

aacutetomo alvo respectivamente) em que a forccedila de interaccedilatildeo eacute a repulsatildeo eletrostaacutetica dos

nuacutecleos a seccedilatildeo de choque de espalhamento diferencial (por unidade de acircngulo soacutelido) eacute dada

pela Foacutermula de Rutherford (Equaccedilatildeo 9)

119889120590

119889120570= (

119885111988521198902

4119864)2

4

1199041198901198994120579

[1minus ((

11987211198722) 119904119890119899120579)

2

]

12

+cos120579

[1minus ((11987211198722)119904119890119899 120579)

2

]

12

2

(Eq 9)

Em siacutentese a razatildeo entre as concentraccedilotildees relativas dos elementos A e B na

superfiacutecie de uma amostra 119873119860119860119861(119909)

119873119861119860119861(119909)

pode ser calculada com o auxiacutelio de um programa

computacional ou atraveacutes da medida de altura dos degraus obtidos no espectro sendo

calculadas com as Equaccedilotildees 10 e 11

(119889120590

119889120570)119861

(119889120590

119889120570)119860

= Ji (Eq 10)

119873119860119860119861(119909)

119873119861119860119861(119909)

= 119867119860119860119861

119867119861119860119861 119869119894 (Eq 11)

37 Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford - Instrumentaccedilatildeo

Na Figura 13 pode ser observado um esquema com os principais componentes da

instrumentaccedilatildeo utilizada em anaacutelises por RBS que seratildeo descritos em seguida de acordo com

o equipamento utilizado para a realizaccedilatildeo deste trabalho e com informaccedilotildees obtidas na

referecircncia [25]

Figura 13 Esquema dos componentes presentes na instrumentaccedilatildeo utilizada em anaacutelises por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford Fonte Adaptado de [25]

O Laboratoacuterio de Implantaccedilatildeo Iocircnica da Universidade Federal do Rio Grande do Sul

possui um acelerador Tandetron equipado com fontes de iacuteons dos tipos sputtering e de

plasma com tecnologia ldquotandemrdquo com 3MV de tensatildeo maacutexima no terminal e cinco estaccedilotildees

experimentais de linhas distintas incluindo a de RBS

Fonte de iacuteons

Fonte de Plasma um gaacutes ou um vapor eacute ionizado por meio de campos

eletromagneacuteticos na faixa de radiofrequecircncia ou ao ser atravessado por corrente eleacutetrica

Fonte de ldquoSputteringrdquo os iacuteons satildeo produzidos por transferecircncia de momentum

quando da colisatildeo de um feixe primaacuterio (geralmente Cs+) com um alvo soacutelido

Aceleradores ldquotandemrdquo

Neste tipo de acelerador iacuteons positivos deixam a fonte passam por uma troca de

carga (com vapor de Liacutetio ou outro elemento eletropositivo) e satildeo conduzidos com carga

negativa ao tubo acelerador onde satildeo atraiacutedos por um terminal positivo No caso dos iacuteons

produzidos serem originalmente negativos a troca de carga eacute suprimida Junto ao terminal

positivo passam por uma seccedilatildeo contendo um gaacutes ou vapor (N2 no presente caso) ou por uma

folha muito fina de carbono para que os iacuteons emergentes tenham perdido os eleacutetrons Com

carga positiva satildeo novamente acelerados agora por repulsatildeo do terminal Diferenccedilas de

potencial da ordem de vaacuterios milhotildees de volts satildeo obtidas utilizando circuitos multiplicadores

de voltagem que multiplicam e retificam a tensatildeo produzida por um transformador Seguindo

o tubo acelerador geralmente encontra-se um segundo eletroiacutematilde que permite direcionar o

feixe de iacuteons para uma das estaccedilotildees experimentais de acordo com as espeacutecies a serem

detectadas (no presente caso partiacuteculas retroespalhadas)

Detectores de estado soacutelido com junccedilotildees p-n obtidas por implantaccedilatildeo iocircnica

A junccedilatildeo p-n sob polarizaccedilatildeo reversa permite a coleta de cargas geradas na

produccedilatildeo de pares eleacutetron-lacuna Esse fenocircmeno ocorre quando um iacuteon atravessa um

semicondutor excitando eleacutetrons da banda de valecircncia para a banda de conduccedilatildeo que entatildeo

satildeo coletados no acircnodo Dessa forma o nuacutemero de eleacutetrons coletados no acircnodo eacute proporcional

ao nuacutemero de pares de eleacutetron-lacuna produzidos o qual eacute proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo

incidente desde que o iacuteon seja totalmente freado dentro do volume ativo do detector

Analisador multicanal (MCA) no modo de anaacutelise de intensidade de pulso

O MCA consta de uma sequecircncia de registradores onde cada pulso de entrada uma

vez digitalizado por um conversor analoacutegico-digital (ADC) eacute analisado com relaccedilatildeo a sua

amplitude (modo PHA) sob o controle de um discriminador Na sequecircncia o canal de

memoacuteria correspondente tem seu conteuacutedo incrementado em uma unidade Com isso

acumulam-se em um canal especiacutefico todos os pulsos de entrada de um pequeno intervalo de

amplitudes ou energias dos iacuteons incidentes Ao final com a soma dos pulsos recebidos em

cada canal obteacutem-se um histograma do nuacutemero de pulsos em funccedilatildeo de suas amplitudes ou

energias dos iacuteons incidentes

40 METODOLOGIA

41 Amostragem

Amostras de cabelo de 16 pessoas foram coletadas Os doadores foram entrevistados

seguindo o questionaacuterio disponiacutevel no ANEXO I e selecionados de acordo com os seguintes

criteacuterios possuiacuterem cabelos virgens (cabelos sem nenhum tipo de tratamento quiacutemico como

coloraccedilotildees tinturas alisantes entre outros) estarem saudaacuteveis serem natildeo fumantes e viverem

na Regiatildeo Metropolitana do Rio de Janeiro As amostras foram divididas em dois grupos de

oito o primeiro de pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo subterracircneo e o segundo com pessoas

que ingerem a aacutegua tratada e distribuiacuteda pela CEDAE

Foram analisadas amostras de cabelo de duas pessoas que consumiam a aacutegua do

mesmo poccedilo isto eacute duas amostras de cada residecircncia totalizando 4 poccedilos diferentes (a b c

d) na localidade Chaacutecaras Arcampo em Duque de Caxias ndash RJ (Figura 14)

Figura 14 Mapa com os pontos de coleta de amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua

de poccedilo em destaque a localizaccedilatildeo das residecircncias com os poccedilos

Fonte Google Earth Acesso em 30072015

As amostras foram coletadas na regiatildeo occipital da cabeccedila (nuca) como visto na

Figura 15 com o auxiacutelio de uma tesoura de accedilo inoxidaacutevel devidamente limpa com etanol

Essa regiatildeo eacute definida como padratildeo por ser menos suscetiacutevel a contaminaccedilatildeo exoacutegena e

tambeacutem por sempre existir cabelo em indiviacuteduos semicalvos [14] Em seguida as amostras

foram catalogadas e armazenadas em sacos plaacutesticos [5] Informaccedilotildees adicionais sobre o sexo

e a idade dos doadores e o tipo e cor das amostras de cabelo coletadas disponiacuteveis no ANEXO

II

Figura 15 Coleta de amostra de cabelo na regiatildeo occipital da cabeccedila

42 Lavagem das Amostras de Cabelo

Todas as amostras foram submetidas a uma sequecircncia de etapas de lavagem de 10

minutos cada utilizando acetona e aacutegua deionizada (Figura 16) Em seguida foram colocadas

para secar agrave temperatura ambiente de acordo com o procedimento recomendado pela Agecircncia

Internacional de Energia Atocircmica (IAEA) [5]

Figura 16 Lavagem das amostras de cabelo

As amostras analisadas por XRF foram colocadas diretamente no suporte do

equipamento Os fios foram colocados de maneira a se obter a superfiacutecie do porta-amostra

totalmente coberta pelo cabelo a qual em seguida foi coberta por um filme (Ultralenereg 4

microm de espessura) (Figura 17) Para a anaacutelise com o RBS o cabelo foi aderido ao suporte do

porta-amostra com o auxiacutelio de uma fita dupla face de carbono puro (Figura 18)

Figura 17 Amostra de cabelo em porta-amostra do equipamento de Fluorescecircncia de

Raios X

Figura 18 Amostra de cabelo no porta-amostra do equipamento de Espectrometria de

Retroespalhamento Rutherford

43 Paracircmetros Instrumentais

Anaacutelises semiquantitativas de XRF dos elementos presentes no cabelo foram

realizadas no Laboratoacuterio de Impacto de Foacutetons e Eleacutetrons (LIFE) na Universidade Federal do

Rio de Janeiro (UFRJ) Utilizou-se o Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios-X S8 TIGER

ndash BRUKER (Figura 19) na faixa de energia de 05 a 56 keV acircnodo de Rh trabalhando com 1

kW de potecircncia com uma janela de Be de 76 microm atraveacutes do software Quant-Express no

meacutetodo Best Detection O tempo de aquisiccedilatildeo para cada amostra foi de aproximadamente 20

minutos

Os dados por RBS foram realizados no Laboratoacuterio de Implantaccedilatildeo Iocircnica na

Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) Utilizou-se um acelerador de iacuteons

Tandetron - HVEE 3 MV (Figura 20) usando 2000 keV de iacuteons He+ incidentes e detecccedilatildeo de

partiacuteculas retroespalhadas a 165deg

Figura 19 Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X - S8 TIGER - BRUKER

Figura 20 Acelerador de iacuteons Tandetron - HVEE 3 MV onde foi feita a anaacutelise por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford

50 RESULTADOS E DISCUSSOtildeES

51 Anaacutelise por XRF

O espectro completo de XRF da amostra 2 referente ao cabelo de uma pessoa que

ingere aacutegua de poccedilo eacute mostrado na Figura 21 conforme obtido diretamente do equipamento

Eacute possiacutevel identificar as linhas de excitaccedilatildeo do Rh e as linhas de espalhamento Compton e

Rayleigh Os espectros ampliados somente na regiatildeo de interesse com as linhas de

fluorescecircncia Kα e Kβ atribuiacutedas agrave maioria dos elementos (exceto para o chumbo em que se

detectam as linhas Lα e Lβ) e sem as linhas de Rh de todas as amostras analisadas encontram-

se nos ANEXOS III e IV Os elementos analisados e a energia de suas linhas de emissatildeo de

fluorescecircncia Kα e Kβ satildeo apresentados na Tabela 4

Figura 21 Espectro de Fluorescecircncia de Raios X completo da amostra 2

Tabela 4 Energia em keV das principais linhas de emissatildeo de raios x dos elementos

analisados Adaptado de [26]

Os elementos observados e as concentraccedilotildees semiquantitativas das amostras de

cabelo das pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo e das amostras de cabelo das pessoas que

ingerem aacutegua distribuiacuteda pela CEDAE satildeo apresentados respectivamente nas Tabelas 5 e 6

Kα Kβ

Al 1487 1557

Si 1740 1836

P 2014 2139

S 2308 2464

Cl 2622 2816

Ca 3692 4013

Mn 5899 6490

Fe 6404 7058

Cu 8048 8905

Zn 8639 9572

Pb (Linhas Lα e Lβ) 10552 12614

Elementos

Analisados

Energia (keV) das Linhas de

Emissatildeo de Raios X

Tabela 5 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (1 a 8) que

ingerem aacutegua de poccedilo As concentraccedilotildees dos elementos foram normalizadas de modo que a

soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da matriz orgacircnica em conjunto

seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo ldquoa b c drdquo correlacionam a amostra

de cabelo com o poccedilo do qual o indiviacuteduo ingere aacutegua

1 2 3 4 5 6 7 8

Al 002 003 003 34 ppm natildeo det 006 natildeo det 001

Si 001 54 ppm 006 46 ppm 005 002 002 54 ppm

P 003 003 54 ppm 002 001 46 ppm natildeo det 004

S 117 071 115 118 166 135 151 098

Cl 003 65 ppm 002 002 natildeo det 003 natildeo det 61 ppm

Ca 003 003 80 ppm 002 004 002 008 008

Mn 73 ppm 78 ppm 58 ppm 10 ppm natildeo det 91 ppm natildeo det 54 ppm

Fe 001 001 92 ppm 29 ppm 38 ppm 001 27 ppm 83 ppm

Cu 44 ppm 41 ppm 46 ppm 31 ppm natildeo det 44 ppm 37 ppm 36 ppm

Zn 77 ppm 002 91 ppm 82 ppm 41 ppm 92 ppm 40 ppm 98 ppm

Pb 10 ppm 9 ppm 12 ppm 10 ppm natildeo det 10 ppm natildeo det 9 ppm

a b c d

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Elementos

Tabela 6 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (9 a 16)

que ingerem aacutegua tratada e distribuiacuteda pela CEDAE As concentraccedilotildees dos elementos foram

normalizadas de modo que a soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da

matriz orgacircnica em conjunto seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo

9 10 11 12 13 14 15 16

Al 001 36 ppm natildeo det 002 61 ppm 90 ppm 002 natildeo det

Si natildeo det 35 ppm natildeo det 40 ppm 79 ppm 60 ppm natildeo det natildeo det

P 003 34 ppm 003 002 natildeo det 46 ppm natildeo det 41 ppm

S 111 106 116 152 136 145 155 128

Cl 52 ppm 001 002 003 004 005 014 009

Ca 006 004 002 002 001 001 001 001

Mn 51 ppm 9 ppm 32 ppm natildeo det 24 ppm 57 ppm natildeo det 30 ppm

Fe 82 ppm 30 ppm 57 ppm 56 ppm 59 ppm 90 ppm 52 ppm 54 ppm

Cu 31 ppm 51 ppm 28 ppm 27 ppm 31 ppm 44 ppm 14 ppm 29 ppm

Zn 001 001 92 ppm 86 ppm 001 001 42 ppm 001

Pb natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det

Elementos

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

Na anaacutelise semiquantitativa por XRF pode-se verificar a presenccedila de elevadas

concentraccedilotildees de enxofre o que jaacute era esperado visto que este elemento faz parte da estrutura

da cisteiacutena o aminoaacutecido em maior quantidade na composiccedilatildeo do cabelo

Os elementos Ca Zn e Fe foram detectados em todas as amostras dos dois grupos O

Ca aparece na maior parte das amostras em concentraccedilotildees da ordem de enquanto que o Zn

e o Fe da ordem de ppm Os elementos Al P Mn Cl Si e Cu aparecem na maioria das

amostras em ambos os grupos No entanto o Pb foi observado em concentraccedilotildees da ordem de

ppm somente em amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo

Para as amostras 5 7 e 15 utilizou-se um porta amostra com maacutescara de 8 mm de

diacircmetro ao inveacutes da maacutescara de 34 mm utilizada para as outras amostras devido a pouca

quantidade de cabelo coletado Agrave vantagem de poder utilizar menos amostra com a maacutescara

de 8 mm contrapotildee-se um aumento do ruiacutedo de fundo e a consequente perda da sensibilidade

na anaacutelise Tal fato pode provavelmente justificar a quantidade menor de elementos

observados nessas amostras em comparaccedilatildeo com as demais incluindo a ausecircncia do elemento

chumbo nas amostras 5 e 7 jaacute que o mesmo aparece nas amostras 6 e 8 das pessoas que

bebem a mesma aacutegua dos poccedilos c e d respectivamente

52 Anaacutelise por RBS

Apresenta-se na Figura 22 o espectro de RBS da amostra 2 adquirido durante 8

horas de anaacutelise e apoacutes tratamento dos dados atraveacutes do programa computacional OriginPro 8

Duas ampliaccedilotildees (I e II) nas regiotildees de mais alta energia satildeo apresentadas nas Figuras 23 e

24 Observou-se a presenccedila dos elementos C N O Si S Cl Ti Cu Zn e Pb

As energias dos iacuteons He+ retroespalhados a partir da interaccedilatildeo com os nuacutecleos de Pb

e Hg satildeo muito proacuteximas tornando difiacutecil a resoluccedilatildeo dos sinais No entanto o Hg natildeo foi

observado em nenhuma das amostras por XRF enquanto o Pb pode ser detectado claramente

Conclui-se portanto que o degrau no espectro eacute correspondente ao Pb

Utilizando-se o caacutelculo da seccedilatildeo de choque de espalhamento Rutherford foi possiacutevel

obter uma anaacutelise quantitativa relativa da amostra 2 Para isso foi escolhido o enxofre como

elemento padratildeo devido ao fato do S estar presente em todas as amostras de cabelo e ser

facilmente detectaacutevel por ambas as teacutecnicas Para cada aacutetomo de S na amostra de cabelo as

seguintes proporccedilotildees atocircmicas foram obtidas 115 x 102 C 274 x 10

1 N 157 x 10

1 O 479 x

10-1

Si 641 x 10-1

Cl 454 x 10-2

Ti 162 x 10-2

Cu 265 x 10-2

Zn e 504 x 10-4

Pb

Figura 22 Espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da amostra 2

(grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 23 Ampliaccedilatildeo I do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 24 Ampliaccedilatildeo II do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

60 CONCLUSOtildeES

As teacutecnicas de XRF e RBS mostraram-se eficientes e complementares na

determinaccedilatildeo de vaacuterios elementos presentes em amostras de cabelo humano Atraveacutes das duas

teacutecnicas foi possiacutevel detectar de forma semiquantitativa a presenccedila de elementos desde o Al

ateacute o Pb Por RBS tambeacutem foram detectados elementos mais leves como C N e O A

utilizaccedilatildeo conjunta das duas teacutecnicas permitiu a identificaccedilatildeo inequiacutevoca de Pb no espectro de

RBS

Eacute evidente que as concentraccedilotildees dos elementos nas amostras de cabelo dependem de

diversos fatores tais como o tipo de alimentaccedilatildeo idade sexo ambiente em que o indiviacuteduo

vive e podem ser provenientes de meios exoacutegenos e endoacutegenos Entretanto considerando o

natildeo aparecimento do Pb em nenhuma das amostras de cabelo das pessoas que ingerem aacutegua

distribuiacuteda pela CEDAE aleacutem das anaacutelises preacutevias da aacutegua dos poccedilos da aacuterea em estudo eacute

possiacutevel afirmar que existe uma elevada possibilidade da aacutegua de poccedilo estaacute atuando como

uma fonte de contaminaccedilatildeo de Pb para as pessoas Como o Pb eacute um elemento toacutexico com

propriedade de bioacumulaccedilatildeo sua presenccedila pode gerar danos irreversiacuteveis aos organismos

vivos

70 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS

Como sugestotildees deste estudo podemos indicar

Realizar uma anaacutelise quantitativa de um nuacutemero mais amplo de amostras

Efetuar uma comparaccedilatildeo com materiais de referecircncia certificados a fim de

determinar com um grau de confiabilidade mais elevado se as quantidades de

chumbo detectadas nas amostras de cabelo estatildeo acima do intervalo de valores

considerados aceitaacuteveis

80 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

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Iniciaccedilatildeo Cientiacutefica Instituto de Quiacutemica ndash Universidade Federal do Rio de Janeiro ndash UFRJ

Rio de Janeiro 2012

[14] ANUNCIACcedilAtildeO D L R Anaacutelise de elementos maiores menores e traccedilo em

amostras de cabelo aplicado a triagem populacional com elevada incidecircncia de cacircncer

Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Quiacutemica Instituto de Quiacutemica ndash Universidade de Brasiacutelia

Brasiacutelia ndash Distrito Federal 2008

[15] TEGON E C Caracterizaccedilatildeo Quiacutemica do Enxofre e do Caacutelcio presentes em

amostras de cabelos empregando as teacutecnicas XRF e NEXAFS Projeto de Final de Curso

em Quiacutemica com Atribuiccedilotildees Tecnoloacutegicas Instituto de Quiacutemica ndash Universidade Federal do

Rio de Janeiro Rio de Janeiro 2013

[16] Dossiecirc os minerais na alimentaccedilatildeo Food Ingredients Brasil 2008 ndeg 4 48-65

Disponiacutevel em lt wwwrevista-ficommaterias52pdfgt Acesso em 30 de julho de 2015

[17] CEDAE Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos Disponiacutevel em

ltwwwcedaecombrgt Acesso em 30 de julho de 2015

[18] IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatiacutestica Censo Brasileiro de 2010 Rio de

Janeiro 2010 Disponiacutevel em ltwwwcenso2010ibgegovbrgt Acesso em 30 de julho de

2015

[19] RESENDE D ALENCAR E ALMEIDA R BERTA R Principal reservatoacuterio do

Paraiacuteba do Sul Paraibuna chega ao volume morto pela primeira vez Jornal O Globo 22

de janeiro de 2015 Disponiacutevel em httpogloboglobocomrioprincipal-reservatorio-do-

paraiba-do-sul-paraibuna-chega-ao-volume-morto-pela-primeira-vez-gt Acesso em 30 de

julho de 2015

[20] Fundamentos teoacutericos da teacutecnica de anaacutelise espectromeacutetrica por fluorescecircncia de

raios-x PUC-Rio ndash Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em

lthttpwwwmaxwellvracpuc-riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 30 de julho de 2015

[21] TASCH P DAMIANI F OLIVEIRA L C M IE - 607A Teacutecnicas de anaacutelise e

caracterizaccedilatildeo de materiais Universidade Estadual de Campinas ndash UNICAMP Campinas

2000

[22] FILHO V F N Teacutecnicas analiacuteticas nucleares de Fluorescecircncia de Raios ndashX por

Dispersatildeo de Enerdia (ED-XRF) e por Reflexatildeo Total (TXRF) Departamento de Ciecircncias

Exatas ESALQ Laboratoacuterio de Instrumentaccedilatildeo Nuclear CENA Universidade de Satildeo Paulo

ndash USP Satildeo Paulo 1999

[23] PERDONAacute C R Introduccedilatildeo a espectrometria de Fluorescecircncia de Raios-X Manual

Teacutecnico ndash BRUKER 2014

[24] O espectrocircmetro de fluorescecircncia de raios-x Thermo ARL 9900 PUC-Rio ndash

Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em lthttpwwwmaxwellvracpuc-

riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 08 de agosto de 2015

[25] KRUG C Superfiacutecies porosas recobertas com metalocenos anaacutelise multivariada

envolvendo caracterizaccedilatildeo com feixe de iacuteons Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Fiacutesica Instituto

de Fiacutesica Universidade Federal do Rio Grande do Sul ndash UFRGS Porto Alegre 2000

[26] TABACNIKS M H Anaacutelise de filmes finos por PIXE e RBS Instituto de Fiacutesica da

Universidade de Satildeo Paulo Disponiacutevel em ltwww2ifuspbr~lamfipixeamprbspdfgt Acesso

em julho de 2015

[27] ALMEIDA C R Efeito de tratamentos teacutermico e quiacutemico de aerogeacuteis de oacutexido de

estanho Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Engenharia Eleacutetrica Universidade Federal de Santa

Catarina Florianoacutepolis 2013

[28] ATTWOOD D T HENKE B L et al X-Ray Data Booklet Lawrence Berkeley

Laboratory University of California Berkeley California 1986

ANEXO I

MODELO DO QUESTIONAacuteRIO PREENCHIDO ANTES DA COLETA DAS AMOSTRAS

DE CABELO

Coacutedigo da amostra

Nome

Idade (anos)

Endereccedilo

Fuma Sim ( ) Natildeo ( )

Ingere aacutegua de que tipo (poccedilo CEDAE) Poccedilo ( ) CEDAE ( )

Fez algum tipo de tratamento quiacutemico no cabelo

(coloraccedilatildeo alisamento etc)Sim ( ) Natildeo ( )

Qual Quando foi a uacuteltima vez

Esteve bem de sauacutede nos uacuteltimos 6 meses Sim ( ) Natildeo ( )

Data da coleta

Responsaacutevel pela coleta

COLETA DE AMOSTRA DE CABELO

ANEXO II

INFORMACcedilOtildeES ADICIONAIS SOBRE OS DOADORES E AS AMOSTRAS DE

CABELO COLETADAS

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

1 Feminino 62 Cacheado Castanho Escuro

2 Feminino 27 Cacheado Castanho Escuro

3 Feminino 17 Liso Castanho Escuro

4 Feminino 10 Cacheado Castanho Escuro

5 Feminino 58 Liso Castanho Escuro

6 Feminino 7 Cacheado Castanho Escuro

7 Masculino 17 Liso Castanho Claro

8 Feminino 39 Liso Castanho Escuro

Pessoas que Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

9 Feminino 41 Cacheado Castanho Escuro

10 Feminino 17 Ondulado Castanho Claro

11 Masculino 1 Cacheado Castanho Escuro

12 Feminino 11 Liso Castanho Escuro

13 Masculino 21 Liso Castanho Escuro

14 Masculino 42 Cacheado Preto

15 Masculino 6 Liso Preto

16 Masculino 14 Liso Preto

Pessoas que Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

ANEXO III

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DE POCcedilO (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 1

Amostra 2

Amostra 3

Amostra 4

Amostra 5

Amostra 6

Amostra 7

Amostra 8

ANEXO IV

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DISTRIBUIacuteDA PELA CEDAE (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 9

Amostra 10

Amostra 11

Amostra 12

Amostra 13

Amostra 14

Amostra 15

Amostra 16

Page 7: Dissertação Priscilla Velasco da Paixão

Para ser grande secirc inteiro nada

Teu exagera ou exclui

Secirc todo em cada coisa Potildee quanto eacutes

No miacutenimo que fazes

Assim em cada lago a lua toda

Brilha porque alta vive

Ricardo Reis (Fernando Pessoa)

RESUMO

O cabelo humano eacute composto basicamente de trecircs camadas a cutiacutecula (parte externa) o

coacutertex (parte mediana) e a medula (parte interna) A alfa-queratina eacute uma proteiacutena de forma

espiralada que fornece sustentaccedilatildeo ao cabelo Estaacute imersa no coacutertex e eacute composta

principalmente pelo aminoaacutecido cisteiacutena rico em enxofre Cortes histoloacutegicos demonstraram

elevada atividade de metais pesados na alfa-queratina Embora o teor de cinzas no cabelo seja

inferior a 1 indicando uma baixa quantidade de minerais a presenccedila de determinado metal

indica a absorccedilatildeo e a exposiccedilatildeo do indiviacuteduo a esse elemento Assim eacute possiacutevel diagnosticar

por exemplo deficiecircncias nutricionais ou niacuteveis elevados de elementos que podem causar

danos agrave sauacutede Frente agrave anaacutelise de outras amostras bioloacutegicas tais como urina e sangue o

cabelo tem a vantagem da facilidade de amostragem sem trauma para o indiviacuteduo facilidade

de transporte e armazenamento aleacutem da estabilidade quiacutemica e estrutural da amostra No

presente trabalho comparou-se o teor de metais em amostras de cabelo de dois grupos de

pessoas que vivem na Regiatildeo Metropolitana do Rio de Janeiro Enquanto o primeiro grupo

ingere aacutegua de poccedilo o segundo grupo inclui as pessoas que ingerem a aacutegua distribuiacuteda pela

Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos CEDAE Duas teacutecnicas foram utilizadas

Fluorescecircncia de Raios X (XRF) e Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford (RBS)

Amostras de cabelo virgem de pessoas saudaacuteveis e natildeo fumantes foram coletadas lavadas e

armazenadas segundo orientaccedilotildees da Agecircncia Internacional de Energia Atocircmica (IAEA) As

medidas por XRF foram realizadas na Universidade Federal do Rio de Janeiro (com o

espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios-X S8 TIGER - BRUKER) na faixa de energia de

05 a 56 keV atraveacutes do meacutetodo Best Detection Os dados por RBS foram coletados na

Universidade Federal do Rio Grande do Sul (com o acelerador de iacuteons Tandetron - 3 MV

HVEE) usando 2000 keV de iacuteons He+ incidentes e detecccedilatildeo a 165deg As anaacutelises por XRF

evidenciaram a presenccedila de Al Si P S Cl Ca Mn Fe Cu e Zn em amostras de cabelo de

ambos os grupos A presenccedila do elemento natildeo essencial Pb foi observada apenas em amostras

de cabelo de pessoas que bebem aacutegua de poccedilo Aleacutem disso usando a teacutecnica de RBS em uma

amostra de cabelo C N O e Ti foram observados aleacutem dos outros elementos mais pesados e

atraveacutes do caacutelculo da seccedilatildeo de choque de espalhamento Rutherford foi obtida uma anaacutelise

quantitativa relativa

Palavras Chave elementos traccedilo amostras de cabelo XRF RBS

ABSTRACT

Human hair consists basically of three layers the cuticle (outer part) the cortex (middle part)

and the medulla (inner part) Alpha-keratin is a spiral shape protein that supports the hair It is

immersed in the cortex and is composed mainly by a sulfur-containing amino acid cysteine

Histological sections demonstrated high activity of heavy metals in the alpha-keratin

Although the ash content of hair is less than 1 indicating low amount of minerals the

presence of a particular element in hair indicates the absorption andor exposure to this

element Thus it is possible to diagnose for example nutritional deficiencies or high levels of

elements that may cause damage to health Faced with the analysis of other biological samples

such as urine and blood hair has the advantage of easy sampling without trauma to the

individual easy transport and storage besides the chemical and structural stability of this

sample In the present work we compare the metal content in hair samples from two sets of

people who live at the outskirts of the Rio de Janeiro city While the first group drinks plain

well water the second group includes people who drink the water distributed by the Rio de

Janeiro State Company CEDAE Two techniques have been used X-Ray Fluorescence

(XRF) and Rutherford Backscattering Spectrometry (RBS) Virgin hair samples of healthy

people and non-smokers were collected washed and stored according to the guidelines of the

International Atomic Energy Agency (IAEA) The XRF measurements were made at the

Federal University of Rio de Janeiro (X-Ray Fluorescence Spectrometer S8 TIGER ndash

BRUKER) in the energy range of 05 to 56 keV using the Best Detection Method The RBS

data were collected at the Federal University of Rio Grande do Sul (Tandetron - 3 MV HVEE

ion accelerator using 2000 keV He+ incident ions and detection at 165deg) XRF measurements

evidence the presence of Al Si P S Cl Ca Mn Fe Cu and Zn in hair samples from both

groups The presence of the non-essential element Pb was only observed in hair samples from

people who drink well water In addition using the RBS technique in a hair sample C N O

and Ti were observed and through the calculation of Rutherford scattering cross sections a

relative quantitative analysis was obtained

Keywords trace elements hair samples XRF RBS

SUMAacuteRIO

LISTA DE FIGURAS xi

LISTA DE TABELASxiii

LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS xiv

10 INTRODUCcedilAtildeO16

20 OBJETIVOS17

30 REVISAtildeO BIBLIOGRAacuteFICA E FUNDAMENTOS TEOacuteRICOS17

31 O Cabelo17

32 Elementos Essenciais e Natildeo Essenciais e a Sauacutede Humana21

33 Abastecimento de Aacutegua na Regiatildeo de Amostragem 24

34 Fluorescecircncia de Raios X - Teoria26

35 Fluorescecircncia de Raios X - Instrumentaccedilatildeo29

36 Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford - Teoria34

37 Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford - Instrumentaccedilatildeo38

40 METODOLOGIA40

41 Amostragem40

42 Lavagem das Amostras de Cabelo41

43 Paracircmetros Instrumentais43

50 RESULTADOS E DISCUSSOtildeES45

51 Anaacutelise por XRF45

52 Anaacutelise por RBS49

60 CONCLUSOtildeES51

70 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS52

80 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS53

ANEXO I MODELO DO QUESTIONAacuteRIO PREENCHIDO ANTES DA COLETA DAS

AMOSTRAS DE CABELO57

ANEXO II INFORMACcedilOtildeES ADICIONAIS SOBRE OS DOADORES E AS AMOSTRAS

DE CABELO COLETADAS59

ANEXO III ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE

INGEREM AacuteGUA DE POCcedilO (AMPLIACcedilAtildeO DA REGIAtildeO DE INTERESSE)61

ANEXO IV ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE

INGEREM AacuteGUA DISTRIBUIacuteDA PELA CEDAE (AMPLIACcedilAtildeO DA REGIAtildeO DE

INTERESSE)66

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 Desenho esquemaacutetico de um fio de cabelo18

Figura 2 Esquema das fases de crescimento do cabelo19

Figura 3 Estrutura secundaacuteria (α-heacutelice) da α-queratina19

Figura 4 Estrutura da Cisteiacutena e da Cistina21

Figura 5 Reservatoacuterio Paraibuna localizado na Bacia do Rio Paraiacuteba do Sul25

Figura 6 Poccedilo subterracircneo em Duque de Caxias26

Figura 7 Esquema do princiacutepio da Fluorescecircncia de Raios X27

Figura 8 Efeito Auger28

Figura 9 Espalhamento Compton e Rayleigh29

Figura 10 Instrumentaccedilatildeo do Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X por Dispersatildeo de

Comprimento de Onda - S8 TIGER - BRUKER29

Figura 11 Espalhamento elaacutestico em acircngulo de retroespalhamento de um iacuteon de massa M1

por um aacutetomo de massa M2 com M2gtM134

Figura 12 Esquema de um espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford de

um filme fino AB sobre um substrato C ainda mais leve36

Figura 13 Esquema dos componentes presentes na instrumentaccedilatildeo utilizada em anaacutelises por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford38

Figura 14 Mapa com os pontos de coleta de amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua

de poccedilo em destaque a localizaccedilatildeo das residecircncias com os poccedilos40

Figura 15 Coleta de amostra de cabelo na regiatildeo occipital da cabeccedila41

Figura 16 Lavagem das amostras de cabelo42

Figura 17 Amostra de cabelo em porta-amostra do equipamento de Fluorescecircncia de Raios

X42

Figura 18 Amostra de cabelo no porta-amostra do equipamento de Espectrometria de

Retroespalhamento Rutherford43

Figura 19 Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X - S8 TIGER - BRUKER44

Figura 20 Acelerador de iacuteons Tandetron - HVEE 3 MV onde foi feita a anaacutelise por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford44

Figura 21 Espectro de Fluorescecircncia de Raios X completo da amostra 245

Figura 22 Espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da amostra 2

(grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)50

Figura 23 Ampliaccedilatildeo I do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)50

Figura 24 Ampliaccedilatildeo II do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)51

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 Composiccedilatildeo de aminoaacutecidos no cabelo20

Tabela 2 Elementos traccedilo essenciais e algumas de suas funccedilotildees bioloacutegicas22

Tabela 3 Elementos traccedilo natildeo essenciais e suas toxicidades24

Tabela 4 Energia em keV das principais linhas de emissatildeo de raios x dos elementos

analisados46

Tabela 5 Concentraccedilatildeo dos elementos nas amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua

de poccedilo47

Tabela 6 Concentraccedilatildeo dos elementos nas amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua

distribuiacuteda pela CEDAE48

LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS

AAS - Atomic Absorption Spectroscopy (Espectroscopia de Absorccedilatildeo Atocircmica)

CEDAE - Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos do Rio de Janeiro

CONAMA - Conselho Nacional do Meio Ambiente

ERD - Elastic Recoil Detection (Anaacutelise por Detecccedilatildeo de Recuo Elaacutestico)

IAEA - International Atomic Energy Agency (Agecircncia Internacional de Energia Atocircmica)

IBGE - Instituto Brasileiro de Geografia e Estatiacutestica

ICP-AES - Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry (Espectrometria de

Emissatildeo Atocircmica com Plasma Indutivamente Acoplado)

ICP-MS - Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (Espectrometria de Massa com

Plasma Indutivamente Acoplado)

ICP-OES - Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometry (Espectrometria de

Emissatildeo Oacuteptica com Plasma Acoplado Indutivamente)

LIFE - Laboratoacuterio de Impacto de Foacutetons e Eleacutetrons

NAA - Neutron Activation Analysis (Anaacutelise por Ativaccedilatildeo de Necircutrons)

PET ndash Pentaeritriato

PHA - Pulse Height Analyzer (Analisador de Altura de Pulso)

PIXE - Proton Induced X-Ray Emission (Emissatildeo de Raios X Induzidos por Proacutetons)

RBS - Rutherford Backscattering Spectrometry (Espectrometria de Retroespalhamento

Rutherford)

UFRGS - Universidade Federal do Rio Grande do Sul

UFRJ - Universidade Federal do Rio de Janeiro

WDXRF - Wavelength Dispersive X-ray Fluorescence (Fluorescecircncia de Raios X por

Dispersatildeo de Comprimento de Onda)

XRF - X-Ray Fluorescence (Fluorescecircncia de Raios X)

16

10 INTRODUCcedilAtildeO

A determinaccedilatildeo de elementos traccedilo em cabelo tem sido assunto de estudo em

diversas aacutereas da ciecircncia dentre elas o monitoramento de exposiccedilatildeo ambiental e ocupacional

avaliaccedilatildeo da intoxicaccedilatildeo por metais toacutexicos avaliaccedilatildeo do estado nutricional diagnoacutestico e

prevenccedilatildeo de doenccedilas e nas ciecircncias forenses Isto se deve ao fato do cabelo ser considerado

um ldquodosiacutemetro bioloacutegicordquo que reflete a exposiccedilatildeo e absorccedilatildeo do indiviacuteduo a determinado

elemento ou seja a concentraccedilatildeo dos elementos traccedilo no cabelo indica a concentraccedilatildeo dos

mesmos no organismo [1-5]

Frente agrave anaacutelise de outros materiais bioloacutegicos como urina e sangue o cabelo tem a

vantagem da facilidade de amostragem (sem dor ou trauma para o indiviacuteduo) facilidade de

armazenamento transporte e manuseio possibilidade de obtenccedilatildeo de um registro histoacuterico de

exposiccedilatildeo aos elementos em questatildeo aleacutem da estabilidade estrutural da amostra permitindo o

diagnoacutestico por um periacuteodo maior de tempo (meses a anos) [1-46]

Haacute muita controveacutersia na literatura quanto aos dados disponiacuteveis em relaccedilatildeo agrave anaacutelise

elementar em cabelos no tocante agrave falta de um procedimento padratildeo de anaacutelise com uma

etapa de lavagem que seja completamente eficiente em eliminar a contaminaccedilatildeo exoacutegena (ar

aacutegua cosmeacuteticos entre outros) da contaminaccedilatildeo endoacutegena (incorporado ao fio do cabelo

durante a primeira fase de crescimento) [1-3]

Nas uacuteltimas deacutecadas vaacuterios estudos relacionados agrave determinaccedilatildeo elementar de

cabelos com foco em quiacutemica ambiental e ciecircncia meacutedica foram realizados Dentre as teacutecnicas

mais utilizadas encontram-se Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry

(ICP-AES) [13] Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (ICP-MS) [1378]

Neutron Activation Analysis (NAA) [15] Atomic Absorption Spectroscopy (AAS) [15] X-

Ray Fluorescence (XRF) [59-11] e Proton Induced X-Ray Emission (PIXE) [612]

Encontramos na literatura apenas um relato anterior sobre a anaacutelise por RBS de amostras de

cabelo em que a RBS foi utilizada para determinar os principais componentes de cabelo (C

N O e S) Os mesmos autores tambeacutem utilizaram PIXE para determinar elementos em

concentraccedilatildeo mais baixa e Elastic Recoil Detection (ERD) para determinar Hidrogecircnio [6]

Em trabalho de Iniciaccedilatildeo Cientiacutefica feito por mim com orientaccedilatildeo da Prof Dr Lola

Maria Braga Gomes do Departamento de Quiacutemica Analiacutetica-UFRJ em 2012 foram realizadas

anaacutelises da qualidade da aacutegua de 6 poccedilos subterracircneos na localidade Chaacutecaras Arcampo na

cidade de Duque de Caxias-RJ Foram determinados por ICP-OES os seguintes elementos

Cr Mn Fe Ni Cu Zn Ar Cd e Pb Constatou-se a presenccedila de chumbo em valores ateacute 55

vezes acima do permitido pelos Padrotildees de Qualidade de Aacutegua Subterracircnea do CONAMA

[13]

O presente trabalho foi realizado com a intenccedilatildeo de verificar quais elementos

estariam presentes nas amostras de cabelo das pessoas daquela localidade e que ingerem esse

tipo de aacutegua Dentro do nosso conhecimento esta eacute a primeira vez em que XRF e RBS satildeo

conjuntamente aplicados para a determinaccedilatildeo de elementos traccedilo presentes em amostras de

cabelo

Considera-se este trabalho relevante tanto para servir como fonte de dados quanto

para o seu possiacutevel uso no acircmbito social principalmente no que diz respeito ao abastecimento

de aacutegua e a sauacutede de parte da populaccedilatildeo que consome diariamente uma aacutegua sem tratamento

20 OBJETIVO

O presente trabalho tem como objetivo utilizar as teacutecnicas de Fluorescecircncia de

Raios X (XRF) e Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford (RBS) para determinar e

comparar elementos presentes em amostras de cabelo de dois grupos de pessoas que vivem na

Regiatildeo Metropolitana do Rio de Janeiro No primeiro grupo estatildeo pessoas que ingerem aacutegua

de poccedilo enquanto no segundo grupo estatildeo pessoas que ingerem aacutegua tratada e distribuiacuteda pela

Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos (CEDAE) do Rio de Janeiro

30 REVISAtildeO BIBLIOGRAacuteFICA E FUNDAMENTOS TEOacuteRICOS

31 O Cabelo

O cabelo possui uma funccedilatildeo esteacutetica com papel importante nos atributos da beleza

mas tem como principal funccedilatildeo a proteccedilatildeo da cabeccedila dos raios solares Esse processo eacute

realizado atraveacutes de receptores nervosos que agem como sensores teacutermicos capazes de

aumentar a proteccedilatildeo quando necessaacuterio [1214]

A composiccedilatildeo do cabelo eacute de aproximadamente 80 de proteiacutenas 15 de aacutegua e

aproximadamente 5 de lipiacutedios e constituintes inorgacircnicos O cabelo eacute basicamente

constituiacutedo por trecircs camadas cutiacutecula (camada externa) coacutertex (parte intermediaacuteria) e medula

(parte mais interna) (Fig 1) A cutiacutecula eacute formada por vaacuterias subcamadas separadas por um

complexo de ceacutelulas alongadas e justapostas que envolvem o coacutertex O coacutertex eacute o principal

constituinte do cabelo formado por um conjunto de ceacutelulas ciliacutendricas denominadas matriz e

perfeitamente ligadas umas as outras Na matriz encontram-se a α-queratina e outras

proteiacutenas A medula apresenta-se em pequena quantidade e pode estar ausente em alguns tipos

de cabelo Eacute composta por ceacutelulas anucleadas contendo lipiacutedeos e granulaccedilotildees pigmentadas

[1214]

Figura 1 Desenho esquemaacutetico de um fio de cabelo

Fonte http ltwwwartistasdocabelocombrgt Acesso em 30072015

O fio de cabelo desenvolve-se a partir de cavidades denominadas foliacuteculos pilosos

localizados de 3 a 5 mm abaixo da superfiacutecie da pele A taxa de crescimento meacutedio do fio eacute de

cerca de 1 cm por mecircs e cada fio pode ter de 15 a 120 microm de diacircmetro dependendo do tipo de

cabelo O ciclo de crescimento do cabelo eacute dividido em trecircs estaacutegios (Fig2)

Anaacutegeno ocorre o crescimento ativo do cabelo com irrigaccedilatildeo sanguiacutenea atraveacutes dos

foliacuteculos capilares na regiatildeo da papila Pode durar ateacute 7 anos Em um adulto cerca de

90 dos fios encontram-se neste estaacutegio

Cataacutegeno ocorre uma transiccedilatildeo entre o crescimento do fio e seu teacutermino dura apenas

algumas semanas O cabelo para de receber irrigaccedilatildeo sanguiacutenea para de crescer e a

parte mais profunda do foliacuteculo piloso fica mais proacutexima da superfiacutecie da pele

Teloacutegeno ocorre a queda do fio iniciando o crescimento de outro fio atraveacutes de um

foliacuteculo novo que surge no mesmo local [1214]

Figura 2 Esquema das fases de crescimento do cabelo

Fonte httpltwwwtratamentocalviciecombrartigo_02phpgt Acesso em 30072015

A α-queratina eacute uma proteiacutena que apresenta uma estrutura secundaacuteria (α-heacutelice) em

um arranjo helicoidal estabilizado por pontes de hidrogecircnio (Figura 3) e eacute responsaacutevel por dar

sustentaccedilatildeo ao cabelo Ela fica imersa na matriz e eacute composta por uma sequecircncia de

aminoaacutecidos (Tabela 1) sendo a cisteiacutena o principal desses

Figura 3 Estrutura secundaacuteria (α-heacutelice) da α-queratina

Fonte httpltwwwslideplayercombrgt Acesso em 27092015

Tabela 1 Composiccedilatildeo de aminoaacutecidos no cabelo normal Fonte [15]

Ligaccedilotildees quiacutemicas cruzadas entre as cadeias polimeacutericas de α-queratina formam

pontes dissulfeto (-S-S-) que datildeo origem aos resiacuteduos de cistina (Fig4) Como estatildeo em

grande quantidade na composiccedilatildeo do cabelo formam uma rede de alta resistecircncia e datildeo o

formato ao fio A reduccedilatildeo dessas ligaccedilotildees causa mudanccedilas nas propriedades mecacircnicas do fio

Cortes histoloacutegicos evidenciaram elevada atividade de metais pesados na α-queratina [114]

Aminoaacutecido Quantidade Residual ()

Aacutecido Aspaacutertico 49

Aacutecido Glutacircmico 114

Alanina 46

Arginina 58

Cisteiacutena 178

Fenilalanina 16

Glicina 64

Histidina 09

Isoleucina 26

Leucina 58

Lisina 27

Metionina 06

Prolina 84

Serina 117

Tirosina 2

Treonina 68

Valina 58

Figura 4 Estrutura da Cisteiacutena e da Cistina Reaccedilatildeo de oxi-reduccedilatildeo formando a ponte

dissulfeto Adaptado de httpltbiocienciascpoblogspotcombr201211resumo-

proteinashtmlgt

A incorporaccedilatildeo de elementos ao cabelo pode ocorrer por dois meios exoacutegeno e

endoacutegeno A incorporaccedilatildeo endoacutegena ocorre no primeiro estaacutegio de crescimento do fio onde o

foliacuteculo capilar encontra-se em contato com as glacircndulas secretoras e vasos sanguiacuteneos

Assim os elementos quiacutemicos que circulam no organismo atraveacutes dos fluidos podem

incorporar-se ao cabelo Estima-se que o periacuteodo entre a absorccedilatildeo pelo indiviacuteduo e a

incorporaccedilatildeo de elementos no cabelo seja de 30 dias Um modelo mais simples sugere que a

incorporaccedilatildeo endoacutegena ocorra de forma passiva isto eacute por difusatildeo [1] Os metais ligam-se

aos aminoaacutecidos atraveacutes de seus grupos funcionais como sulfidrila (-SH) amina (-NH2)

hidroxila (-OH) e carboxila (-COOH) nos quais a forccedila destas ligaccedilotildees dependeraacute da

estrutura eletrocircnica externa do metal [14]

Na incorporaccedilatildeo exoacutegena os elementos quiacutemicos satildeo levados ao cabelo por fatores

externos como aacutegua poeira fumaccedila cosmeacuteticos entre outros Os elementos podem ligar-se agrave

cutiacutecula do fio capilar principalmente se as cutiacuteculas estiverem danificadas [14]

32 Elementos Essenciais e Natildeo Essenciais e a Sauacutede Humana

Os elementos traccedilos podem ser divididos em essenciais e natildeo essenciais de acordo

com a importacircncia nutricional e a influecircncia no organismo dos seres vivos Os elementos

traccedilo essenciais satildeo considerados beneacuteficos e indispensaacuteveis para os seres vivos dentro de

uma faixa especiacutefica de concentraccedilatildeo Na Tabela 2 estatildeo listados os elementos traccedilo

essenciais e suas respectivas funccedilotildees bioloacutegicas [214]

Tabela 2 Elementos traccedilo essenciais e algumas de suas funccedilotildees bioloacutegicas

Adaptado de [14 16]

B Previne a osteoporose em mulheres na fase poacutes-menopausa

CaImportante na coagulaccedilatildeo sanguinea na contraccedilatildeo muscular transmissatildeo nervosa e

formaccedilatildeo de ossos e dentes

Cl Presente no suco gaacutestrico manteacutem o equilibrio hidrico e de eletroacutelitos

Co Constituinte da vitamina B12

Cr Importante no metabolismo da glicose

Cu Cofator em enzimas redox e no transporte de O2

F Prevenccedilatildeo das patologias bucodentaacuteria e oacutessea atua tambeacutem nos tecidos celulares

Fe Cofator em muitas enzimas e proteiacutenas heme

IPresente na estrutura de dois fatores hormonais da glacircndula tireoacuteide (tiroxina e

triiodotiroxina)

KImportante na regulaccedilatildeo da atividade neuromuscular crescimento celular e equiliacutebrio

osmoacutetico

MgRegula diversas reaccedilotildees enzimaacuteticas e age sobre as trocas iocircnicas da membrana

celular

MnCofator em muitas enzimas auxilia na reduccedilatildeo de accedilucar no sangue e a regular o

funcionamento do sistema reprodutivo

Elementos Essenciais e suas Funccedilotildees Bioloacutegicas

Os elementos traccedilo natildeo essenciais satildeo aqueles que natildeo apresentam nenhuma funccedilatildeo

no metabolismo das espeacutecies animais e vegetais e quando estatildeo em alta concentraccedilatildeo podem

provocar efeitos negativos ao organismo dos seres vivos Na Tabela 3 estatildeo listados alguns

elementos traccedilo natildeo essenciais e suas toxicidades [214]

Mo Cofator em enzimas que metabolizam os aminoaacutecidos metionina e cistina

NaAtua no controle osmoacutetico volume plasmaacutetico transmissatildeo de impulsos nervosos e

controle da contraccedilatildeo muscular

Ni A essencialidade eacute provaacutevel mas ainda natildeo estaacute estabelecida

PAtua na formaccedilatildeo dos ossos e dentes participa da estrutura das membranas

celulares e do processo de absorccedilatildeo renal da glicose

SParticipa da construccedilatildeo das proteiacutenas e no metabolismo energeacutetico faz parte de

algumas vitaminas (tiamina e biotina)

SeParticipaccedilatildeo na siacutentese de hormocircnios tireoideanos na accedilatildeo antioxidante e eacute cofator

em enzimas

Si Atua na estrutura da derme promovendo sua elasticidade

Sn A essencialidade eacute provaacutevel mas ainda natildeo estaacute estabelecida

V A essencialidade eacute provaacutevel mas ainda natildeo estaacute estabelecida

ZnCofator em algumas enzimas e na insulina tambeacutem exerce influecircncia no metabolismo

dos aacutecidos nucleiacutecos

Tabela 3 Elementos traccedilo natildeo essenciais e suas toxicidades Adaptado de [14]

Os termos macrominerais e microminerais (ou elementos-traccedilo) tambeacutem satildeo muito

utilizados no meio cientiacutefico principalmente na aacuterea de nutriccedilatildeo Os macrominerais satildeo

aqueles elementos encontrados em altas concentraccedilotildees nas amostras geralmente acima de

1 ou cuja necessidade diaacuteria no organismo seja maior que 100 mg No cabelo satildeo

considerados macrominerais por exemplo Ca P S Mg Na K e Cl Jaacute os microminerais satildeo

aqueles encontrados em baixas concentraccedilotildees na amostra (ppm ou ppb) ou cuja necessidade

no organismo seja inferior a 100 mg por dia No cabelo podem ser citados os seguintes

microminerais Fe Zn Cu Mn I Cr Se F Co Ni Si e Mo [114]

33 Abastecimento de Aacutegua na Regiatildeo de Amostragem

No Estado do Rio de Janeiro a captaccedilatildeo tratamento aduccedilatildeo e distribuiccedilatildeo das redes

de aacutegua ficam a cargo da CEDAE ndash Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos No presente

momento a CEDAE abastece cerca de 9 milhotildees de pessoas em 64 dos 92 municiacutepios do

Estado sendo Duque de Caxias um desses [17]

O abastecimento de aacutegua pela CEDAE na cidade de Duque de Caxias nunca ocorreu

de forma contiacutenua e natildeo haacute garantia da manutenccedilatildeo da qualidade da aacutegua ateacute a chegada ao

Al

Causa ao organismo anemia enfraquecimento dos ossos e muacutesculos

dificuldade no metabolismo do caacutelcio alteraccedilotildees hepatoloacutegicas e

renais dores de cabeccedila e nervosismo

AsInterrompe a expressatildeo de diversos genes em especial aqueles que

participam das vias de transduccedilatildeo de sinal

CdOcasiona perda de peso hemorragia danos ao sistema respiratoacuterio

hepatoloacutegico e renal

PbGera alteraccedilotildees cardiovasculares gastrointestinais hematoloacutegicas

renais neuroloacutegicas e imunoloacutegicas

Elementos Natildeo Essenciais e suas Toxicidades

consumidor Segundo dados do CENSO-2010 dos 269353 domiciacutelios estabelecidos no

municiacutepio de Duque de Caxias apenas 63 alegaram receber aacutegua de redes de distribuiccedilatildeo

[18] Diante do cenaacuterio atual em que o Sudeste vive a maior crise hiacutedrica dos uacuteltimos cem

anos devido agrave escassez de chuvas os reservatoacuterios que abastecem o estado do Rio de Janeiro

encontram-se em niacuteveis muito baixos e alguns deles chegaram ao volume morto (reserva

teacutecnica) Com isso o abastecimento de aacutegua para a populaccedilatildeo estaacute a cada dia mais escasso

Na Figura 5 apresenta-se uma foto da situaccedilatildeo do maior reservatoacuterio da Bacia do Rio Paraiacuteba

do Sul (em fevereiro deste ano) Este reservatoacuterio alimenta a Estaccedilatildeo de Tratamento de Aacutegua

do Guandu que por sua vez eacute responsaacutevel pelo abastecimento de toda a Regiatildeo Metropolitana

do Rio de Janeiro [19]

Figura 5 Reservatoacuterio Paraibuna localizado na Bacia do Rio Paraiacuteba do Sul apoacutes estiagem dos uacuteltimos anos

Na foto o reservatoacuterio estaacute com -056 da capacidade (volume morto) 03022015 Fonte http

ltogloboglobocomrionivel-de-reservatorios-do-rio-paraiba-do-sul-apresentam-leve-melhora-apos-chuvas-

fortes-15229418gt Acesso em 30072015

Devido aos fatores mencionados aliados agrave facilidade de manutenccedilatildeo e ao baixo custo

de perfuraccedilatildeo a utilizaccedilatildeo de aacutegua de poccedilo subterracircneo (Figura 6) eacute cada vez mais requisitada

para suprir as carecircncias de abastecimento No Brasil o aquiacutefero subterracircneo abastece cerca de

19 do total dos domiciacutelios particulares enquanto que no municiacutepio de Duque de Caxias este

percentual atinge os 35 segundo o CENSO-2010 [18]

Figura 6 Poccedilo subterracircneo em Duque de Caxias

34 Fluorescecircncia de Raios X - Teoria

A Espectroscopia de Fluorescecircncia de Raios X eacute uma teacutecnica natildeo destrutiva que

permite a identificaccedilatildeo simultacircnea (qualitativa e quantitativa) de elementos presentes em uma

amostra A teacutecnica baseia-se no fato dos elementos quiacutemicos emitirem radiaccedilotildees

caracteriacutesticas quando submetidos a uma excitaccedilatildeo adequada [20-23]

As amostras satildeo irradiadas com foacutetons (feixe de raios x) gerados por uma fonte Esse

feixe de raios x primaacuterio possui energia suficiente para ejetar eleacutetrons de camadas internas do

aacutetomo (camadas com maior energia de ligaccedilatildeo) transferindo energia para este eleacutetron que eacute

ejetado como fotoeleacutetron O aacutetomo fica instaacutevel (excitado) com uma vacacircncia na camada

interna Com o intuito de diminuir a energia do sistema eleacutetrons de outras camadas

preenchem essa lacuna A diferenccedila de energia entre os niacuteveis da transiccedilatildeo eletrocircnica eacute

liberada atraveacutes da emissatildeo de um foacuteton de raios x (fluorescecircncia ou raio x secundaacuterio) que

tem energia caracteriacutestica para cada elemento como ilustrado na Figura 7 A energia do raio x

caracteriacutestico eacute fornecida pela Equaccedilatildeo 1 [20-23]

Ex = Eni - Enf (Eq1)

Onde

Ex = energia do raio x caracteriacutestico emitido

Eni Enf = energia dos estados eletrocircnicos inicial e final respectivamente

Figura 7 Esquema do princiacutepio da Fluorescecircncia de Raios X

Fonteltwwwshimadzucombrgt Acesso em 30072015

A radiaccedilatildeo caracteriacutestica eacute nomeada de acordo com o niacutevel de onde se apresenta a

vacacircncia (K L M) e de qual niacutevel (α β) e subniacutevel (1 2) proveacutem o eleacutetron que iraacute

ocupar essa lacuna Por exemplo a vacacircncia originada na camada K pode ser preenchida por

eleacutetrons de dois subniacuteveis da camada L o que origina as linhas espectrais Kα1 e Kα2 Se a

vacacircncia da camada K fosse ocupada por um eleacutetron da M teria-se o Kβ e assim por diante

[23]

Com isso os elementos em uma amostra podem ser identificados atraveacutes da medida

do comprimento de onda (ou energia) dessas radiaccedilotildees caracteriacutesticas e as concentraccedilotildees

mensuradas pela intensidade dessas radiaccedilotildees [2123]

Quando um feixe de raios x incide sobre um determinado material diversas formas

de interaccedilatildeo entre a radiaccedilatildeo e a mateacuteria podem ocorrer tais como o Efeito Auger e os

espalhamentos Rayleigh e Compton [20-23]

O processo de relaxaccedilatildeo natildeo-radiativa ou Efeito Auger ocorre quando o aacutetomo

excitado emite um eleacutetron (eleacutetron Auger) ao inveacutes do processo de fluorescecircncia (Figura 8)

Esses dois processos de relaxaccedilatildeo do sistema satildeo concorrentes e a predominacircncia de um ou de

outro depende do numero atocircmico O Efeito Auger prevalece em elementos com baixo

nuacutemero atocircmico (Zlt20) [21]

Figura 8 Efeito Auger [20]

O fenocircmeno de espalhamento de raios x eacute importante em espectroscopia pois eacute

responsaacutevel pela intensidade da radiaccedilatildeo de fundo (background) presente em uma

determinada medida Ele eacute a soma dos efeitos de dois fenocircmenos o espalhamento coerente

elaacutestico ou Rayleigh no qual os raios x primaacuterios satildeo defletidos sem perda de energia isto eacute

sem alteraccedilatildeo no comprimento de onda (λ) e o espalhamento incoerente inelaacutestico ou

Compton no qual foacutetons de raios x primaacuterio satildeo defletidos com perda de energia e com

ejeccedilatildeo de um fotoeleacutetron (Figura 9) [21]

Figura 9 Espalhamento Compton e Rayleigh [21]

35 Fluorescecircncia de Raios X - Instrumentaccedilatildeo

Na Figura 10 pode ser observado um esquema com os principais componentes do

espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X por Dispersatildeo de Comprimento de Onda

(WDXRF - Wavelength Dispersive X-ray Fluorescence) utilizado neste trabalho Suas

funccedilotildees seratildeo descritas em seguida [23]

Figura 10 Instrumentaccedilatildeo do Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X por Dispersatildeo de

Comprimento de Onda - S8 TIGER - BRUKER [23]

Tubo de Raios X

A radiaccedilatildeo incidente eacute produzida em um tubo de raios x consistindo em uma ampola

de vidro ou de metal sob alto vaacutecuo com um filamento de tungstecircnio em uma extremidade

denominado caacutetodo e um alvo de metal na outra extremidade denominado acircnodo

O filamento eacute aquecido por uma corrente eleacutetrica e emite eleacutetrons (emissatildeo

termiocircnica) Os eleacutetrons satildeo acelerados rumo a um acircnodo (alvo) empregando-se uma

diferenccedila de potencial (10-70 kV) Raios x primaacuterios satildeo produzidos quando esses eleacutetrons

com alta velocidade colidem com o material alvo Com o impacto a maior parte da energia

cineacutetica dos eleacutetrons eacute convertida em calor exigindo que o acircnodo seja resfriado de forma

eficiente Apenas uma pequena parte (02-05 dependendo do tipo do alvo) da energia

eletrocircnica eacute convertida em raios x uacuteteis

Essa radiaccedilatildeo consiste em um Contiacutenuo ou Bremsstrahlung e linhas de raios x

caracteriacutesticas do material alvo (aleacutem de linhas caracteriacutesticas de quaisquer contaminantes

presentes) Assim o espectro primaacuterio de um tubo de raios x convencional consiste em linhas

caracteriacutesticas do material do acircnodo (por exemplo Rh) superpostas a um contiacutenuo de

radiaccedilatildeo

Os tubos de raios x satildeo geralmente isolados atraveacutes de uma janela de beriacutelio pois

esse elemento apresenta baixa absorccedilatildeo de raios x e alta resistecircncia mecacircnica para suportar as

diferenccedilas de pressatildeo

Filtros do Feixe Primaacuterio

O espectro primaacuterio pode natildeo conter apenas as linhas do elemento-alvo mas tambeacutem

as linhas de impurezas como Fe Cr ou Cu presentes em vaacuterias partes do tubo Desta forma o

niacutevel de fundo (background) na posiccedilatildeo desses elementos no espectro pode ser elevado

Filtros de feixe primaacuterio satildeo utilizados para filtrar as linhas caracteriacutesticas do tubo se

o mesmo elemento estiver presente na amostra ou se houver sobreposiccedilatildeo por uma linha do

tubo em linhas de elementos da amostra No equipamento em que foram feitas as anaacutelises satildeo

utilizados (automaticamente) os filtros de Cu de 200 microm de espessura e o de Al de 500 microm de

espessura

Maacutescara

Delimita a aacuterea da amostra que seraacute irradiada

Selo de vaacutecuo (Vacuum seal )

Protege o sistema de detecccedilatildeo dos foacutetons de raios x de qualquer vazamento de

amostra

Goniocircmetro

Em equipamentos de dispersatildeo sequencial empregam-se uma ldquogeometria do feixe

paralelordquo ou uma ldquogeometria de cristal planardquo permitindo que os acircngulos do cristal e do

detector sejam selecionados por um aparelho chamado goniocircmetro

O goniocircmetro eacute uma estrutura de rotaccedilatildeo que permite que o cristal e o detector

possuam um movimento angular acoplado θ a 2θ entre eles

Colimador

Colima o feixe divergente de raios x emitido pela amostra Satildeo normalmente feitos

de uma seacuterie de lacircminas paralelas O comprimento e o espaccedilamento entre as lacircminas

determinam a divergecircncia angular admitida pelo colimador Essa divergecircncia angular

juntamente com o cristal determina a resoluccedilatildeo final do espectro

Pode-se melhorar a resoluccedilatildeo fechando o colimador para minimizar a divergecircncia

Poreacutem com isso a intensidade tambeacutem diminui Assim torna-se necessaacuterio um equiliacutebrio

entre a resoluccedilatildeo final (necessaacuteria para evitar sobreposiccedilotildees espectrais importantes) e a

sensibilidade (relacionada com a intensidade)

Cristal

Separa os vaacuterios comprimentos de onda emitidos pela amostra A lei de Bragg

(equaccedilatildeo 2) propotildee que se um plano cristalino tiver um espaccedilamento interplanar (d) refletindo

um comprimento de raios x (λ) essa onda difere em caminho percorrido por uma distacircncia

(2dsenθ) da onda refletida pelo plano adjacente Quando esse caminho percorrido difere por

um nuacutemero inteiro de comprimento de onda tem-se uma interferecircncia construtiva e os raios x

refletidos satildeo reforccedilados Caso contraacuterio tem-se uma interferecircncia destrutiva e os raios x

refletidos se anulam A equaccedilatildeo de Bragg (2)

119899120582 = 2119889119904119890119899120579 (Eq 2)

Onde

n = nuacutemero inteiro (1 2 3) chamado Ordem de Difraccedilatildeo

d = espaccedilamento interplanos no cristal utilizado

θ = acircngulo de Bragg ou acircngulo de difraccedilatildeo

λ = comprimento de onda da linha espectral

Dessa forma para um dado plano cristalino e uma dada ordem de difraccedilatildeo cada

comprimento de onda no espectro de XRF incidente eacute difratado em um uacutenico acircngulo O

comprimento de onda maacuteximo que o proacuteprio plano cristalino pode difratar eacute 2d (quando senθ

assume o valor maacuteximo de 1) Portanto eacute necessaacuterio um cristal ou um plano cristalino com

diferentes valores de 2d para cobrir diferentes intervalos de comprimento de onda em toda a

tabela perioacutedica No espectrocircmetro utilizado neste trabalho foram usados os seguintes cristais

XS-55 (multicamada de WSi) do C ateacute o Mg PET (Pentaeritriato) do Al ateacute o Ti e LiF 200

do K ateacute o U

Detector

Converte os foacutetons de raios x em pulsos de tensatildeo mensuraacuteveis Satildeo utilizados dois

detectores para cobrir todos os elementos do Be ao U Detector de fluxo proporcional

(preenchido com Ar) para elementos do Be ao Cr e o detector de cintilaccedilatildeo de NaI(Tl) para

elementos do Mn ao U

Detectores de fluxo proporcional

Satildeo detectores de radiaccedilatildeo que operam a partir da ionizaccedilatildeo de gases Satildeo

constituiacutedos por um conjunto de eletrodos e um gaacutes Quando o gaacutes eacute colocado entre dois

eletrodos aos quais eacute aplicada certa diferenccedila de potencial os caacutetions e eleacutetrons produzidos

pela passagem de radiaccedilatildeo seratildeo atraiacutedos pelos eletrodos de carga oposta e por eles seratildeo

coletados Na regiatildeo de verdadeira proporcionalidade (Equaccedilatildeo 3) a razatildeo entre a carga

coletada pelos eletrodos e a carga gerada pela ionizaccedilatildeo primaacuteria manteacutem-se constante para as

diferenccedilas de potencial (∆V) aplicadas e com um capacitor de capacitacircncia (C)

Quando a radiaccedilatildeo atravessa esse tipo de detector e produz pares iocircnicos (formados

por eleacutetrons e caacutetions do gaacutes) esses caacutetions (ionizaccedilatildeo primaacuteria) satildeo acelerados adquirindo

energia suficiente para produzir novos pares iocircnicos (ionizaccedilatildeo secundaacuteria) por colisatildeo com

moleacuteculas inicialmente neutras do gaacutes Assim haacute uma multiplicaccedilatildeo do nuacutemero de pares

original A carga coletada eacute igual agrave carga produzida pela radiaccedilatildeo (Q) multiplicada por um

fator (M) denominado ldquoganhordquo

∆119881 = (119872119876)

119862 (Eq 3)

Portanto o sinal produzido tem altura proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo incidente

Detectores de cintilaccedilatildeo

O cintilador eacute uma substacircncia soacutelida ou liacutequida na qual a energia de radiaccedilatildeo

incidente eacute transferida aos eleacutetrons do material sendo depois emitida na forma de radiaccedilatildeo

eletromagneacutetica de frequecircncia menor (visiacutevel ou ultravioleta)

O detector de cintilaccedilatildeo utilizado eacute constituiacutedo por um cristal de NaI(Tl) (iodeto de

soacutedio ativado com 1 de iodeto de taacutelio) no qual ocorre a emissatildeo de radiaccedilatildeo de frequecircncia

menor aleacutem de um fotomultiplicador onde essa radiaccedilatildeo luminosa eacute transformada em pulso

eleacutetrico e amplificada

O mecanismo de cintilaccedilatildeo nos cristais inorgacircnicos baseia-se na propriedade dos

semicondutores terem banda de valecircncia e banda de conduccedilatildeo Na banda de valecircncia os

eleacutetrons estatildeo essencialmente ligados aos siacutetios do cristal Jaacute na banda de conduccedilatildeo os

eleacutetrons tecircm energia suficiente para migrar atraveacutes do cristal No cristal puro natildeo satildeo

encontrados eleacutetrons na banda proibida

Ao incidir uma radiaccedilatildeo no cristal pode ocorrer excitaccedilatildeo de eleacutetrons ateacute a banda de

conduccedilatildeo deixando lacunas na banda de valecircncia (normalmente preenchida)

No cristal puro a energia necessaacuteria para formar um par eleacutetronlacuna eacute

aproximadamente a mesma liberada quando esse par se recombina Assim os espectros de

absorccedilatildeo e emissatildeo superpotildeem-se ocorrendo autoabsorccedilatildeo da radiaccedilatildeo luminosa produzida

Se o cristal for ativado a emissatildeo pode ocorrer via um siacutetio do ativador para o qual a energia

de transiccedilatildeo eacute menor do que a necessaacuteria para a criaccedilatildeo do par eleacutetronlacuna Desse modo o

espectro emitido eacute deslocado para comprimentos de onda maiores e natildeo causa nova absorccedilatildeo

No tubo fotomultiplicador converte-se a radiaccedilatildeo de baixa intensidade produzida no

cintilador em um sinal eleacutetrico uacutetil agrave detecccedilatildeo e contagem de radiaccedilatildeo

Analisador de altura de pulso (PHA)

A energia do foacuteton incidente de raios x determina o tamanho do pulso de tensatildeo

produzido pelo detector O analisador de altura de pulso faz uso dessa propriedade a fim de

selecionar apenas um intervalo estreito de pulsos de voltagem rejeitando todos os pulsos com

intensidades fora do intervalo escolhido

Ao final utiliza-se o meacutetodo de integraccedilatildeo dos recebidos em um integrador

eletrocircnico Se N representa o nuacutemero de contagens em um tempo de integraccedilatildeo t segundos

entatildeo a taxa de contagem eacute Nt contagens por segundo (cps)

36 Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford - Teoria

A teacutecnica de RBS consiste em incidir partiacuteculas monoenergeacuteticas de um feixe de iacuteons

(geralmente iacuteons He+) de alta energia em um alvo estacionaacuterio Ao colidirem com os aacutetomos

do alvo as partiacuteculas satildeo elasticamente espalhadas no campo eleacutetrico do nuacutecleo do aacutetomo e

chegam a um detector por um acircngulo de retroespalhamento Na Figura 11 apresenta-se um

esquema de espalhamento elaacutestico [25-27]

Figura 11 Espalhamento elaacutestico em acircngulo de retroespalhamento de um iacuteon de massa M1

por um aacutetomo de massa M2 com M2gtM1 [25]

O detector ao receber as partiacuteculas espalhadas produz um pulso ou sinal que eacute entatildeo

processado por um analisador multicanal e classificado conforme a amplitude que

corresponde a uma escala em energia Como resultado as informaccedilotildees sobre a composiccedilatildeo

elementar do aacutetomo alvo satildeo obtidas a partir de um espectro de contagens em funccedilatildeo da

energia das partiacuteculas retroespalhadas detectadas [25]

O fator cinemaacutetico (K) eacute responsaacutevel pela anaacutelise elementar qualitativa Essa

grandeza depende da razatildeo entre as energias das partiacuteculas incidentes antes (E0) e depois (E)

do espalhamento (Equaccedilatildeo 4)

119870 = 119864

1198640 (Eq 4)

Considerando as conservaccedilotildees de energia e do momentum na colisatildeo elaacutestica obteacutem-

se a relaccedilatildeo entre o fator cinemaacutetico (K) a massa atocircmica da partiacutecula incidente (M1) a massa

atocircmica do aacutetomo alvo (M2) e o acircngulo de espalhamento (θ) (Eq 5)

119870 = [1198721 119888119900119904120579+ (1198722

2minus 11987212 1199041198901198992120579)

12

1198721+ 1198722]

2

(Eq 5)

Os valores de M1 θ e E0 satildeo preacute-fixados conhecendo E determina-se K e por

conseguinte determina-se M2

A Figura 12 apresenta um esquema do espectro de RBS de um filme fino de

composiccedilatildeo geneacuterica AB onde a massa de A eacute maior do que a massa de B depositado em um

substrato C ainda mais leve

Figura 12 Esquema de um espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford de

um filme fino AB sobre um substrato C ainda mais leve [27]

A resoluccedilatildeo em massa da teacutecnica eacute a diferenccedila miacutenima de massa entre dois aacutetomos-

alvo para que sinais resolvidos possam ser observados no espectro A discriminaccedilatildeo em massa

eacute maacutexima para θ = 180deg razatildeo pela qual satildeo utilizados acircngulos elevados experimentalmente

Pode-se melhorar a resoluccedilatildeo em massa na RBS aumentando a energia e a massa dos aacutetomos

incidentes e melhorando a resoluccedilatildeo do sistema de detecccedilatildeo com o cuidado para natildeo degradar

os detectores [25]

Outra grandeza importante em RBS eacute a seccedilatildeo de choque de espalhamento (σ) que eacute

uma medida da probabilidade de ocorrer o espalhamento e que atribui o caraacuteter quantitativo agrave

teacutecnica [25] Considerando um nuacutemero de partiacuteculas espalhadas (H) sobre um detector tem-se

a Equaccedilatildeo 6

119867 = 119876119873119905 ⟨119889120590

119889120570⟩Ω (Eq 6)

Onde

Q = nuacutemero de partiacuteculas que atinge a amostra

N = densidade volumeacutetrica dos aacutetomos alvo

t = espessura do alvo

⟨119889120590

119889120570⟩ = seccedilatildeo de choque meacutedia de espalhamento

Ω = acircngulo soacutelido do detector em relaccedilatildeo ao feixe

Para acircngulos pequenos tem-se ⟨119889120590

119889120570⟩ = (

119889120590

119889120570)120579

= σ (Eq 7)

Logo 119867 = 119876119873119905120590120570 (Eq 8)

Na Equaccedilatildeo 8 conhecendo o nuacutemero de partiacuteculas que atinge o alvo Q e o detector

H pode-se determinar o numero de aacutetomos por unidade de aacuterea da amostra (Nt) desde que se

conheccedila o acircngulo soacutelido de detecccedilatildeo Ω e a seccedilatildeo de choque de espalhamento (σ) Para uma

colisatildeo elaacutestica entre dois aacutetomos com nuacutemeros atocircmicos Z1 e Z2 (do aacutetomo incidente e do

aacutetomo alvo respectivamente) em que a forccedila de interaccedilatildeo eacute a repulsatildeo eletrostaacutetica dos

nuacutecleos a seccedilatildeo de choque de espalhamento diferencial (por unidade de acircngulo soacutelido) eacute dada

pela Foacutermula de Rutherford (Equaccedilatildeo 9)

119889120590

119889120570= (

119885111988521198902

4119864)2

4

1199041198901198994120579

[1minus ((

11987211198722) 119904119890119899120579)

2

]

12

+cos120579

[1minus ((11987211198722)119904119890119899 120579)

2

]

12

2

(Eq 9)

Em siacutentese a razatildeo entre as concentraccedilotildees relativas dos elementos A e B na

superfiacutecie de uma amostra 119873119860119860119861(119909)

119873119861119860119861(119909)

pode ser calculada com o auxiacutelio de um programa

computacional ou atraveacutes da medida de altura dos degraus obtidos no espectro sendo

calculadas com as Equaccedilotildees 10 e 11

(119889120590

119889120570)119861

(119889120590

119889120570)119860

= Ji (Eq 10)

119873119860119860119861(119909)

119873119861119860119861(119909)

= 119867119860119860119861

119867119861119860119861 119869119894 (Eq 11)

37 Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford - Instrumentaccedilatildeo

Na Figura 13 pode ser observado um esquema com os principais componentes da

instrumentaccedilatildeo utilizada em anaacutelises por RBS que seratildeo descritos em seguida de acordo com

o equipamento utilizado para a realizaccedilatildeo deste trabalho e com informaccedilotildees obtidas na

referecircncia [25]

Figura 13 Esquema dos componentes presentes na instrumentaccedilatildeo utilizada em anaacutelises por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford Fonte Adaptado de [25]

O Laboratoacuterio de Implantaccedilatildeo Iocircnica da Universidade Federal do Rio Grande do Sul

possui um acelerador Tandetron equipado com fontes de iacuteons dos tipos sputtering e de

plasma com tecnologia ldquotandemrdquo com 3MV de tensatildeo maacutexima no terminal e cinco estaccedilotildees

experimentais de linhas distintas incluindo a de RBS

Fonte de iacuteons

Fonte de Plasma um gaacutes ou um vapor eacute ionizado por meio de campos

eletromagneacuteticos na faixa de radiofrequecircncia ou ao ser atravessado por corrente eleacutetrica

Fonte de ldquoSputteringrdquo os iacuteons satildeo produzidos por transferecircncia de momentum

quando da colisatildeo de um feixe primaacuterio (geralmente Cs+) com um alvo soacutelido

Aceleradores ldquotandemrdquo

Neste tipo de acelerador iacuteons positivos deixam a fonte passam por uma troca de

carga (com vapor de Liacutetio ou outro elemento eletropositivo) e satildeo conduzidos com carga

negativa ao tubo acelerador onde satildeo atraiacutedos por um terminal positivo No caso dos iacuteons

produzidos serem originalmente negativos a troca de carga eacute suprimida Junto ao terminal

positivo passam por uma seccedilatildeo contendo um gaacutes ou vapor (N2 no presente caso) ou por uma

folha muito fina de carbono para que os iacuteons emergentes tenham perdido os eleacutetrons Com

carga positiva satildeo novamente acelerados agora por repulsatildeo do terminal Diferenccedilas de

potencial da ordem de vaacuterios milhotildees de volts satildeo obtidas utilizando circuitos multiplicadores

de voltagem que multiplicam e retificam a tensatildeo produzida por um transformador Seguindo

o tubo acelerador geralmente encontra-se um segundo eletroiacutematilde que permite direcionar o

feixe de iacuteons para uma das estaccedilotildees experimentais de acordo com as espeacutecies a serem

detectadas (no presente caso partiacuteculas retroespalhadas)

Detectores de estado soacutelido com junccedilotildees p-n obtidas por implantaccedilatildeo iocircnica

A junccedilatildeo p-n sob polarizaccedilatildeo reversa permite a coleta de cargas geradas na

produccedilatildeo de pares eleacutetron-lacuna Esse fenocircmeno ocorre quando um iacuteon atravessa um

semicondutor excitando eleacutetrons da banda de valecircncia para a banda de conduccedilatildeo que entatildeo

satildeo coletados no acircnodo Dessa forma o nuacutemero de eleacutetrons coletados no acircnodo eacute proporcional

ao nuacutemero de pares de eleacutetron-lacuna produzidos o qual eacute proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo

incidente desde que o iacuteon seja totalmente freado dentro do volume ativo do detector

Analisador multicanal (MCA) no modo de anaacutelise de intensidade de pulso

O MCA consta de uma sequecircncia de registradores onde cada pulso de entrada uma

vez digitalizado por um conversor analoacutegico-digital (ADC) eacute analisado com relaccedilatildeo a sua

amplitude (modo PHA) sob o controle de um discriminador Na sequecircncia o canal de

memoacuteria correspondente tem seu conteuacutedo incrementado em uma unidade Com isso

acumulam-se em um canal especiacutefico todos os pulsos de entrada de um pequeno intervalo de

amplitudes ou energias dos iacuteons incidentes Ao final com a soma dos pulsos recebidos em

cada canal obteacutem-se um histograma do nuacutemero de pulsos em funccedilatildeo de suas amplitudes ou

energias dos iacuteons incidentes

40 METODOLOGIA

41 Amostragem

Amostras de cabelo de 16 pessoas foram coletadas Os doadores foram entrevistados

seguindo o questionaacuterio disponiacutevel no ANEXO I e selecionados de acordo com os seguintes

criteacuterios possuiacuterem cabelos virgens (cabelos sem nenhum tipo de tratamento quiacutemico como

coloraccedilotildees tinturas alisantes entre outros) estarem saudaacuteveis serem natildeo fumantes e viverem

na Regiatildeo Metropolitana do Rio de Janeiro As amostras foram divididas em dois grupos de

oito o primeiro de pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo subterracircneo e o segundo com pessoas

que ingerem a aacutegua tratada e distribuiacuteda pela CEDAE

Foram analisadas amostras de cabelo de duas pessoas que consumiam a aacutegua do

mesmo poccedilo isto eacute duas amostras de cada residecircncia totalizando 4 poccedilos diferentes (a b c

d) na localidade Chaacutecaras Arcampo em Duque de Caxias ndash RJ (Figura 14)

Figura 14 Mapa com os pontos de coleta de amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua

de poccedilo em destaque a localizaccedilatildeo das residecircncias com os poccedilos

Fonte Google Earth Acesso em 30072015

As amostras foram coletadas na regiatildeo occipital da cabeccedila (nuca) como visto na

Figura 15 com o auxiacutelio de uma tesoura de accedilo inoxidaacutevel devidamente limpa com etanol

Essa regiatildeo eacute definida como padratildeo por ser menos suscetiacutevel a contaminaccedilatildeo exoacutegena e

tambeacutem por sempre existir cabelo em indiviacuteduos semicalvos [14] Em seguida as amostras

foram catalogadas e armazenadas em sacos plaacutesticos [5] Informaccedilotildees adicionais sobre o sexo

e a idade dos doadores e o tipo e cor das amostras de cabelo coletadas disponiacuteveis no ANEXO

II

Figura 15 Coleta de amostra de cabelo na regiatildeo occipital da cabeccedila

42 Lavagem das Amostras de Cabelo

Todas as amostras foram submetidas a uma sequecircncia de etapas de lavagem de 10

minutos cada utilizando acetona e aacutegua deionizada (Figura 16) Em seguida foram colocadas

para secar agrave temperatura ambiente de acordo com o procedimento recomendado pela Agecircncia

Internacional de Energia Atocircmica (IAEA) [5]

Figura 16 Lavagem das amostras de cabelo

As amostras analisadas por XRF foram colocadas diretamente no suporte do

equipamento Os fios foram colocados de maneira a se obter a superfiacutecie do porta-amostra

totalmente coberta pelo cabelo a qual em seguida foi coberta por um filme (Ultralenereg 4

microm de espessura) (Figura 17) Para a anaacutelise com o RBS o cabelo foi aderido ao suporte do

porta-amostra com o auxiacutelio de uma fita dupla face de carbono puro (Figura 18)

Figura 17 Amostra de cabelo em porta-amostra do equipamento de Fluorescecircncia de

Raios X

Figura 18 Amostra de cabelo no porta-amostra do equipamento de Espectrometria de

Retroespalhamento Rutherford

43 Paracircmetros Instrumentais

Anaacutelises semiquantitativas de XRF dos elementos presentes no cabelo foram

realizadas no Laboratoacuterio de Impacto de Foacutetons e Eleacutetrons (LIFE) na Universidade Federal do

Rio de Janeiro (UFRJ) Utilizou-se o Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios-X S8 TIGER

ndash BRUKER (Figura 19) na faixa de energia de 05 a 56 keV acircnodo de Rh trabalhando com 1

kW de potecircncia com uma janela de Be de 76 microm atraveacutes do software Quant-Express no

meacutetodo Best Detection O tempo de aquisiccedilatildeo para cada amostra foi de aproximadamente 20

minutos

Os dados por RBS foram realizados no Laboratoacuterio de Implantaccedilatildeo Iocircnica na

Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) Utilizou-se um acelerador de iacuteons

Tandetron - HVEE 3 MV (Figura 20) usando 2000 keV de iacuteons He+ incidentes e detecccedilatildeo de

partiacuteculas retroespalhadas a 165deg

Figura 19 Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X - S8 TIGER - BRUKER

Figura 20 Acelerador de iacuteons Tandetron - HVEE 3 MV onde foi feita a anaacutelise por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford

50 RESULTADOS E DISCUSSOtildeES

51 Anaacutelise por XRF

O espectro completo de XRF da amostra 2 referente ao cabelo de uma pessoa que

ingere aacutegua de poccedilo eacute mostrado na Figura 21 conforme obtido diretamente do equipamento

Eacute possiacutevel identificar as linhas de excitaccedilatildeo do Rh e as linhas de espalhamento Compton e

Rayleigh Os espectros ampliados somente na regiatildeo de interesse com as linhas de

fluorescecircncia Kα e Kβ atribuiacutedas agrave maioria dos elementos (exceto para o chumbo em que se

detectam as linhas Lα e Lβ) e sem as linhas de Rh de todas as amostras analisadas encontram-

se nos ANEXOS III e IV Os elementos analisados e a energia de suas linhas de emissatildeo de

fluorescecircncia Kα e Kβ satildeo apresentados na Tabela 4

Figura 21 Espectro de Fluorescecircncia de Raios X completo da amostra 2

Tabela 4 Energia em keV das principais linhas de emissatildeo de raios x dos elementos

analisados Adaptado de [26]

Os elementos observados e as concentraccedilotildees semiquantitativas das amostras de

cabelo das pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo e das amostras de cabelo das pessoas que

ingerem aacutegua distribuiacuteda pela CEDAE satildeo apresentados respectivamente nas Tabelas 5 e 6

Kα Kβ

Al 1487 1557

Si 1740 1836

P 2014 2139

S 2308 2464

Cl 2622 2816

Ca 3692 4013

Mn 5899 6490

Fe 6404 7058

Cu 8048 8905

Zn 8639 9572

Pb (Linhas Lα e Lβ) 10552 12614

Elementos

Analisados

Energia (keV) das Linhas de

Emissatildeo de Raios X

Tabela 5 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (1 a 8) que

ingerem aacutegua de poccedilo As concentraccedilotildees dos elementos foram normalizadas de modo que a

soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da matriz orgacircnica em conjunto

seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo ldquoa b c drdquo correlacionam a amostra

de cabelo com o poccedilo do qual o indiviacuteduo ingere aacutegua

1 2 3 4 5 6 7 8

Al 002 003 003 34 ppm natildeo det 006 natildeo det 001

Si 001 54 ppm 006 46 ppm 005 002 002 54 ppm

P 003 003 54 ppm 002 001 46 ppm natildeo det 004

S 117 071 115 118 166 135 151 098

Cl 003 65 ppm 002 002 natildeo det 003 natildeo det 61 ppm

Ca 003 003 80 ppm 002 004 002 008 008

Mn 73 ppm 78 ppm 58 ppm 10 ppm natildeo det 91 ppm natildeo det 54 ppm

Fe 001 001 92 ppm 29 ppm 38 ppm 001 27 ppm 83 ppm

Cu 44 ppm 41 ppm 46 ppm 31 ppm natildeo det 44 ppm 37 ppm 36 ppm

Zn 77 ppm 002 91 ppm 82 ppm 41 ppm 92 ppm 40 ppm 98 ppm

Pb 10 ppm 9 ppm 12 ppm 10 ppm natildeo det 10 ppm natildeo det 9 ppm

a b c d

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Elementos

Tabela 6 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (9 a 16)

que ingerem aacutegua tratada e distribuiacuteda pela CEDAE As concentraccedilotildees dos elementos foram

normalizadas de modo que a soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da

matriz orgacircnica em conjunto seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo

9 10 11 12 13 14 15 16

Al 001 36 ppm natildeo det 002 61 ppm 90 ppm 002 natildeo det

Si natildeo det 35 ppm natildeo det 40 ppm 79 ppm 60 ppm natildeo det natildeo det

P 003 34 ppm 003 002 natildeo det 46 ppm natildeo det 41 ppm

S 111 106 116 152 136 145 155 128

Cl 52 ppm 001 002 003 004 005 014 009

Ca 006 004 002 002 001 001 001 001

Mn 51 ppm 9 ppm 32 ppm natildeo det 24 ppm 57 ppm natildeo det 30 ppm

Fe 82 ppm 30 ppm 57 ppm 56 ppm 59 ppm 90 ppm 52 ppm 54 ppm

Cu 31 ppm 51 ppm 28 ppm 27 ppm 31 ppm 44 ppm 14 ppm 29 ppm

Zn 001 001 92 ppm 86 ppm 001 001 42 ppm 001

Pb natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det

Elementos

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

Na anaacutelise semiquantitativa por XRF pode-se verificar a presenccedila de elevadas

concentraccedilotildees de enxofre o que jaacute era esperado visto que este elemento faz parte da estrutura

da cisteiacutena o aminoaacutecido em maior quantidade na composiccedilatildeo do cabelo

Os elementos Ca Zn e Fe foram detectados em todas as amostras dos dois grupos O

Ca aparece na maior parte das amostras em concentraccedilotildees da ordem de enquanto que o Zn

e o Fe da ordem de ppm Os elementos Al P Mn Cl Si e Cu aparecem na maioria das

amostras em ambos os grupos No entanto o Pb foi observado em concentraccedilotildees da ordem de

ppm somente em amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo

Para as amostras 5 7 e 15 utilizou-se um porta amostra com maacutescara de 8 mm de

diacircmetro ao inveacutes da maacutescara de 34 mm utilizada para as outras amostras devido a pouca

quantidade de cabelo coletado Agrave vantagem de poder utilizar menos amostra com a maacutescara

de 8 mm contrapotildee-se um aumento do ruiacutedo de fundo e a consequente perda da sensibilidade

na anaacutelise Tal fato pode provavelmente justificar a quantidade menor de elementos

observados nessas amostras em comparaccedilatildeo com as demais incluindo a ausecircncia do elemento

chumbo nas amostras 5 e 7 jaacute que o mesmo aparece nas amostras 6 e 8 das pessoas que

bebem a mesma aacutegua dos poccedilos c e d respectivamente

52 Anaacutelise por RBS

Apresenta-se na Figura 22 o espectro de RBS da amostra 2 adquirido durante 8

horas de anaacutelise e apoacutes tratamento dos dados atraveacutes do programa computacional OriginPro 8

Duas ampliaccedilotildees (I e II) nas regiotildees de mais alta energia satildeo apresentadas nas Figuras 23 e

24 Observou-se a presenccedila dos elementos C N O Si S Cl Ti Cu Zn e Pb

As energias dos iacuteons He+ retroespalhados a partir da interaccedilatildeo com os nuacutecleos de Pb

e Hg satildeo muito proacuteximas tornando difiacutecil a resoluccedilatildeo dos sinais No entanto o Hg natildeo foi

observado em nenhuma das amostras por XRF enquanto o Pb pode ser detectado claramente

Conclui-se portanto que o degrau no espectro eacute correspondente ao Pb

Utilizando-se o caacutelculo da seccedilatildeo de choque de espalhamento Rutherford foi possiacutevel

obter uma anaacutelise quantitativa relativa da amostra 2 Para isso foi escolhido o enxofre como

elemento padratildeo devido ao fato do S estar presente em todas as amostras de cabelo e ser

facilmente detectaacutevel por ambas as teacutecnicas Para cada aacutetomo de S na amostra de cabelo as

seguintes proporccedilotildees atocircmicas foram obtidas 115 x 102 C 274 x 10

1 N 157 x 10

1 O 479 x

10-1

Si 641 x 10-1

Cl 454 x 10-2

Ti 162 x 10-2

Cu 265 x 10-2

Zn e 504 x 10-4

Pb

Figura 22 Espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da amostra 2

(grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 23 Ampliaccedilatildeo I do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 24 Ampliaccedilatildeo II do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

60 CONCLUSOtildeES

As teacutecnicas de XRF e RBS mostraram-se eficientes e complementares na

determinaccedilatildeo de vaacuterios elementos presentes em amostras de cabelo humano Atraveacutes das duas

teacutecnicas foi possiacutevel detectar de forma semiquantitativa a presenccedila de elementos desde o Al

ateacute o Pb Por RBS tambeacutem foram detectados elementos mais leves como C N e O A

utilizaccedilatildeo conjunta das duas teacutecnicas permitiu a identificaccedilatildeo inequiacutevoca de Pb no espectro de

RBS

Eacute evidente que as concentraccedilotildees dos elementos nas amostras de cabelo dependem de

diversos fatores tais como o tipo de alimentaccedilatildeo idade sexo ambiente em que o indiviacuteduo

vive e podem ser provenientes de meios exoacutegenos e endoacutegenos Entretanto considerando o

natildeo aparecimento do Pb em nenhuma das amostras de cabelo das pessoas que ingerem aacutegua

distribuiacuteda pela CEDAE aleacutem das anaacutelises preacutevias da aacutegua dos poccedilos da aacuterea em estudo eacute

possiacutevel afirmar que existe uma elevada possibilidade da aacutegua de poccedilo estaacute atuando como

uma fonte de contaminaccedilatildeo de Pb para as pessoas Como o Pb eacute um elemento toacutexico com

propriedade de bioacumulaccedilatildeo sua presenccedila pode gerar danos irreversiacuteveis aos organismos

vivos

70 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS

Como sugestotildees deste estudo podemos indicar

Realizar uma anaacutelise quantitativa de um nuacutemero mais amplo de amostras

Efetuar uma comparaccedilatildeo com materiais de referecircncia certificados a fim de

determinar com um grau de confiabilidade mais elevado se as quantidades de

chumbo detectadas nas amostras de cabelo estatildeo acima do intervalo de valores

considerados aceitaacuteveis

80 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

[1] POZEBON D DRESSLER V L CURTIUS A J Anaacutelise de cabelo uma revisatildeo

dos procedimentos para a determinaccedilatildeo de elementos traccedilo e aplicaccedilotildees Quiacutem Nova

1999 22 (6) 838-846

[2] FRAZAtildeO S V Estudo da determinaccedilatildeo de elementos traccedilo em cabelos humanos

pelo meacutetodo de anaacutelise por ativaccedilatildeo de necircutrons Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Ciecircncias na

Aacuterea de Tecnologia Nuclear ndash Aplicaccedilotildees Instituto de Pesquisas Energeacuteticas e Nucleares ndash

Universidade de Satildeo Paulo - USP Satildeo Paulo 2008

[3] CARNEIRO M T W D SILVEIRA C L P MIEKELEY N FORTES L M C

Reference intervals for minor and trace elements in human hair for the population of

Rio de Janeiro city Brazil Quiacutem Nova 2002 25 (1) 37-45

[4] KEMPSON I M SKINNER W M KIRKBRIDE K P The ocurrence and

incorporation of copper and zinc in hair and their potential role as bioindicators a

review Journal of Toxicology and Environmental Health 2007 B 10 611-622

[5] CORTES-TORO E DE GOEIJ J J M BASCO J CHENG Y KINOVA L

MATSUBARA J NIESE S SATP T WESENBERG G R MURAMATSU Y PARR

R M The significance of hair mineral analysis as a means for assessing internal body

burdens of environmental pollutants results from an IAEA co-ordinated research

programme Journal of Radionalytical and Nuclear Chemistry 1993 167 (2) 413-421

[6] CLAYTON E WOOLER K K Sample preparation and system calibration for

Proton-Induced X-ray Emission analysis of hair from occupationally exposed workers

Anal Chem198557 1075-1079

[7] MIEKELEY N CARNEIRO M T W D SILVEIRA C L P How reliable are

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1998 218 9-17

[8] MIEKELEY N FORTES L M C SILVEIRA C L P LIMA M B Elemental

anomalies in hair as indicators of endocrinologic pathologies and deficiencies in calcium

and bone metabolism Journal of Trace Elements in Medicine and Biology 2001 15 46-55

[9] TORIBARA T Y JACKSON D A FRENCH W R THOMPSON A C

JACKLEVIC J M Nondestructive X-Ray Fluorescence Spectrometry for determination

of trace elements along a single strand of hair Anal Chem 1982 54 1844-1849

[10] KHUDER A BAKIR M A HASAN R MOHAMMAD A Determination of

nickel cuper zinc and lead in human scalp hair in Syrian occupationally exposed

workers by total reflection X-Ray Fluorescence Environ Monit Assess 2008 143 67-74

[11] BARANOWSKA I BARCHANSKI L BAK M SMOLEC B MZYK Z X-Ray

Fluorescence Spectrometry in multielemental analysis of hair and teeth Polish Journal of

Environmental Studies 2004 13 (6) 639-646

[12] WATT F LANDSBERG J P Nuclear microscopy biomedical applications

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research 1993 B 77 249-260

[13] PAIXAtildeO P V GOMES L M B Anaacutelise de aacutegua de poccedilos subterracircneos na

localidade Chaacutecaras Arcampo em Duque de Caxias ndash RJ Relatoacuterio Final de Estaacutegio

Iniciaccedilatildeo Cientiacutefica Instituto de Quiacutemica ndash Universidade Federal do Rio de Janeiro ndash UFRJ

Rio de Janeiro 2012

[14] ANUNCIACcedilAtildeO D L R Anaacutelise de elementos maiores menores e traccedilo em

amostras de cabelo aplicado a triagem populacional com elevada incidecircncia de cacircncer

Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Quiacutemica Instituto de Quiacutemica ndash Universidade de Brasiacutelia

Brasiacutelia ndash Distrito Federal 2008

[15] TEGON E C Caracterizaccedilatildeo Quiacutemica do Enxofre e do Caacutelcio presentes em

amostras de cabelos empregando as teacutecnicas XRF e NEXAFS Projeto de Final de Curso

em Quiacutemica com Atribuiccedilotildees Tecnoloacutegicas Instituto de Quiacutemica ndash Universidade Federal do

Rio de Janeiro Rio de Janeiro 2013

[16] Dossiecirc os minerais na alimentaccedilatildeo Food Ingredients Brasil 2008 ndeg 4 48-65

Disponiacutevel em lt wwwrevista-ficommaterias52pdfgt Acesso em 30 de julho de 2015

[17] CEDAE Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos Disponiacutevel em

ltwwwcedaecombrgt Acesso em 30 de julho de 2015

[18] IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatiacutestica Censo Brasileiro de 2010 Rio de

Janeiro 2010 Disponiacutevel em ltwwwcenso2010ibgegovbrgt Acesso em 30 de julho de

2015

[19] RESENDE D ALENCAR E ALMEIDA R BERTA R Principal reservatoacuterio do

Paraiacuteba do Sul Paraibuna chega ao volume morto pela primeira vez Jornal O Globo 22

de janeiro de 2015 Disponiacutevel em httpogloboglobocomrioprincipal-reservatorio-do-

paraiba-do-sul-paraibuna-chega-ao-volume-morto-pela-primeira-vez-gt Acesso em 30 de

julho de 2015

[20] Fundamentos teoacutericos da teacutecnica de anaacutelise espectromeacutetrica por fluorescecircncia de

raios-x PUC-Rio ndash Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em

lthttpwwwmaxwellvracpuc-riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 30 de julho de 2015

[21] TASCH P DAMIANI F OLIVEIRA L C M IE - 607A Teacutecnicas de anaacutelise e

caracterizaccedilatildeo de materiais Universidade Estadual de Campinas ndash UNICAMP Campinas

2000

[22] FILHO V F N Teacutecnicas analiacuteticas nucleares de Fluorescecircncia de Raios ndashX por

Dispersatildeo de Enerdia (ED-XRF) e por Reflexatildeo Total (TXRF) Departamento de Ciecircncias

Exatas ESALQ Laboratoacuterio de Instrumentaccedilatildeo Nuclear CENA Universidade de Satildeo Paulo

ndash USP Satildeo Paulo 1999

[23] PERDONAacute C R Introduccedilatildeo a espectrometria de Fluorescecircncia de Raios-X Manual

Teacutecnico ndash BRUKER 2014

[24] O espectrocircmetro de fluorescecircncia de raios-x Thermo ARL 9900 PUC-Rio ndash

Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em lthttpwwwmaxwellvracpuc-

riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 08 de agosto de 2015

[25] KRUG C Superfiacutecies porosas recobertas com metalocenos anaacutelise multivariada

envolvendo caracterizaccedilatildeo com feixe de iacuteons Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Fiacutesica Instituto

de Fiacutesica Universidade Federal do Rio Grande do Sul ndash UFRGS Porto Alegre 2000

[26] TABACNIKS M H Anaacutelise de filmes finos por PIXE e RBS Instituto de Fiacutesica da

Universidade de Satildeo Paulo Disponiacutevel em ltwww2ifuspbr~lamfipixeamprbspdfgt Acesso

em julho de 2015

[27] ALMEIDA C R Efeito de tratamentos teacutermico e quiacutemico de aerogeacuteis de oacutexido de

estanho Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Engenharia Eleacutetrica Universidade Federal de Santa

Catarina Florianoacutepolis 2013

[28] ATTWOOD D T HENKE B L et al X-Ray Data Booklet Lawrence Berkeley

Laboratory University of California Berkeley California 1986

ANEXO I

MODELO DO QUESTIONAacuteRIO PREENCHIDO ANTES DA COLETA DAS AMOSTRAS

DE CABELO

Coacutedigo da amostra

Nome

Idade (anos)

Endereccedilo

Fuma Sim ( ) Natildeo ( )

Ingere aacutegua de que tipo (poccedilo CEDAE) Poccedilo ( ) CEDAE ( )

Fez algum tipo de tratamento quiacutemico no cabelo

(coloraccedilatildeo alisamento etc)Sim ( ) Natildeo ( )

Qual Quando foi a uacuteltima vez

Esteve bem de sauacutede nos uacuteltimos 6 meses Sim ( ) Natildeo ( )

Data da coleta

Responsaacutevel pela coleta

COLETA DE AMOSTRA DE CABELO

ANEXO II

INFORMACcedilOtildeES ADICIONAIS SOBRE OS DOADORES E AS AMOSTRAS DE

CABELO COLETADAS

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

1 Feminino 62 Cacheado Castanho Escuro

2 Feminino 27 Cacheado Castanho Escuro

3 Feminino 17 Liso Castanho Escuro

4 Feminino 10 Cacheado Castanho Escuro

5 Feminino 58 Liso Castanho Escuro

6 Feminino 7 Cacheado Castanho Escuro

7 Masculino 17 Liso Castanho Claro

8 Feminino 39 Liso Castanho Escuro

Pessoas que Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

9 Feminino 41 Cacheado Castanho Escuro

10 Feminino 17 Ondulado Castanho Claro

11 Masculino 1 Cacheado Castanho Escuro

12 Feminino 11 Liso Castanho Escuro

13 Masculino 21 Liso Castanho Escuro

14 Masculino 42 Cacheado Preto

15 Masculino 6 Liso Preto

16 Masculino 14 Liso Preto

Pessoas que Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

ANEXO III

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DE POCcedilO (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 1

Amostra 2

Amostra 3

Amostra 4

Amostra 5

Amostra 6

Amostra 7

Amostra 8

ANEXO IV

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DISTRIBUIacuteDA PELA CEDAE (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 9

Amostra 10

Amostra 11

Amostra 12

Amostra 13

Amostra 14

Amostra 15

Amostra 16

Page 8: Dissertação Priscilla Velasco da Paixão

RESUMO

O cabelo humano eacute composto basicamente de trecircs camadas a cutiacutecula (parte externa) o

coacutertex (parte mediana) e a medula (parte interna) A alfa-queratina eacute uma proteiacutena de forma

espiralada que fornece sustentaccedilatildeo ao cabelo Estaacute imersa no coacutertex e eacute composta

principalmente pelo aminoaacutecido cisteiacutena rico em enxofre Cortes histoloacutegicos demonstraram

elevada atividade de metais pesados na alfa-queratina Embora o teor de cinzas no cabelo seja

inferior a 1 indicando uma baixa quantidade de minerais a presenccedila de determinado metal

indica a absorccedilatildeo e a exposiccedilatildeo do indiviacuteduo a esse elemento Assim eacute possiacutevel diagnosticar

por exemplo deficiecircncias nutricionais ou niacuteveis elevados de elementos que podem causar

danos agrave sauacutede Frente agrave anaacutelise de outras amostras bioloacutegicas tais como urina e sangue o

cabelo tem a vantagem da facilidade de amostragem sem trauma para o indiviacuteduo facilidade

de transporte e armazenamento aleacutem da estabilidade quiacutemica e estrutural da amostra No

presente trabalho comparou-se o teor de metais em amostras de cabelo de dois grupos de

pessoas que vivem na Regiatildeo Metropolitana do Rio de Janeiro Enquanto o primeiro grupo

ingere aacutegua de poccedilo o segundo grupo inclui as pessoas que ingerem a aacutegua distribuiacuteda pela

Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos CEDAE Duas teacutecnicas foram utilizadas

Fluorescecircncia de Raios X (XRF) e Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford (RBS)

Amostras de cabelo virgem de pessoas saudaacuteveis e natildeo fumantes foram coletadas lavadas e

armazenadas segundo orientaccedilotildees da Agecircncia Internacional de Energia Atocircmica (IAEA) As

medidas por XRF foram realizadas na Universidade Federal do Rio de Janeiro (com o

espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios-X S8 TIGER - BRUKER) na faixa de energia de

05 a 56 keV atraveacutes do meacutetodo Best Detection Os dados por RBS foram coletados na

Universidade Federal do Rio Grande do Sul (com o acelerador de iacuteons Tandetron - 3 MV

HVEE) usando 2000 keV de iacuteons He+ incidentes e detecccedilatildeo a 165deg As anaacutelises por XRF

evidenciaram a presenccedila de Al Si P S Cl Ca Mn Fe Cu e Zn em amostras de cabelo de

ambos os grupos A presenccedila do elemento natildeo essencial Pb foi observada apenas em amostras

de cabelo de pessoas que bebem aacutegua de poccedilo Aleacutem disso usando a teacutecnica de RBS em uma

amostra de cabelo C N O e Ti foram observados aleacutem dos outros elementos mais pesados e

atraveacutes do caacutelculo da seccedilatildeo de choque de espalhamento Rutherford foi obtida uma anaacutelise

quantitativa relativa

Palavras Chave elementos traccedilo amostras de cabelo XRF RBS

ABSTRACT

Human hair consists basically of three layers the cuticle (outer part) the cortex (middle part)

and the medulla (inner part) Alpha-keratin is a spiral shape protein that supports the hair It is

immersed in the cortex and is composed mainly by a sulfur-containing amino acid cysteine

Histological sections demonstrated high activity of heavy metals in the alpha-keratin

Although the ash content of hair is less than 1 indicating low amount of minerals the

presence of a particular element in hair indicates the absorption andor exposure to this

element Thus it is possible to diagnose for example nutritional deficiencies or high levels of

elements that may cause damage to health Faced with the analysis of other biological samples

such as urine and blood hair has the advantage of easy sampling without trauma to the

individual easy transport and storage besides the chemical and structural stability of this

sample In the present work we compare the metal content in hair samples from two sets of

people who live at the outskirts of the Rio de Janeiro city While the first group drinks plain

well water the second group includes people who drink the water distributed by the Rio de

Janeiro State Company CEDAE Two techniques have been used X-Ray Fluorescence

(XRF) and Rutherford Backscattering Spectrometry (RBS) Virgin hair samples of healthy

people and non-smokers were collected washed and stored according to the guidelines of the

International Atomic Energy Agency (IAEA) The XRF measurements were made at the

Federal University of Rio de Janeiro (X-Ray Fluorescence Spectrometer S8 TIGER ndash

BRUKER) in the energy range of 05 to 56 keV using the Best Detection Method The RBS

data were collected at the Federal University of Rio Grande do Sul (Tandetron - 3 MV HVEE

ion accelerator using 2000 keV He+ incident ions and detection at 165deg) XRF measurements

evidence the presence of Al Si P S Cl Ca Mn Fe Cu and Zn in hair samples from both

groups The presence of the non-essential element Pb was only observed in hair samples from

people who drink well water In addition using the RBS technique in a hair sample C N O

and Ti were observed and through the calculation of Rutherford scattering cross sections a

relative quantitative analysis was obtained

Keywords trace elements hair samples XRF RBS

SUMAacuteRIO

LISTA DE FIGURAS xi

LISTA DE TABELASxiii

LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS xiv

10 INTRODUCcedilAtildeO16

20 OBJETIVOS17

30 REVISAtildeO BIBLIOGRAacuteFICA E FUNDAMENTOS TEOacuteRICOS17

31 O Cabelo17

32 Elementos Essenciais e Natildeo Essenciais e a Sauacutede Humana21

33 Abastecimento de Aacutegua na Regiatildeo de Amostragem 24

34 Fluorescecircncia de Raios X - Teoria26

35 Fluorescecircncia de Raios X - Instrumentaccedilatildeo29

36 Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford - Teoria34

37 Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford - Instrumentaccedilatildeo38

40 METODOLOGIA40

41 Amostragem40

42 Lavagem das Amostras de Cabelo41

43 Paracircmetros Instrumentais43

50 RESULTADOS E DISCUSSOtildeES45

51 Anaacutelise por XRF45

52 Anaacutelise por RBS49

60 CONCLUSOtildeES51

70 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS52

80 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS53

ANEXO I MODELO DO QUESTIONAacuteRIO PREENCHIDO ANTES DA COLETA DAS

AMOSTRAS DE CABELO57

ANEXO II INFORMACcedilOtildeES ADICIONAIS SOBRE OS DOADORES E AS AMOSTRAS

DE CABELO COLETADAS59

ANEXO III ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE

INGEREM AacuteGUA DE POCcedilO (AMPLIACcedilAtildeO DA REGIAtildeO DE INTERESSE)61

ANEXO IV ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE

INGEREM AacuteGUA DISTRIBUIacuteDA PELA CEDAE (AMPLIACcedilAtildeO DA REGIAtildeO DE

INTERESSE)66

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 Desenho esquemaacutetico de um fio de cabelo18

Figura 2 Esquema das fases de crescimento do cabelo19

Figura 3 Estrutura secundaacuteria (α-heacutelice) da α-queratina19

Figura 4 Estrutura da Cisteiacutena e da Cistina21

Figura 5 Reservatoacuterio Paraibuna localizado na Bacia do Rio Paraiacuteba do Sul25

Figura 6 Poccedilo subterracircneo em Duque de Caxias26

Figura 7 Esquema do princiacutepio da Fluorescecircncia de Raios X27

Figura 8 Efeito Auger28

Figura 9 Espalhamento Compton e Rayleigh29

Figura 10 Instrumentaccedilatildeo do Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X por Dispersatildeo de

Comprimento de Onda - S8 TIGER - BRUKER29

Figura 11 Espalhamento elaacutestico em acircngulo de retroespalhamento de um iacuteon de massa M1

por um aacutetomo de massa M2 com M2gtM134

Figura 12 Esquema de um espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford de

um filme fino AB sobre um substrato C ainda mais leve36

Figura 13 Esquema dos componentes presentes na instrumentaccedilatildeo utilizada em anaacutelises por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford38

Figura 14 Mapa com os pontos de coleta de amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua

de poccedilo em destaque a localizaccedilatildeo das residecircncias com os poccedilos40

Figura 15 Coleta de amostra de cabelo na regiatildeo occipital da cabeccedila41

Figura 16 Lavagem das amostras de cabelo42

Figura 17 Amostra de cabelo em porta-amostra do equipamento de Fluorescecircncia de Raios

X42

Figura 18 Amostra de cabelo no porta-amostra do equipamento de Espectrometria de

Retroespalhamento Rutherford43

Figura 19 Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X - S8 TIGER - BRUKER44

Figura 20 Acelerador de iacuteons Tandetron - HVEE 3 MV onde foi feita a anaacutelise por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford44

Figura 21 Espectro de Fluorescecircncia de Raios X completo da amostra 245

Figura 22 Espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da amostra 2

(grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)50

Figura 23 Ampliaccedilatildeo I do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)50

Figura 24 Ampliaccedilatildeo II do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)51

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 Composiccedilatildeo de aminoaacutecidos no cabelo20

Tabela 2 Elementos traccedilo essenciais e algumas de suas funccedilotildees bioloacutegicas22

Tabela 3 Elementos traccedilo natildeo essenciais e suas toxicidades24

Tabela 4 Energia em keV das principais linhas de emissatildeo de raios x dos elementos

analisados46

Tabela 5 Concentraccedilatildeo dos elementos nas amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua

de poccedilo47

Tabela 6 Concentraccedilatildeo dos elementos nas amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua

distribuiacuteda pela CEDAE48

LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS

AAS - Atomic Absorption Spectroscopy (Espectroscopia de Absorccedilatildeo Atocircmica)

CEDAE - Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos do Rio de Janeiro

CONAMA - Conselho Nacional do Meio Ambiente

ERD - Elastic Recoil Detection (Anaacutelise por Detecccedilatildeo de Recuo Elaacutestico)

IAEA - International Atomic Energy Agency (Agecircncia Internacional de Energia Atocircmica)

IBGE - Instituto Brasileiro de Geografia e Estatiacutestica

ICP-AES - Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry (Espectrometria de

Emissatildeo Atocircmica com Plasma Indutivamente Acoplado)

ICP-MS - Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (Espectrometria de Massa com

Plasma Indutivamente Acoplado)

ICP-OES - Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometry (Espectrometria de

Emissatildeo Oacuteptica com Plasma Acoplado Indutivamente)

LIFE - Laboratoacuterio de Impacto de Foacutetons e Eleacutetrons

NAA - Neutron Activation Analysis (Anaacutelise por Ativaccedilatildeo de Necircutrons)

PET ndash Pentaeritriato

PHA - Pulse Height Analyzer (Analisador de Altura de Pulso)

PIXE - Proton Induced X-Ray Emission (Emissatildeo de Raios X Induzidos por Proacutetons)

RBS - Rutherford Backscattering Spectrometry (Espectrometria de Retroespalhamento

Rutherford)

UFRGS - Universidade Federal do Rio Grande do Sul

UFRJ - Universidade Federal do Rio de Janeiro

WDXRF - Wavelength Dispersive X-ray Fluorescence (Fluorescecircncia de Raios X por

Dispersatildeo de Comprimento de Onda)

XRF - X-Ray Fluorescence (Fluorescecircncia de Raios X)

16

10 INTRODUCcedilAtildeO

A determinaccedilatildeo de elementos traccedilo em cabelo tem sido assunto de estudo em

diversas aacutereas da ciecircncia dentre elas o monitoramento de exposiccedilatildeo ambiental e ocupacional

avaliaccedilatildeo da intoxicaccedilatildeo por metais toacutexicos avaliaccedilatildeo do estado nutricional diagnoacutestico e

prevenccedilatildeo de doenccedilas e nas ciecircncias forenses Isto se deve ao fato do cabelo ser considerado

um ldquodosiacutemetro bioloacutegicordquo que reflete a exposiccedilatildeo e absorccedilatildeo do indiviacuteduo a determinado

elemento ou seja a concentraccedilatildeo dos elementos traccedilo no cabelo indica a concentraccedilatildeo dos

mesmos no organismo [1-5]

Frente agrave anaacutelise de outros materiais bioloacutegicos como urina e sangue o cabelo tem a

vantagem da facilidade de amostragem (sem dor ou trauma para o indiviacuteduo) facilidade de

armazenamento transporte e manuseio possibilidade de obtenccedilatildeo de um registro histoacuterico de

exposiccedilatildeo aos elementos em questatildeo aleacutem da estabilidade estrutural da amostra permitindo o

diagnoacutestico por um periacuteodo maior de tempo (meses a anos) [1-46]

Haacute muita controveacutersia na literatura quanto aos dados disponiacuteveis em relaccedilatildeo agrave anaacutelise

elementar em cabelos no tocante agrave falta de um procedimento padratildeo de anaacutelise com uma

etapa de lavagem que seja completamente eficiente em eliminar a contaminaccedilatildeo exoacutegena (ar

aacutegua cosmeacuteticos entre outros) da contaminaccedilatildeo endoacutegena (incorporado ao fio do cabelo

durante a primeira fase de crescimento) [1-3]

Nas uacuteltimas deacutecadas vaacuterios estudos relacionados agrave determinaccedilatildeo elementar de

cabelos com foco em quiacutemica ambiental e ciecircncia meacutedica foram realizados Dentre as teacutecnicas

mais utilizadas encontram-se Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry

(ICP-AES) [13] Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (ICP-MS) [1378]

Neutron Activation Analysis (NAA) [15] Atomic Absorption Spectroscopy (AAS) [15] X-

Ray Fluorescence (XRF) [59-11] e Proton Induced X-Ray Emission (PIXE) [612]

Encontramos na literatura apenas um relato anterior sobre a anaacutelise por RBS de amostras de

cabelo em que a RBS foi utilizada para determinar os principais componentes de cabelo (C

N O e S) Os mesmos autores tambeacutem utilizaram PIXE para determinar elementos em

concentraccedilatildeo mais baixa e Elastic Recoil Detection (ERD) para determinar Hidrogecircnio [6]

Em trabalho de Iniciaccedilatildeo Cientiacutefica feito por mim com orientaccedilatildeo da Prof Dr Lola

Maria Braga Gomes do Departamento de Quiacutemica Analiacutetica-UFRJ em 2012 foram realizadas

anaacutelises da qualidade da aacutegua de 6 poccedilos subterracircneos na localidade Chaacutecaras Arcampo na

cidade de Duque de Caxias-RJ Foram determinados por ICP-OES os seguintes elementos

Cr Mn Fe Ni Cu Zn Ar Cd e Pb Constatou-se a presenccedila de chumbo em valores ateacute 55

vezes acima do permitido pelos Padrotildees de Qualidade de Aacutegua Subterracircnea do CONAMA

[13]

O presente trabalho foi realizado com a intenccedilatildeo de verificar quais elementos

estariam presentes nas amostras de cabelo das pessoas daquela localidade e que ingerem esse

tipo de aacutegua Dentro do nosso conhecimento esta eacute a primeira vez em que XRF e RBS satildeo

conjuntamente aplicados para a determinaccedilatildeo de elementos traccedilo presentes em amostras de

cabelo

Considera-se este trabalho relevante tanto para servir como fonte de dados quanto

para o seu possiacutevel uso no acircmbito social principalmente no que diz respeito ao abastecimento

de aacutegua e a sauacutede de parte da populaccedilatildeo que consome diariamente uma aacutegua sem tratamento

20 OBJETIVO

O presente trabalho tem como objetivo utilizar as teacutecnicas de Fluorescecircncia de

Raios X (XRF) e Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford (RBS) para determinar e

comparar elementos presentes em amostras de cabelo de dois grupos de pessoas que vivem na

Regiatildeo Metropolitana do Rio de Janeiro No primeiro grupo estatildeo pessoas que ingerem aacutegua

de poccedilo enquanto no segundo grupo estatildeo pessoas que ingerem aacutegua tratada e distribuiacuteda pela

Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos (CEDAE) do Rio de Janeiro

30 REVISAtildeO BIBLIOGRAacuteFICA E FUNDAMENTOS TEOacuteRICOS

31 O Cabelo

O cabelo possui uma funccedilatildeo esteacutetica com papel importante nos atributos da beleza

mas tem como principal funccedilatildeo a proteccedilatildeo da cabeccedila dos raios solares Esse processo eacute

realizado atraveacutes de receptores nervosos que agem como sensores teacutermicos capazes de

aumentar a proteccedilatildeo quando necessaacuterio [1214]

A composiccedilatildeo do cabelo eacute de aproximadamente 80 de proteiacutenas 15 de aacutegua e

aproximadamente 5 de lipiacutedios e constituintes inorgacircnicos O cabelo eacute basicamente

constituiacutedo por trecircs camadas cutiacutecula (camada externa) coacutertex (parte intermediaacuteria) e medula

(parte mais interna) (Fig 1) A cutiacutecula eacute formada por vaacuterias subcamadas separadas por um

complexo de ceacutelulas alongadas e justapostas que envolvem o coacutertex O coacutertex eacute o principal

constituinte do cabelo formado por um conjunto de ceacutelulas ciliacutendricas denominadas matriz e

perfeitamente ligadas umas as outras Na matriz encontram-se a α-queratina e outras

proteiacutenas A medula apresenta-se em pequena quantidade e pode estar ausente em alguns tipos

de cabelo Eacute composta por ceacutelulas anucleadas contendo lipiacutedeos e granulaccedilotildees pigmentadas

[1214]

Figura 1 Desenho esquemaacutetico de um fio de cabelo

Fonte http ltwwwartistasdocabelocombrgt Acesso em 30072015

O fio de cabelo desenvolve-se a partir de cavidades denominadas foliacuteculos pilosos

localizados de 3 a 5 mm abaixo da superfiacutecie da pele A taxa de crescimento meacutedio do fio eacute de

cerca de 1 cm por mecircs e cada fio pode ter de 15 a 120 microm de diacircmetro dependendo do tipo de

cabelo O ciclo de crescimento do cabelo eacute dividido em trecircs estaacutegios (Fig2)

Anaacutegeno ocorre o crescimento ativo do cabelo com irrigaccedilatildeo sanguiacutenea atraveacutes dos

foliacuteculos capilares na regiatildeo da papila Pode durar ateacute 7 anos Em um adulto cerca de

90 dos fios encontram-se neste estaacutegio

Cataacutegeno ocorre uma transiccedilatildeo entre o crescimento do fio e seu teacutermino dura apenas

algumas semanas O cabelo para de receber irrigaccedilatildeo sanguiacutenea para de crescer e a

parte mais profunda do foliacuteculo piloso fica mais proacutexima da superfiacutecie da pele

Teloacutegeno ocorre a queda do fio iniciando o crescimento de outro fio atraveacutes de um

foliacuteculo novo que surge no mesmo local [1214]

Figura 2 Esquema das fases de crescimento do cabelo

Fonte httpltwwwtratamentocalviciecombrartigo_02phpgt Acesso em 30072015

A α-queratina eacute uma proteiacutena que apresenta uma estrutura secundaacuteria (α-heacutelice) em

um arranjo helicoidal estabilizado por pontes de hidrogecircnio (Figura 3) e eacute responsaacutevel por dar

sustentaccedilatildeo ao cabelo Ela fica imersa na matriz e eacute composta por uma sequecircncia de

aminoaacutecidos (Tabela 1) sendo a cisteiacutena o principal desses

Figura 3 Estrutura secundaacuteria (α-heacutelice) da α-queratina

Fonte httpltwwwslideplayercombrgt Acesso em 27092015

Tabela 1 Composiccedilatildeo de aminoaacutecidos no cabelo normal Fonte [15]

Ligaccedilotildees quiacutemicas cruzadas entre as cadeias polimeacutericas de α-queratina formam

pontes dissulfeto (-S-S-) que datildeo origem aos resiacuteduos de cistina (Fig4) Como estatildeo em

grande quantidade na composiccedilatildeo do cabelo formam uma rede de alta resistecircncia e datildeo o

formato ao fio A reduccedilatildeo dessas ligaccedilotildees causa mudanccedilas nas propriedades mecacircnicas do fio

Cortes histoloacutegicos evidenciaram elevada atividade de metais pesados na α-queratina [114]

Aminoaacutecido Quantidade Residual ()

Aacutecido Aspaacutertico 49

Aacutecido Glutacircmico 114

Alanina 46

Arginina 58

Cisteiacutena 178

Fenilalanina 16

Glicina 64

Histidina 09

Isoleucina 26

Leucina 58

Lisina 27

Metionina 06

Prolina 84

Serina 117

Tirosina 2

Treonina 68

Valina 58

Figura 4 Estrutura da Cisteiacutena e da Cistina Reaccedilatildeo de oxi-reduccedilatildeo formando a ponte

dissulfeto Adaptado de httpltbiocienciascpoblogspotcombr201211resumo-

proteinashtmlgt

A incorporaccedilatildeo de elementos ao cabelo pode ocorrer por dois meios exoacutegeno e

endoacutegeno A incorporaccedilatildeo endoacutegena ocorre no primeiro estaacutegio de crescimento do fio onde o

foliacuteculo capilar encontra-se em contato com as glacircndulas secretoras e vasos sanguiacuteneos

Assim os elementos quiacutemicos que circulam no organismo atraveacutes dos fluidos podem

incorporar-se ao cabelo Estima-se que o periacuteodo entre a absorccedilatildeo pelo indiviacuteduo e a

incorporaccedilatildeo de elementos no cabelo seja de 30 dias Um modelo mais simples sugere que a

incorporaccedilatildeo endoacutegena ocorra de forma passiva isto eacute por difusatildeo [1] Os metais ligam-se

aos aminoaacutecidos atraveacutes de seus grupos funcionais como sulfidrila (-SH) amina (-NH2)

hidroxila (-OH) e carboxila (-COOH) nos quais a forccedila destas ligaccedilotildees dependeraacute da

estrutura eletrocircnica externa do metal [14]

Na incorporaccedilatildeo exoacutegena os elementos quiacutemicos satildeo levados ao cabelo por fatores

externos como aacutegua poeira fumaccedila cosmeacuteticos entre outros Os elementos podem ligar-se agrave

cutiacutecula do fio capilar principalmente se as cutiacuteculas estiverem danificadas [14]

32 Elementos Essenciais e Natildeo Essenciais e a Sauacutede Humana

Os elementos traccedilos podem ser divididos em essenciais e natildeo essenciais de acordo

com a importacircncia nutricional e a influecircncia no organismo dos seres vivos Os elementos

traccedilo essenciais satildeo considerados beneacuteficos e indispensaacuteveis para os seres vivos dentro de

uma faixa especiacutefica de concentraccedilatildeo Na Tabela 2 estatildeo listados os elementos traccedilo

essenciais e suas respectivas funccedilotildees bioloacutegicas [214]

Tabela 2 Elementos traccedilo essenciais e algumas de suas funccedilotildees bioloacutegicas

Adaptado de [14 16]

B Previne a osteoporose em mulheres na fase poacutes-menopausa

CaImportante na coagulaccedilatildeo sanguinea na contraccedilatildeo muscular transmissatildeo nervosa e

formaccedilatildeo de ossos e dentes

Cl Presente no suco gaacutestrico manteacutem o equilibrio hidrico e de eletroacutelitos

Co Constituinte da vitamina B12

Cr Importante no metabolismo da glicose

Cu Cofator em enzimas redox e no transporte de O2

F Prevenccedilatildeo das patologias bucodentaacuteria e oacutessea atua tambeacutem nos tecidos celulares

Fe Cofator em muitas enzimas e proteiacutenas heme

IPresente na estrutura de dois fatores hormonais da glacircndula tireoacuteide (tiroxina e

triiodotiroxina)

KImportante na regulaccedilatildeo da atividade neuromuscular crescimento celular e equiliacutebrio

osmoacutetico

MgRegula diversas reaccedilotildees enzimaacuteticas e age sobre as trocas iocircnicas da membrana

celular

MnCofator em muitas enzimas auxilia na reduccedilatildeo de accedilucar no sangue e a regular o

funcionamento do sistema reprodutivo

Elementos Essenciais e suas Funccedilotildees Bioloacutegicas

Os elementos traccedilo natildeo essenciais satildeo aqueles que natildeo apresentam nenhuma funccedilatildeo

no metabolismo das espeacutecies animais e vegetais e quando estatildeo em alta concentraccedilatildeo podem

provocar efeitos negativos ao organismo dos seres vivos Na Tabela 3 estatildeo listados alguns

elementos traccedilo natildeo essenciais e suas toxicidades [214]

Mo Cofator em enzimas que metabolizam os aminoaacutecidos metionina e cistina

NaAtua no controle osmoacutetico volume plasmaacutetico transmissatildeo de impulsos nervosos e

controle da contraccedilatildeo muscular

Ni A essencialidade eacute provaacutevel mas ainda natildeo estaacute estabelecida

PAtua na formaccedilatildeo dos ossos e dentes participa da estrutura das membranas

celulares e do processo de absorccedilatildeo renal da glicose

SParticipa da construccedilatildeo das proteiacutenas e no metabolismo energeacutetico faz parte de

algumas vitaminas (tiamina e biotina)

SeParticipaccedilatildeo na siacutentese de hormocircnios tireoideanos na accedilatildeo antioxidante e eacute cofator

em enzimas

Si Atua na estrutura da derme promovendo sua elasticidade

Sn A essencialidade eacute provaacutevel mas ainda natildeo estaacute estabelecida

V A essencialidade eacute provaacutevel mas ainda natildeo estaacute estabelecida

ZnCofator em algumas enzimas e na insulina tambeacutem exerce influecircncia no metabolismo

dos aacutecidos nucleiacutecos

Tabela 3 Elementos traccedilo natildeo essenciais e suas toxicidades Adaptado de [14]

Os termos macrominerais e microminerais (ou elementos-traccedilo) tambeacutem satildeo muito

utilizados no meio cientiacutefico principalmente na aacuterea de nutriccedilatildeo Os macrominerais satildeo

aqueles elementos encontrados em altas concentraccedilotildees nas amostras geralmente acima de

1 ou cuja necessidade diaacuteria no organismo seja maior que 100 mg No cabelo satildeo

considerados macrominerais por exemplo Ca P S Mg Na K e Cl Jaacute os microminerais satildeo

aqueles encontrados em baixas concentraccedilotildees na amostra (ppm ou ppb) ou cuja necessidade

no organismo seja inferior a 100 mg por dia No cabelo podem ser citados os seguintes

microminerais Fe Zn Cu Mn I Cr Se F Co Ni Si e Mo [114]

33 Abastecimento de Aacutegua na Regiatildeo de Amostragem

No Estado do Rio de Janeiro a captaccedilatildeo tratamento aduccedilatildeo e distribuiccedilatildeo das redes

de aacutegua ficam a cargo da CEDAE ndash Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos No presente

momento a CEDAE abastece cerca de 9 milhotildees de pessoas em 64 dos 92 municiacutepios do

Estado sendo Duque de Caxias um desses [17]

O abastecimento de aacutegua pela CEDAE na cidade de Duque de Caxias nunca ocorreu

de forma contiacutenua e natildeo haacute garantia da manutenccedilatildeo da qualidade da aacutegua ateacute a chegada ao

Al

Causa ao organismo anemia enfraquecimento dos ossos e muacutesculos

dificuldade no metabolismo do caacutelcio alteraccedilotildees hepatoloacutegicas e

renais dores de cabeccedila e nervosismo

AsInterrompe a expressatildeo de diversos genes em especial aqueles que

participam das vias de transduccedilatildeo de sinal

CdOcasiona perda de peso hemorragia danos ao sistema respiratoacuterio

hepatoloacutegico e renal

PbGera alteraccedilotildees cardiovasculares gastrointestinais hematoloacutegicas

renais neuroloacutegicas e imunoloacutegicas

Elementos Natildeo Essenciais e suas Toxicidades

consumidor Segundo dados do CENSO-2010 dos 269353 domiciacutelios estabelecidos no

municiacutepio de Duque de Caxias apenas 63 alegaram receber aacutegua de redes de distribuiccedilatildeo

[18] Diante do cenaacuterio atual em que o Sudeste vive a maior crise hiacutedrica dos uacuteltimos cem

anos devido agrave escassez de chuvas os reservatoacuterios que abastecem o estado do Rio de Janeiro

encontram-se em niacuteveis muito baixos e alguns deles chegaram ao volume morto (reserva

teacutecnica) Com isso o abastecimento de aacutegua para a populaccedilatildeo estaacute a cada dia mais escasso

Na Figura 5 apresenta-se uma foto da situaccedilatildeo do maior reservatoacuterio da Bacia do Rio Paraiacuteba

do Sul (em fevereiro deste ano) Este reservatoacuterio alimenta a Estaccedilatildeo de Tratamento de Aacutegua

do Guandu que por sua vez eacute responsaacutevel pelo abastecimento de toda a Regiatildeo Metropolitana

do Rio de Janeiro [19]

Figura 5 Reservatoacuterio Paraibuna localizado na Bacia do Rio Paraiacuteba do Sul apoacutes estiagem dos uacuteltimos anos

Na foto o reservatoacuterio estaacute com -056 da capacidade (volume morto) 03022015 Fonte http

ltogloboglobocomrionivel-de-reservatorios-do-rio-paraiba-do-sul-apresentam-leve-melhora-apos-chuvas-

fortes-15229418gt Acesso em 30072015

Devido aos fatores mencionados aliados agrave facilidade de manutenccedilatildeo e ao baixo custo

de perfuraccedilatildeo a utilizaccedilatildeo de aacutegua de poccedilo subterracircneo (Figura 6) eacute cada vez mais requisitada

para suprir as carecircncias de abastecimento No Brasil o aquiacutefero subterracircneo abastece cerca de

19 do total dos domiciacutelios particulares enquanto que no municiacutepio de Duque de Caxias este

percentual atinge os 35 segundo o CENSO-2010 [18]

Figura 6 Poccedilo subterracircneo em Duque de Caxias

34 Fluorescecircncia de Raios X - Teoria

A Espectroscopia de Fluorescecircncia de Raios X eacute uma teacutecnica natildeo destrutiva que

permite a identificaccedilatildeo simultacircnea (qualitativa e quantitativa) de elementos presentes em uma

amostra A teacutecnica baseia-se no fato dos elementos quiacutemicos emitirem radiaccedilotildees

caracteriacutesticas quando submetidos a uma excitaccedilatildeo adequada [20-23]

As amostras satildeo irradiadas com foacutetons (feixe de raios x) gerados por uma fonte Esse

feixe de raios x primaacuterio possui energia suficiente para ejetar eleacutetrons de camadas internas do

aacutetomo (camadas com maior energia de ligaccedilatildeo) transferindo energia para este eleacutetron que eacute

ejetado como fotoeleacutetron O aacutetomo fica instaacutevel (excitado) com uma vacacircncia na camada

interna Com o intuito de diminuir a energia do sistema eleacutetrons de outras camadas

preenchem essa lacuna A diferenccedila de energia entre os niacuteveis da transiccedilatildeo eletrocircnica eacute

liberada atraveacutes da emissatildeo de um foacuteton de raios x (fluorescecircncia ou raio x secundaacuterio) que

tem energia caracteriacutestica para cada elemento como ilustrado na Figura 7 A energia do raio x

caracteriacutestico eacute fornecida pela Equaccedilatildeo 1 [20-23]

Ex = Eni - Enf (Eq1)

Onde

Ex = energia do raio x caracteriacutestico emitido

Eni Enf = energia dos estados eletrocircnicos inicial e final respectivamente

Figura 7 Esquema do princiacutepio da Fluorescecircncia de Raios X

Fonteltwwwshimadzucombrgt Acesso em 30072015

A radiaccedilatildeo caracteriacutestica eacute nomeada de acordo com o niacutevel de onde se apresenta a

vacacircncia (K L M) e de qual niacutevel (α β) e subniacutevel (1 2) proveacutem o eleacutetron que iraacute

ocupar essa lacuna Por exemplo a vacacircncia originada na camada K pode ser preenchida por

eleacutetrons de dois subniacuteveis da camada L o que origina as linhas espectrais Kα1 e Kα2 Se a

vacacircncia da camada K fosse ocupada por um eleacutetron da M teria-se o Kβ e assim por diante

[23]

Com isso os elementos em uma amostra podem ser identificados atraveacutes da medida

do comprimento de onda (ou energia) dessas radiaccedilotildees caracteriacutesticas e as concentraccedilotildees

mensuradas pela intensidade dessas radiaccedilotildees [2123]

Quando um feixe de raios x incide sobre um determinado material diversas formas

de interaccedilatildeo entre a radiaccedilatildeo e a mateacuteria podem ocorrer tais como o Efeito Auger e os

espalhamentos Rayleigh e Compton [20-23]

O processo de relaxaccedilatildeo natildeo-radiativa ou Efeito Auger ocorre quando o aacutetomo

excitado emite um eleacutetron (eleacutetron Auger) ao inveacutes do processo de fluorescecircncia (Figura 8)

Esses dois processos de relaxaccedilatildeo do sistema satildeo concorrentes e a predominacircncia de um ou de

outro depende do numero atocircmico O Efeito Auger prevalece em elementos com baixo

nuacutemero atocircmico (Zlt20) [21]

Figura 8 Efeito Auger [20]

O fenocircmeno de espalhamento de raios x eacute importante em espectroscopia pois eacute

responsaacutevel pela intensidade da radiaccedilatildeo de fundo (background) presente em uma

determinada medida Ele eacute a soma dos efeitos de dois fenocircmenos o espalhamento coerente

elaacutestico ou Rayleigh no qual os raios x primaacuterios satildeo defletidos sem perda de energia isto eacute

sem alteraccedilatildeo no comprimento de onda (λ) e o espalhamento incoerente inelaacutestico ou

Compton no qual foacutetons de raios x primaacuterio satildeo defletidos com perda de energia e com

ejeccedilatildeo de um fotoeleacutetron (Figura 9) [21]

Figura 9 Espalhamento Compton e Rayleigh [21]

35 Fluorescecircncia de Raios X - Instrumentaccedilatildeo

Na Figura 10 pode ser observado um esquema com os principais componentes do

espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X por Dispersatildeo de Comprimento de Onda

(WDXRF - Wavelength Dispersive X-ray Fluorescence) utilizado neste trabalho Suas

funccedilotildees seratildeo descritas em seguida [23]

Figura 10 Instrumentaccedilatildeo do Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X por Dispersatildeo de

Comprimento de Onda - S8 TIGER - BRUKER [23]

Tubo de Raios X

A radiaccedilatildeo incidente eacute produzida em um tubo de raios x consistindo em uma ampola

de vidro ou de metal sob alto vaacutecuo com um filamento de tungstecircnio em uma extremidade

denominado caacutetodo e um alvo de metal na outra extremidade denominado acircnodo

O filamento eacute aquecido por uma corrente eleacutetrica e emite eleacutetrons (emissatildeo

termiocircnica) Os eleacutetrons satildeo acelerados rumo a um acircnodo (alvo) empregando-se uma

diferenccedila de potencial (10-70 kV) Raios x primaacuterios satildeo produzidos quando esses eleacutetrons

com alta velocidade colidem com o material alvo Com o impacto a maior parte da energia

cineacutetica dos eleacutetrons eacute convertida em calor exigindo que o acircnodo seja resfriado de forma

eficiente Apenas uma pequena parte (02-05 dependendo do tipo do alvo) da energia

eletrocircnica eacute convertida em raios x uacuteteis

Essa radiaccedilatildeo consiste em um Contiacutenuo ou Bremsstrahlung e linhas de raios x

caracteriacutesticas do material alvo (aleacutem de linhas caracteriacutesticas de quaisquer contaminantes

presentes) Assim o espectro primaacuterio de um tubo de raios x convencional consiste em linhas

caracteriacutesticas do material do acircnodo (por exemplo Rh) superpostas a um contiacutenuo de

radiaccedilatildeo

Os tubos de raios x satildeo geralmente isolados atraveacutes de uma janela de beriacutelio pois

esse elemento apresenta baixa absorccedilatildeo de raios x e alta resistecircncia mecacircnica para suportar as

diferenccedilas de pressatildeo

Filtros do Feixe Primaacuterio

O espectro primaacuterio pode natildeo conter apenas as linhas do elemento-alvo mas tambeacutem

as linhas de impurezas como Fe Cr ou Cu presentes em vaacuterias partes do tubo Desta forma o

niacutevel de fundo (background) na posiccedilatildeo desses elementos no espectro pode ser elevado

Filtros de feixe primaacuterio satildeo utilizados para filtrar as linhas caracteriacutesticas do tubo se

o mesmo elemento estiver presente na amostra ou se houver sobreposiccedilatildeo por uma linha do

tubo em linhas de elementos da amostra No equipamento em que foram feitas as anaacutelises satildeo

utilizados (automaticamente) os filtros de Cu de 200 microm de espessura e o de Al de 500 microm de

espessura

Maacutescara

Delimita a aacuterea da amostra que seraacute irradiada

Selo de vaacutecuo (Vacuum seal )

Protege o sistema de detecccedilatildeo dos foacutetons de raios x de qualquer vazamento de

amostra

Goniocircmetro

Em equipamentos de dispersatildeo sequencial empregam-se uma ldquogeometria do feixe

paralelordquo ou uma ldquogeometria de cristal planardquo permitindo que os acircngulos do cristal e do

detector sejam selecionados por um aparelho chamado goniocircmetro

O goniocircmetro eacute uma estrutura de rotaccedilatildeo que permite que o cristal e o detector

possuam um movimento angular acoplado θ a 2θ entre eles

Colimador

Colima o feixe divergente de raios x emitido pela amostra Satildeo normalmente feitos

de uma seacuterie de lacircminas paralelas O comprimento e o espaccedilamento entre as lacircminas

determinam a divergecircncia angular admitida pelo colimador Essa divergecircncia angular

juntamente com o cristal determina a resoluccedilatildeo final do espectro

Pode-se melhorar a resoluccedilatildeo fechando o colimador para minimizar a divergecircncia

Poreacutem com isso a intensidade tambeacutem diminui Assim torna-se necessaacuterio um equiliacutebrio

entre a resoluccedilatildeo final (necessaacuteria para evitar sobreposiccedilotildees espectrais importantes) e a

sensibilidade (relacionada com a intensidade)

Cristal

Separa os vaacuterios comprimentos de onda emitidos pela amostra A lei de Bragg

(equaccedilatildeo 2) propotildee que se um plano cristalino tiver um espaccedilamento interplanar (d) refletindo

um comprimento de raios x (λ) essa onda difere em caminho percorrido por uma distacircncia

(2dsenθ) da onda refletida pelo plano adjacente Quando esse caminho percorrido difere por

um nuacutemero inteiro de comprimento de onda tem-se uma interferecircncia construtiva e os raios x

refletidos satildeo reforccedilados Caso contraacuterio tem-se uma interferecircncia destrutiva e os raios x

refletidos se anulam A equaccedilatildeo de Bragg (2)

119899120582 = 2119889119904119890119899120579 (Eq 2)

Onde

n = nuacutemero inteiro (1 2 3) chamado Ordem de Difraccedilatildeo

d = espaccedilamento interplanos no cristal utilizado

θ = acircngulo de Bragg ou acircngulo de difraccedilatildeo

λ = comprimento de onda da linha espectral

Dessa forma para um dado plano cristalino e uma dada ordem de difraccedilatildeo cada

comprimento de onda no espectro de XRF incidente eacute difratado em um uacutenico acircngulo O

comprimento de onda maacuteximo que o proacuteprio plano cristalino pode difratar eacute 2d (quando senθ

assume o valor maacuteximo de 1) Portanto eacute necessaacuterio um cristal ou um plano cristalino com

diferentes valores de 2d para cobrir diferentes intervalos de comprimento de onda em toda a

tabela perioacutedica No espectrocircmetro utilizado neste trabalho foram usados os seguintes cristais

XS-55 (multicamada de WSi) do C ateacute o Mg PET (Pentaeritriato) do Al ateacute o Ti e LiF 200

do K ateacute o U

Detector

Converte os foacutetons de raios x em pulsos de tensatildeo mensuraacuteveis Satildeo utilizados dois

detectores para cobrir todos os elementos do Be ao U Detector de fluxo proporcional

(preenchido com Ar) para elementos do Be ao Cr e o detector de cintilaccedilatildeo de NaI(Tl) para

elementos do Mn ao U

Detectores de fluxo proporcional

Satildeo detectores de radiaccedilatildeo que operam a partir da ionizaccedilatildeo de gases Satildeo

constituiacutedos por um conjunto de eletrodos e um gaacutes Quando o gaacutes eacute colocado entre dois

eletrodos aos quais eacute aplicada certa diferenccedila de potencial os caacutetions e eleacutetrons produzidos

pela passagem de radiaccedilatildeo seratildeo atraiacutedos pelos eletrodos de carga oposta e por eles seratildeo

coletados Na regiatildeo de verdadeira proporcionalidade (Equaccedilatildeo 3) a razatildeo entre a carga

coletada pelos eletrodos e a carga gerada pela ionizaccedilatildeo primaacuteria manteacutem-se constante para as

diferenccedilas de potencial (∆V) aplicadas e com um capacitor de capacitacircncia (C)

Quando a radiaccedilatildeo atravessa esse tipo de detector e produz pares iocircnicos (formados

por eleacutetrons e caacutetions do gaacutes) esses caacutetions (ionizaccedilatildeo primaacuteria) satildeo acelerados adquirindo

energia suficiente para produzir novos pares iocircnicos (ionizaccedilatildeo secundaacuteria) por colisatildeo com

moleacuteculas inicialmente neutras do gaacutes Assim haacute uma multiplicaccedilatildeo do nuacutemero de pares

original A carga coletada eacute igual agrave carga produzida pela radiaccedilatildeo (Q) multiplicada por um

fator (M) denominado ldquoganhordquo

∆119881 = (119872119876)

119862 (Eq 3)

Portanto o sinal produzido tem altura proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo incidente

Detectores de cintilaccedilatildeo

O cintilador eacute uma substacircncia soacutelida ou liacutequida na qual a energia de radiaccedilatildeo

incidente eacute transferida aos eleacutetrons do material sendo depois emitida na forma de radiaccedilatildeo

eletromagneacutetica de frequecircncia menor (visiacutevel ou ultravioleta)

O detector de cintilaccedilatildeo utilizado eacute constituiacutedo por um cristal de NaI(Tl) (iodeto de

soacutedio ativado com 1 de iodeto de taacutelio) no qual ocorre a emissatildeo de radiaccedilatildeo de frequecircncia

menor aleacutem de um fotomultiplicador onde essa radiaccedilatildeo luminosa eacute transformada em pulso

eleacutetrico e amplificada

O mecanismo de cintilaccedilatildeo nos cristais inorgacircnicos baseia-se na propriedade dos

semicondutores terem banda de valecircncia e banda de conduccedilatildeo Na banda de valecircncia os

eleacutetrons estatildeo essencialmente ligados aos siacutetios do cristal Jaacute na banda de conduccedilatildeo os

eleacutetrons tecircm energia suficiente para migrar atraveacutes do cristal No cristal puro natildeo satildeo

encontrados eleacutetrons na banda proibida

Ao incidir uma radiaccedilatildeo no cristal pode ocorrer excitaccedilatildeo de eleacutetrons ateacute a banda de

conduccedilatildeo deixando lacunas na banda de valecircncia (normalmente preenchida)

No cristal puro a energia necessaacuteria para formar um par eleacutetronlacuna eacute

aproximadamente a mesma liberada quando esse par se recombina Assim os espectros de

absorccedilatildeo e emissatildeo superpotildeem-se ocorrendo autoabsorccedilatildeo da radiaccedilatildeo luminosa produzida

Se o cristal for ativado a emissatildeo pode ocorrer via um siacutetio do ativador para o qual a energia

de transiccedilatildeo eacute menor do que a necessaacuteria para a criaccedilatildeo do par eleacutetronlacuna Desse modo o

espectro emitido eacute deslocado para comprimentos de onda maiores e natildeo causa nova absorccedilatildeo

No tubo fotomultiplicador converte-se a radiaccedilatildeo de baixa intensidade produzida no

cintilador em um sinal eleacutetrico uacutetil agrave detecccedilatildeo e contagem de radiaccedilatildeo

Analisador de altura de pulso (PHA)

A energia do foacuteton incidente de raios x determina o tamanho do pulso de tensatildeo

produzido pelo detector O analisador de altura de pulso faz uso dessa propriedade a fim de

selecionar apenas um intervalo estreito de pulsos de voltagem rejeitando todos os pulsos com

intensidades fora do intervalo escolhido

Ao final utiliza-se o meacutetodo de integraccedilatildeo dos recebidos em um integrador

eletrocircnico Se N representa o nuacutemero de contagens em um tempo de integraccedilatildeo t segundos

entatildeo a taxa de contagem eacute Nt contagens por segundo (cps)

36 Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford - Teoria

A teacutecnica de RBS consiste em incidir partiacuteculas monoenergeacuteticas de um feixe de iacuteons

(geralmente iacuteons He+) de alta energia em um alvo estacionaacuterio Ao colidirem com os aacutetomos

do alvo as partiacuteculas satildeo elasticamente espalhadas no campo eleacutetrico do nuacutecleo do aacutetomo e

chegam a um detector por um acircngulo de retroespalhamento Na Figura 11 apresenta-se um

esquema de espalhamento elaacutestico [25-27]

Figura 11 Espalhamento elaacutestico em acircngulo de retroespalhamento de um iacuteon de massa M1

por um aacutetomo de massa M2 com M2gtM1 [25]

O detector ao receber as partiacuteculas espalhadas produz um pulso ou sinal que eacute entatildeo

processado por um analisador multicanal e classificado conforme a amplitude que

corresponde a uma escala em energia Como resultado as informaccedilotildees sobre a composiccedilatildeo

elementar do aacutetomo alvo satildeo obtidas a partir de um espectro de contagens em funccedilatildeo da

energia das partiacuteculas retroespalhadas detectadas [25]

O fator cinemaacutetico (K) eacute responsaacutevel pela anaacutelise elementar qualitativa Essa

grandeza depende da razatildeo entre as energias das partiacuteculas incidentes antes (E0) e depois (E)

do espalhamento (Equaccedilatildeo 4)

119870 = 119864

1198640 (Eq 4)

Considerando as conservaccedilotildees de energia e do momentum na colisatildeo elaacutestica obteacutem-

se a relaccedilatildeo entre o fator cinemaacutetico (K) a massa atocircmica da partiacutecula incidente (M1) a massa

atocircmica do aacutetomo alvo (M2) e o acircngulo de espalhamento (θ) (Eq 5)

119870 = [1198721 119888119900119904120579+ (1198722

2minus 11987212 1199041198901198992120579)

12

1198721+ 1198722]

2

(Eq 5)

Os valores de M1 θ e E0 satildeo preacute-fixados conhecendo E determina-se K e por

conseguinte determina-se M2

A Figura 12 apresenta um esquema do espectro de RBS de um filme fino de

composiccedilatildeo geneacuterica AB onde a massa de A eacute maior do que a massa de B depositado em um

substrato C ainda mais leve

Figura 12 Esquema de um espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford de

um filme fino AB sobre um substrato C ainda mais leve [27]

A resoluccedilatildeo em massa da teacutecnica eacute a diferenccedila miacutenima de massa entre dois aacutetomos-

alvo para que sinais resolvidos possam ser observados no espectro A discriminaccedilatildeo em massa

eacute maacutexima para θ = 180deg razatildeo pela qual satildeo utilizados acircngulos elevados experimentalmente

Pode-se melhorar a resoluccedilatildeo em massa na RBS aumentando a energia e a massa dos aacutetomos

incidentes e melhorando a resoluccedilatildeo do sistema de detecccedilatildeo com o cuidado para natildeo degradar

os detectores [25]

Outra grandeza importante em RBS eacute a seccedilatildeo de choque de espalhamento (σ) que eacute

uma medida da probabilidade de ocorrer o espalhamento e que atribui o caraacuteter quantitativo agrave

teacutecnica [25] Considerando um nuacutemero de partiacuteculas espalhadas (H) sobre um detector tem-se

a Equaccedilatildeo 6

119867 = 119876119873119905 ⟨119889120590

119889120570⟩Ω (Eq 6)

Onde

Q = nuacutemero de partiacuteculas que atinge a amostra

N = densidade volumeacutetrica dos aacutetomos alvo

t = espessura do alvo

⟨119889120590

119889120570⟩ = seccedilatildeo de choque meacutedia de espalhamento

Ω = acircngulo soacutelido do detector em relaccedilatildeo ao feixe

Para acircngulos pequenos tem-se ⟨119889120590

119889120570⟩ = (

119889120590

119889120570)120579

= σ (Eq 7)

Logo 119867 = 119876119873119905120590120570 (Eq 8)

Na Equaccedilatildeo 8 conhecendo o nuacutemero de partiacuteculas que atinge o alvo Q e o detector

H pode-se determinar o numero de aacutetomos por unidade de aacuterea da amostra (Nt) desde que se

conheccedila o acircngulo soacutelido de detecccedilatildeo Ω e a seccedilatildeo de choque de espalhamento (σ) Para uma

colisatildeo elaacutestica entre dois aacutetomos com nuacutemeros atocircmicos Z1 e Z2 (do aacutetomo incidente e do

aacutetomo alvo respectivamente) em que a forccedila de interaccedilatildeo eacute a repulsatildeo eletrostaacutetica dos

nuacutecleos a seccedilatildeo de choque de espalhamento diferencial (por unidade de acircngulo soacutelido) eacute dada

pela Foacutermula de Rutherford (Equaccedilatildeo 9)

119889120590

119889120570= (

119885111988521198902

4119864)2

4

1199041198901198994120579

[1minus ((

11987211198722) 119904119890119899120579)

2

]

12

+cos120579

[1minus ((11987211198722)119904119890119899 120579)

2

]

12

2

(Eq 9)

Em siacutentese a razatildeo entre as concentraccedilotildees relativas dos elementos A e B na

superfiacutecie de uma amostra 119873119860119860119861(119909)

119873119861119860119861(119909)

pode ser calculada com o auxiacutelio de um programa

computacional ou atraveacutes da medida de altura dos degraus obtidos no espectro sendo

calculadas com as Equaccedilotildees 10 e 11

(119889120590

119889120570)119861

(119889120590

119889120570)119860

= Ji (Eq 10)

119873119860119860119861(119909)

119873119861119860119861(119909)

= 119867119860119860119861

119867119861119860119861 119869119894 (Eq 11)

37 Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford - Instrumentaccedilatildeo

Na Figura 13 pode ser observado um esquema com os principais componentes da

instrumentaccedilatildeo utilizada em anaacutelises por RBS que seratildeo descritos em seguida de acordo com

o equipamento utilizado para a realizaccedilatildeo deste trabalho e com informaccedilotildees obtidas na

referecircncia [25]

Figura 13 Esquema dos componentes presentes na instrumentaccedilatildeo utilizada em anaacutelises por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford Fonte Adaptado de [25]

O Laboratoacuterio de Implantaccedilatildeo Iocircnica da Universidade Federal do Rio Grande do Sul

possui um acelerador Tandetron equipado com fontes de iacuteons dos tipos sputtering e de

plasma com tecnologia ldquotandemrdquo com 3MV de tensatildeo maacutexima no terminal e cinco estaccedilotildees

experimentais de linhas distintas incluindo a de RBS

Fonte de iacuteons

Fonte de Plasma um gaacutes ou um vapor eacute ionizado por meio de campos

eletromagneacuteticos na faixa de radiofrequecircncia ou ao ser atravessado por corrente eleacutetrica

Fonte de ldquoSputteringrdquo os iacuteons satildeo produzidos por transferecircncia de momentum

quando da colisatildeo de um feixe primaacuterio (geralmente Cs+) com um alvo soacutelido

Aceleradores ldquotandemrdquo

Neste tipo de acelerador iacuteons positivos deixam a fonte passam por uma troca de

carga (com vapor de Liacutetio ou outro elemento eletropositivo) e satildeo conduzidos com carga

negativa ao tubo acelerador onde satildeo atraiacutedos por um terminal positivo No caso dos iacuteons

produzidos serem originalmente negativos a troca de carga eacute suprimida Junto ao terminal

positivo passam por uma seccedilatildeo contendo um gaacutes ou vapor (N2 no presente caso) ou por uma

folha muito fina de carbono para que os iacuteons emergentes tenham perdido os eleacutetrons Com

carga positiva satildeo novamente acelerados agora por repulsatildeo do terminal Diferenccedilas de

potencial da ordem de vaacuterios milhotildees de volts satildeo obtidas utilizando circuitos multiplicadores

de voltagem que multiplicam e retificam a tensatildeo produzida por um transformador Seguindo

o tubo acelerador geralmente encontra-se um segundo eletroiacutematilde que permite direcionar o

feixe de iacuteons para uma das estaccedilotildees experimentais de acordo com as espeacutecies a serem

detectadas (no presente caso partiacuteculas retroespalhadas)

Detectores de estado soacutelido com junccedilotildees p-n obtidas por implantaccedilatildeo iocircnica

A junccedilatildeo p-n sob polarizaccedilatildeo reversa permite a coleta de cargas geradas na

produccedilatildeo de pares eleacutetron-lacuna Esse fenocircmeno ocorre quando um iacuteon atravessa um

semicondutor excitando eleacutetrons da banda de valecircncia para a banda de conduccedilatildeo que entatildeo

satildeo coletados no acircnodo Dessa forma o nuacutemero de eleacutetrons coletados no acircnodo eacute proporcional

ao nuacutemero de pares de eleacutetron-lacuna produzidos o qual eacute proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo

incidente desde que o iacuteon seja totalmente freado dentro do volume ativo do detector

Analisador multicanal (MCA) no modo de anaacutelise de intensidade de pulso

O MCA consta de uma sequecircncia de registradores onde cada pulso de entrada uma

vez digitalizado por um conversor analoacutegico-digital (ADC) eacute analisado com relaccedilatildeo a sua

amplitude (modo PHA) sob o controle de um discriminador Na sequecircncia o canal de

memoacuteria correspondente tem seu conteuacutedo incrementado em uma unidade Com isso

acumulam-se em um canal especiacutefico todos os pulsos de entrada de um pequeno intervalo de

amplitudes ou energias dos iacuteons incidentes Ao final com a soma dos pulsos recebidos em

cada canal obteacutem-se um histograma do nuacutemero de pulsos em funccedilatildeo de suas amplitudes ou

energias dos iacuteons incidentes

40 METODOLOGIA

41 Amostragem

Amostras de cabelo de 16 pessoas foram coletadas Os doadores foram entrevistados

seguindo o questionaacuterio disponiacutevel no ANEXO I e selecionados de acordo com os seguintes

criteacuterios possuiacuterem cabelos virgens (cabelos sem nenhum tipo de tratamento quiacutemico como

coloraccedilotildees tinturas alisantes entre outros) estarem saudaacuteveis serem natildeo fumantes e viverem

na Regiatildeo Metropolitana do Rio de Janeiro As amostras foram divididas em dois grupos de

oito o primeiro de pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo subterracircneo e o segundo com pessoas

que ingerem a aacutegua tratada e distribuiacuteda pela CEDAE

Foram analisadas amostras de cabelo de duas pessoas que consumiam a aacutegua do

mesmo poccedilo isto eacute duas amostras de cada residecircncia totalizando 4 poccedilos diferentes (a b c

d) na localidade Chaacutecaras Arcampo em Duque de Caxias ndash RJ (Figura 14)

Figura 14 Mapa com os pontos de coleta de amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua

de poccedilo em destaque a localizaccedilatildeo das residecircncias com os poccedilos

Fonte Google Earth Acesso em 30072015

As amostras foram coletadas na regiatildeo occipital da cabeccedila (nuca) como visto na

Figura 15 com o auxiacutelio de uma tesoura de accedilo inoxidaacutevel devidamente limpa com etanol

Essa regiatildeo eacute definida como padratildeo por ser menos suscetiacutevel a contaminaccedilatildeo exoacutegena e

tambeacutem por sempre existir cabelo em indiviacuteduos semicalvos [14] Em seguida as amostras

foram catalogadas e armazenadas em sacos plaacutesticos [5] Informaccedilotildees adicionais sobre o sexo

e a idade dos doadores e o tipo e cor das amostras de cabelo coletadas disponiacuteveis no ANEXO

II

Figura 15 Coleta de amostra de cabelo na regiatildeo occipital da cabeccedila

42 Lavagem das Amostras de Cabelo

Todas as amostras foram submetidas a uma sequecircncia de etapas de lavagem de 10

minutos cada utilizando acetona e aacutegua deionizada (Figura 16) Em seguida foram colocadas

para secar agrave temperatura ambiente de acordo com o procedimento recomendado pela Agecircncia

Internacional de Energia Atocircmica (IAEA) [5]

Figura 16 Lavagem das amostras de cabelo

As amostras analisadas por XRF foram colocadas diretamente no suporte do

equipamento Os fios foram colocados de maneira a se obter a superfiacutecie do porta-amostra

totalmente coberta pelo cabelo a qual em seguida foi coberta por um filme (Ultralenereg 4

microm de espessura) (Figura 17) Para a anaacutelise com o RBS o cabelo foi aderido ao suporte do

porta-amostra com o auxiacutelio de uma fita dupla face de carbono puro (Figura 18)

Figura 17 Amostra de cabelo em porta-amostra do equipamento de Fluorescecircncia de

Raios X

Figura 18 Amostra de cabelo no porta-amostra do equipamento de Espectrometria de

Retroespalhamento Rutherford

43 Paracircmetros Instrumentais

Anaacutelises semiquantitativas de XRF dos elementos presentes no cabelo foram

realizadas no Laboratoacuterio de Impacto de Foacutetons e Eleacutetrons (LIFE) na Universidade Federal do

Rio de Janeiro (UFRJ) Utilizou-se o Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios-X S8 TIGER

ndash BRUKER (Figura 19) na faixa de energia de 05 a 56 keV acircnodo de Rh trabalhando com 1

kW de potecircncia com uma janela de Be de 76 microm atraveacutes do software Quant-Express no

meacutetodo Best Detection O tempo de aquisiccedilatildeo para cada amostra foi de aproximadamente 20

minutos

Os dados por RBS foram realizados no Laboratoacuterio de Implantaccedilatildeo Iocircnica na

Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) Utilizou-se um acelerador de iacuteons

Tandetron - HVEE 3 MV (Figura 20) usando 2000 keV de iacuteons He+ incidentes e detecccedilatildeo de

partiacuteculas retroespalhadas a 165deg

Figura 19 Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X - S8 TIGER - BRUKER

Figura 20 Acelerador de iacuteons Tandetron - HVEE 3 MV onde foi feita a anaacutelise por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford

50 RESULTADOS E DISCUSSOtildeES

51 Anaacutelise por XRF

O espectro completo de XRF da amostra 2 referente ao cabelo de uma pessoa que

ingere aacutegua de poccedilo eacute mostrado na Figura 21 conforme obtido diretamente do equipamento

Eacute possiacutevel identificar as linhas de excitaccedilatildeo do Rh e as linhas de espalhamento Compton e

Rayleigh Os espectros ampliados somente na regiatildeo de interesse com as linhas de

fluorescecircncia Kα e Kβ atribuiacutedas agrave maioria dos elementos (exceto para o chumbo em que se

detectam as linhas Lα e Lβ) e sem as linhas de Rh de todas as amostras analisadas encontram-

se nos ANEXOS III e IV Os elementos analisados e a energia de suas linhas de emissatildeo de

fluorescecircncia Kα e Kβ satildeo apresentados na Tabela 4

Figura 21 Espectro de Fluorescecircncia de Raios X completo da amostra 2

Tabela 4 Energia em keV das principais linhas de emissatildeo de raios x dos elementos

analisados Adaptado de [26]

Os elementos observados e as concentraccedilotildees semiquantitativas das amostras de

cabelo das pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo e das amostras de cabelo das pessoas que

ingerem aacutegua distribuiacuteda pela CEDAE satildeo apresentados respectivamente nas Tabelas 5 e 6

Kα Kβ

Al 1487 1557

Si 1740 1836

P 2014 2139

S 2308 2464

Cl 2622 2816

Ca 3692 4013

Mn 5899 6490

Fe 6404 7058

Cu 8048 8905

Zn 8639 9572

Pb (Linhas Lα e Lβ) 10552 12614

Elementos

Analisados

Energia (keV) das Linhas de

Emissatildeo de Raios X

Tabela 5 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (1 a 8) que

ingerem aacutegua de poccedilo As concentraccedilotildees dos elementos foram normalizadas de modo que a

soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da matriz orgacircnica em conjunto

seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo ldquoa b c drdquo correlacionam a amostra

de cabelo com o poccedilo do qual o indiviacuteduo ingere aacutegua

1 2 3 4 5 6 7 8

Al 002 003 003 34 ppm natildeo det 006 natildeo det 001

Si 001 54 ppm 006 46 ppm 005 002 002 54 ppm

P 003 003 54 ppm 002 001 46 ppm natildeo det 004

S 117 071 115 118 166 135 151 098

Cl 003 65 ppm 002 002 natildeo det 003 natildeo det 61 ppm

Ca 003 003 80 ppm 002 004 002 008 008

Mn 73 ppm 78 ppm 58 ppm 10 ppm natildeo det 91 ppm natildeo det 54 ppm

Fe 001 001 92 ppm 29 ppm 38 ppm 001 27 ppm 83 ppm

Cu 44 ppm 41 ppm 46 ppm 31 ppm natildeo det 44 ppm 37 ppm 36 ppm

Zn 77 ppm 002 91 ppm 82 ppm 41 ppm 92 ppm 40 ppm 98 ppm

Pb 10 ppm 9 ppm 12 ppm 10 ppm natildeo det 10 ppm natildeo det 9 ppm

a b c d

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Elementos

Tabela 6 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (9 a 16)

que ingerem aacutegua tratada e distribuiacuteda pela CEDAE As concentraccedilotildees dos elementos foram

normalizadas de modo que a soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da

matriz orgacircnica em conjunto seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo

9 10 11 12 13 14 15 16

Al 001 36 ppm natildeo det 002 61 ppm 90 ppm 002 natildeo det

Si natildeo det 35 ppm natildeo det 40 ppm 79 ppm 60 ppm natildeo det natildeo det

P 003 34 ppm 003 002 natildeo det 46 ppm natildeo det 41 ppm

S 111 106 116 152 136 145 155 128

Cl 52 ppm 001 002 003 004 005 014 009

Ca 006 004 002 002 001 001 001 001

Mn 51 ppm 9 ppm 32 ppm natildeo det 24 ppm 57 ppm natildeo det 30 ppm

Fe 82 ppm 30 ppm 57 ppm 56 ppm 59 ppm 90 ppm 52 ppm 54 ppm

Cu 31 ppm 51 ppm 28 ppm 27 ppm 31 ppm 44 ppm 14 ppm 29 ppm

Zn 001 001 92 ppm 86 ppm 001 001 42 ppm 001

Pb natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det

Elementos

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

Na anaacutelise semiquantitativa por XRF pode-se verificar a presenccedila de elevadas

concentraccedilotildees de enxofre o que jaacute era esperado visto que este elemento faz parte da estrutura

da cisteiacutena o aminoaacutecido em maior quantidade na composiccedilatildeo do cabelo

Os elementos Ca Zn e Fe foram detectados em todas as amostras dos dois grupos O

Ca aparece na maior parte das amostras em concentraccedilotildees da ordem de enquanto que o Zn

e o Fe da ordem de ppm Os elementos Al P Mn Cl Si e Cu aparecem na maioria das

amostras em ambos os grupos No entanto o Pb foi observado em concentraccedilotildees da ordem de

ppm somente em amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo

Para as amostras 5 7 e 15 utilizou-se um porta amostra com maacutescara de 8 mm de

diacircmetro ao inveacutes da maacutescara de 34 mm utilizada para as outras amostras devido a pouca

quantidade de cabelo coletado Agrave vantagem de poder utilizar menos amostra com a maacutescara

de 8 mm contrapotildee-se um aumento do ruiacutedo de fundo e a consequente perda da sensibilidade

na anaacutelise Tal fato pode provavelmente justificar a quantidade menor de elementos

observados nessas amostras em comparaccedilatildeo com as demais incluindo a ausecircncia do elemento

chumbo nas amostras 5 e 7 jaacute que o mesmo aparece nas amostras 6 e 8 das pessoas que

bebem a mesma aacutegua dos poccedilos c e d respectivamente

52 Anaacutelise por RBS

Apresenta-se na Figura 22 o espectro de RBS da amostra 2 adquirido durante 8

horas de anaacutelise e apoacutes tratamento dos dados atraveacutes do programa computacional OriginPro 8

Duas ampliaccedilotildees (I e II) nas regiotildees de mais alta energia satildeo apresentadas nas Figuras 23 e

24 Observou-se a presenccedila dos elementos C N O Si S Cl Ti Cu Zn e Pb

As energias dos iacuteons He+ retroespalhados a partir da interaccedilatildeo com os nuacutecleos de Pb

e Hg satildeo muito proacuteximas tornando difiacutecil a resoluccedilatildeo dos sinais No entanto o Hg natildeo foi

observado em nenhuma das amostras por XRF enquanto o Pb pode ser detectado claramente

Conclui-se portanto que o degrau no espectro eacute correspondente ao Pb

Utilizando-se o caacutelculo da seccedilatildeo de choque de espalhamento Rutherford foi possiacutevel

obter uma anaacutelise quantitativa relativa da amostra 2 Para isso foi escolhido o enxofre como

elemento padratildeo devido ao fato do S estar presente em todas as amostras de cabelo e ser

facilmente detectaacutevel por ambas as teacutecnicas Para cada aacutetomo de S na amostra de cabelo as

seguintes proporccedilotildees atocircmicas foram obtidas 115 x 102 C 274 x 10

1 N 157 x 10

1 O 479 x

10-1

Si 641 x 10-1

Cl 454 x 10-2

Ti 162 x 10-2

Cu 265 x 10-2

Zn e 504 x 10-4

Pb

Figura 22 Espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da amostra 2

(grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 23 Ampliaccedilatildeo I do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 24 Ampliaccedilatildeo II do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

60 CONCLUSOtildeES

As teacutecnicas de XRF e RBS mostraram-se eficientes e complementares na

determinaccedilatildeo de vaacuterios elementos presentes em amostras de cabelo humano Atraveacutes das duas

teacutecnicas foi possiacutevel detectar de forma semiquantitativa a presenccedila de elementos desde o Al

ateacute o Pb Por RBS tambeacutem foram detectados elementos mais leves como C N e O A

utilizaccedilatildeo conjunta das duas teacutecnicas permitiu a identificaccedilatildeo inequiacutevoca de Pb no espectro de

RBS

Eacute evidente que as concentraccedilotildees dos elementos nas amostras de cabelo dependem de

diversos fatores tais como o tipo de alimentaccedilatildeo idade sexo ambiente em que o indiviacuteduo

vive e podem ser provenientes de meios exoacutegenos e endoacutegenos Entretanto considerando o

natildeo aparecimento do Pb em nenhuma das amostras de cabelo das pessoas que ingerem aacutegua

distribuiacuteda pela CEDAE aleacutem das anaacutelises preacutevias da aacutegua dos poccedilos da aacuterea em estudo eacute

possiacutevel afirmar que existe uma elevada possibilidade da aacutegua de poccedilo estaacute atuando como

uma fonte de contaminaccedilatildeo de Pb para as pessoas Como o Pb eacute um elemento toacutexico com

propriedade de bioacumulaccedilatildeo sua presenccedila pode gerar danos irreversiacuteveis aos organismos

vivos

70 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS

Como sugestotildees deste estudo podemos indicar

Realizar uma anaacutelise quantitativa de um nuacutemero mais amplo de amostras

Efetuar uma comparaccedilatildeo com materiais de referecircncia certificados a fim de

determinar com um grau de confiabilidade mais elevado se as quantidades de

chumbo detectadas nas amostras de cabelo estatildeo acima do intervalo de valores

considerados aceitaacuteveis

80 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

[1] POZEBON D DRESSLER V L CURTIUS A J Anaacutelise de cabelo uma revisatildeo

dos procedimentos para a determinaccedilatildeo de elementos traccedilo e aplicaccedilotildees Quiacutem Nova

1999 22 (6) 838-846

[2] FRAZAtildeO S V Estudo da determinaccedilatildeo de elementos traccedilo em cabelos humanos

pelo meacutetodo de anaacutelise por ativaccedilatildeo de necircutrons Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Ciecircncias na

Aacuterea de Tecnologia Nuclear ndash Aplicaccedilotildees Instituto de Pesquisas Energeacuteticas e Nucleares ndash

Universidade de Satildeo Paulo - USP Satildeo Paulo 2008

[3] CARNEIRO M T W D SILVEIRA C L P MIEKELEY N FORTES L M C

Reference intervals for minor and trace elements in human hair for the population of

Rio de Janeiro city Brazil Quiacutem Nova 2002 25 (1) 37-45

[4] KEMPSON I M SKINNER W M KIRKBRIDE K P The ocurrence and

incorporation of copper and zinc in hair and their potential role as bioindicators a

review Journal of Toxicology and Environmental Health 2007 B 10 611-622

[5] CORTES-TORO E DE GOEIJ J J M BASCO J CHENG Y KINOVA L

MATSUBARA J NIESE S SATP T WESENBERG G R MURAMATSU Y PARR

R M The significance of hair mineral analysis as a means for assessing internal body

burdens of environmental pollutants results from an IAEA co-ordinated research

programme Journal of Radionalytical and Nuclear Chemistry 1993 167 (2) 413-421

[6] CLAYTON E WOOLER K K Sample preparation and system calibration for

Proton-Induced X-ray Emission analysis of hair from occupationally exposed workers

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[7] MIEKELEY N CARNEIRO M T W D SILVEIRA C L P How reliable are

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1998 218 9-17

[8] MIEKELEY N FORTES L M C SILVEIRA C L P LIMA M B Elemental

anomalies in hair as indicators of endocrinologic pathologies and deficiencies in calcium

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JACKLEVIC J M Nondestructive X-Ray Fluorescence Spectrometry for determination

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nickel cuper zinc and lead in human scalp hair in Syrian occupationally exposed

workers by total reflection X-Ray Fluorescence Environ Monit Assess 2008 143 67-74

[11] BARANOWSKA I BARCHANSKI L BAK M SMOLEC B MZYK Z X-Ray

Fluorescence Spectrometry in multielemental analysis of hair and teeth Polish Journal of

Environmental Studies 2004 13 (6) 639-646

[12] WATT F LANDSBERG J P Nuclear microscopy biomedical applications

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research 1993 B 77 249-260

[13] PAIXAtildeO P V GOMES L M B Anaacutelise de aacutegua de poccedilos subterracircneos na

localidade Chaacutecaras Arcampo em Duque de Caxias ndash RJ Relatoacuterio Final de Estaacutegio

Iniciaccedilatildeo Cientiacutefica Instituto de Quiacutemica ndash Universidade Federal do Rio de Janeiro ndash UFRJ

Rio de Janeiro 2012

[14] ANUNCIACcedilAtildeO D L R Anaacutelise de elementos maiores menores e traccedilo em

amostras de cabelo aplicado a triagem populacional com elevada incidecircncia de cacircncer

Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Quiacutemica Instituto de Quiacutemica ndash Universidade de Brasiacutelia

Brasiacutelia ndash Distrito Federal 2008

[15] TEGON E C Caracterizaccedilatildeo Quiacutemica do Enxofre e do Caacutelcio presentes em

amostras de cabelos empregando as teacutecnicas XRF e NEXAFS Projeto de Final de Curso

em Quiacutemica com Atribuiccedilotildees Tecnoloacutegicas Instituto de Quiacutemica ndash Universidade Federal do

Rio de Janeiro Rio de Janeiro 2013

[16] Dossiecirc os minerais na alimentaccedilatildeo Food Ingredients Brasil 2008 ndeg 4 48-65

Disponiacutevel em lt wwwrevista-ficommaterias52pdfgt Acesso em 30 de julho de 2015

[17] CEDAE Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos Disponiacutevel em

ltwwwcedaecombrgt Acesso em 30 de julho de 2015

[18] IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatiacutestica Censo Brasileiro de 2010 Rio de

Janeiro 2010 Disponiacutevel em ltwwwcenso2010ibgegovbrgt Acesso em 30 de julho de

2015

[19] RESENDE D ALENCAR E ALMEIDA R BERTA R Principal reservatoacuterio do

Paraiacuteba do Sul Paraibuna chega ao volume morto pela primeira vez Jornal O Globo 22

de janeiro de 2015 Disponiacutevel em httpogloboglobocomrioprincipal-reservatorio-do-

paraiba-do-sul-paraibuna-chega-ao-volume-morto-pela-primeira-vez-gt Acesso em 30 de

julho de 2015

[20] Fundamentos teoacutericos da teacutecnica de anaacutelise espectromeacutetrica por fluorescecircncia de

raios-x PUC-Rio ndash Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em

lthttpwwwmaxwellvracpuc-riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 30 de julho de 2015

[21] TASCH P DAMIANI F OLIVEIRA L C M IE - 607A Teacutecnicas de anaacutelise e

caracterizaccedilatildeo de materiais Universidade Estadual de Campinas ndash UNICAMP Campinas

2000

[22] FILHO V F N Teacutecnicas analiacuteticas nucleares de Fluorescecircncia de Raios ndashX por

Dispersatildeo de Enerdia (ED-XRF) e por Reflexatildeo Total (TXRF) Departamento de Ciecircncias

Exatas ESALQ Laboratoacuterio de Instrumentaccedilatildeo Nuclear CENA Universidade de Satildeo Paulo

ndash USP Satildeo Paulo 1999

[23] PERDONAacute C R Introduccedilatildeo a espectrometria de Fluorescecircncia de Raios-X Manual

Teacutecnico ndash BRUKER 2014

[24] O espectrocircmetro de fluorescecircncia de raios-x Thermo ARL 9900 PUC-Rio ndash

Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em lthttpwwwmaxwellvracpuc-

riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 08 de agosto de 2015

[25] KRUG C Superfiacutecies porosas recobertas com metalocenos anaacutelise multivariada

envolvendo caracterizaccedilatildeo com feixe de iacuteons Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Fiacutesica Instituto

de Fiacutesica Universidade Federal do Rio Grande do Sul ndash UFRGS Porto Alegre 2000

[26] TABACNIKS M H Anaacutelise de filmes finos por PIXE e RBS Instituto de Fiacutesica da

Universidade de Satildeo Paulo Disponiacutevel em ltwww2ifuspbr~lamfipixeamprbspdfgt Acesso

em julho de 2015

[27] ALMEIDA C R Efeito de tratamentos teacutermico e quiacutemico de aerogeacuteis de oacutexido de

estanho Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Engenharia Eleacutetrica Universidade Federal de Santa

Catarina Florianoacutepolis 2013

[28] ATTWOOD D T HENKE B L et al X-Ray Data Booklet Lawrence Berkeley

Laboratory University of California Berkeley California 1986

ANEXO I

MODELO DO QUESTIONAacuteRIO PREENCHIDO ANTES DA COLETA DAS AMOSTRAS

DE CABELO

Coacutedigo da amostra

Nome

Idade (anos)

Endereccedilo

Fuma Sim ( ) Natildeo ( )

Ingere aacutegua de que tipo (poccedilo CEDAE) Poccedilo ( ) CEDAE ( )

Fez algum tipo de tratamento quiacutemico no cabelo

(coloraccedilatildeo alisamento etc)Sim ( ) Natildeo ( )

Qual Quando foi a uacuteltima vez

Esteve bem de sauacutede nos uacuteltimos 6 meses Sim ( ) Natildeo ( )

Data da coleta

Responsaacutevel pela coleta

COLETA DE AMOSTRA DE CABELO

ANEXO II

INFORMACcedilOtildeES ADICIONAIS SOBRE OS DOADORES E AS AMOSTRAS DE

CABELO COLETADAS

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

1 Feminino 62 Cacheado Castanho Escuro

2 Feminino 27 Cacheado Castanho Escuro

3 Feminino 17 Liso Castanho Escuro

4 Feminino 10 Cacheado Castanho Escuro

5 Feminino 58 Liso Castanho Escuro

6 Feminino 7 Cacheado Castanho Escuro

7 Masculino 17 Liso Castanho Claro

8 Feminino 39 Liso Castanho Escuro

Pessoas que Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

9 Feminino 41 Cacheado Castanho Escuro

10 Feminino 17 Ondulado Castanho Claro

11 Masculino 1 Cacheado Castanho Escuro

12 Feminino 11 Liso Castanho Escuro

13 Masculino 21 Liso Castanho Escuro

14 Masculino 42 Cacheado Preto

15 Masculino 6 Liso Preto

16 Masculino 14 Liso Preto

Pessoas que Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

ANEXO III

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DE POCcedilO (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 1

Amostra 2

Amostra 3

Amostra 4

Amostra 5

Amostra 6

Amostra 7

Amostra 8

ANEXO IV

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DISTRIBUIacuteDA PELA CEDAE (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 9

Amostra 10

Amostra 11

Amostra 12

Amostra 13

Amostra 14

Amostra 15

Amostra 16

Page 9: Dissertação Priscilla Velasco da Paixão

ABSTRACT

Human hair consists basically of three layers the cuticle (outer part) the cortex (middle part)

and the medulla (inner part) Alpha-keratin is a spiral shape protein that supports the hair It is

immersed in the cortex and is composed mainly by a sulfur-containing amino acid cysteine

Histological sections demonstrated high activity of heavy metals in the alpha-keratin

Although the ash content of hair is less than 1 indicating low amount of minerals the

presence of a particular element in hair indicates the absorption andor exposure to this

element Thus it is possible to diagnose for example nutritional deficiencies or high levels of

elements that may cause damage to health Faced with the analysis of other biological samples

such as urine and blood hair has the advantage of easy sampling without trauma to the

individual easy transport and storage besides the chemical and structural stability of this

sample In the present work we compare the metal content in hair samples from two sets of

people who live at the outskirts of the Rio de Janeiro city While the first group drinks plain

well water the second group includes people who drink the water distributed by the Rio de

Janeiro State Company CEDAE Two techniques have been used X-Ray Fluorescence

(XRF) and Rutherford Backscattering Spectrometry (RBS) Virgin hair samples of healthy

people and non-smokers were collected washed and stored according to the guidelines of the

International Atomic Energy Agency (IAEA) The XRF measurements were made at the

Federal University of Rio de Janeiro (X-Ray Fluorescence Spectrometer S8 TIGER ndash

BRUKER) in the energy range of 05 to 56 keV using the Best Detection Method The RBS

data were collected at the Federal University of Rio Grande do Sul (Tandetron - 3 MV HVEE

ion accelerator using 2000 keV He+ incident ions and detection at 165deg) XRF measurements

evidence the presence of Al Si P S Cl Ca Mn Fe Cu and Zn in hair samples from both

groups The presence of the non-essential element Pb was only observed in hair samples from

people who drink well water In addition using the RBS technique in a hair sample C N O

and Ti were observed and through the calculation of Rutherford scattering cross sections a

relative quantitative analysis was obtained

Keywords trace elements hair samples XRF RBS

SUMAacuteRIO

LISTA DE FIGURAS xi

LISTA DE TABELASxiii

LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS xiv

10 INTRODUCcedilAtildeO16

20 OBJETIVOS17

30 REVISAtildeO BIBLIOGRAacuteFICA E FUNDAMENTOS TEOacuteRICOS17

31 O Cabelo17

32 Elementos Essenciais e Natildeo Essenciais e a Sauacutede Humana21

33 Abastecimento de Aacutegua na Regiatildeo de Amostragem 24

34 Fluorescecircncia de Raios X - Teoria26

35 Fluorescecircncia de Raios X - Instrumentaccedilatildeo29

36 Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford - Teoria34

37 Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford - Instrumentaccedilatildeo38

40 METODOLOGIA40

41 Amostragem40

42 Lavagem das Amostras de Cabelo41

43 Paracircmetros Instrumentais43

50 RESULTADOS E DISCUSSOtildeES45

51 Anaacutelise por XRF45

52 Anaacutelise por RBS49

60 CONCLUSOtildeES51

70 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS52

80 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS53

ANEXO I MODELO DO QUESTIONAacuteRIO PREENCHIDO ANTES DA COLETA DAS

AMOSTRAS DE CABELO57

ANEXO II INFORMACcedilOtildeES ADICIONAIS SOBRE OS DOADORES E AS AMOSTRAS

DE CABELO COLETADAS59

ANEXO III ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE

INGEREM AacuteGUA DE POCcedilO (AMPLIACcedilAtildeO DA REGIAtildeO DE INTERESSE)61

ANEXO IV ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE

INGEREM AacuteGUA DISTRIBUIacuteDA PELA CEDAE (AMPLIACcedilAtildeO DA REGIAtildeO DE

INTERESSE)66

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 Desenho esquemaacutetico de um fio de cabelo18

Figura 2 Esquema das fases de crescimento do cabelo19

Figura 3 Estrutura secundaacuteria (α-heacutelice) da α-queratina19

Figura 4 Estrutura da Cisteiacutena e da Cistina21

Figura 5 Reservatoacuterio Paraibuna localizado na Bacia do Rio Paraiacuteba do Sul25

Figura 6 Poccedilo subterracircneo em Duque de Caxias26

Figura 7 Esquema do princiacutepio da Fluorescecircncia de Raios X27

Figura 8 Efeito Auger28

Figura 9 Espalhamento Compton e Rayleigh29

Figura 10 Instrumentaccedilatildeo do Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X por Dispersatildeo de

Comprimento de Onda - S8 TIGER - BRUKER29

Figura 11 Espalhamento elaacutestico em acircngulo de retroespalhamento de um iacuteon de massa M1

por um aacutetomo de massa M2 com M2gtM134

Figura 12 Esquema de um espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford de

um filme fino AB sobre um substrato C ainda mais leve36

Figura 13 Esquema dos componentes presentes na instrumentaccedilatildeo utilizada em anaacutelises por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford38

Figura 14 Mapa com os pontos de coleta de amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua

de poccedilo em destaque a localizaccedilatildeo das residecircncias com os poccedilos40

Figura 15 Coleta de amostra de cabelo na regiatildeo occipital da cabeccedila41

Figura 16 Lavagem das amostras de cabelo42

Figura 17 Amostra de cabelo em porta-amostra do equipamento de Fluorescecircncia de Raios

X42

Figura 18 Amostra de cabelo no porta-amostra do equipamento de Espectrometria de

Retroespalhamento Rutherford43

Figura 19 Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X - S8 TIGER - BRUKER44

Figura 20 Acelerador de iacuteons Tandetron - HVEE 3 MV onde foi feita a anaacutelise por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford44

Figura 21 Espectro de Fluorescecircncia de Raios X completo da amostra 245

Figura 22 Espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da amostra 2

(grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)50

Figura 23 Ampliaccedilatildeo I do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)50

Figura 24 Ampliaccedilatildeo II do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)51

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 Composiccedilatildeo de aminoaacutecidos no cabelo20

Tabela 2 Elementos traccedilo essenciais e algumas de suas funccedilotildees bioloacutegicas22

Tabela 3 Elementos traccedilo natildeo essenciais e suas toxicidades24

Tabela 4 Energia em keV das principais linhas de emissatildeo de raios x dos elementos

analisados46

Tabela 5 Concentraccedilatildeo dos elementos nas amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua

de poccedilo47

Tabela 6 Concentraccedilatildeo dos elementos nas amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua

distribuiacuteda pela CEDAE48

LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS

AAS - Atomic Absorption Spectroscopy (Espectroscopia de Absorccedilatildeo Atocircmica)

CEDAE - Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos do Rio de Janeiro

CONAMA - Conselho Nacional do Meio Ambiente

ERD - Elastic Recoil Detection (Anaacutelise por Detecccedilatildeo de Recuo Elaacutestico)

IAEA - International Atomic Energy Agency (Agecircncia Internacional de Energia Atocircmica)

IBGE - Instituto Brasileiro de Geografia e Estatiacutestica

ICP-AES - Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry (Espectrometria de

Emissatildeo Atocircmica com Plasma Indutivamente Acoplado)

ICP-MS - Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (Espectrometria de Massa com

Plasma Indutivamente Acoplado)

ICP-OES - Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometry (Espectrometria de

Emissatildeo Oacuteptica com Plasma Acoplado Indutivamente)

LIFE - Laboratoacuterio de Impacto de Foacutetons e Eleacutetrons

NAA - Neutron Activation Analysis (Anaacutelise por Ativaccedilatildeo de Necircutrons)

PET ndash Pentaeritriato

PHA - Pulse Height Analyzer (Analisador de Altura de Pulso)

PIXE - Proton Induced X-Ray Emission (Emissatildeo de Raios X Induzidos por Proacutetons)

RBS - Rutherford Backscattering Spectrometry (Espectrometria de Retroespalhamento

Rutherford)

UFRGS - Universidade Federal do Rio Grande do Sul

UFRJ - Universidade Federal do Rio de Janeiro

WDXRF - Wavelength Dispersive X-ray Fluorescence (Fluorescecircncia de Raios X por

Dispersatildeo de Comprimento de Onda)

XRF - X-Ray Fluorescence (Fluorescecircncia de Raios X)

16

10 INTRODUCcedilAtildeO

A determinaccedilatildeo de elementos traccedilo em cabelo tem sido assunto de estudo em

diversas aacutereas da ciecircncia dentre elas o monitoramento de exposiccedilatildeo ambiental e ocupacional

avaliaccedilatildeo da intoxicaccedilatildeo por metais toacutexicos avaliaccedilatildeo do estado nutricional diagnoacutestico e

prevenccedilatildeo de doenccedilas e nas ciecircncias forenses Isto se deve ao fato do cabelo ser considerado

um ldquodosiacutemetro bioloacutegicordquo que reflete a exposiccedilatildeo e absorccedilatildeo do indiviacuteduo a determinado

elemento ou seja a concentraccedilatildeo dos elementos traccedilo no cabelo indica a concentraccedilatildeo dos

mesmos no organismo [1-5]

Frente agrave anaacutelise de outros materiais bioloacutegicos como urina e sangue o cabelo tem a

vantagem da facilidade de amostragem (sem dor ou trauma para o indiviacuteduo) facilidade de

armazenamento transporte e manuseio possibilidade de obtenccedilatildeo de um registro histoacuterico de

exposiccedilatildeo aos elementos em questatildeo aleacutem da estabilidade estrutural da amostra permitindo o

diagnoacutestico por um periacuteodo maior de tempo (meses a anos) [1-46]

Haacute muita controveacutersia na literatura quanto aos dados disponiacuteveis em relaccedilatildeo agrave anaacutelise

elementar em cabelos no tocante agrave falta de um procedimento padratildeo de anaacutelise com uma

etapa de lavagem que seja completamente eficiente em eliminar a contaminaccedilatildeo exoacutegena (ar

aacutegua cosmeacuteticos entre outros) da contaminaccedilatildeo endoacutegena (incorporado ao fio do cabelo

durante a primeira fase de crescimento) [1-3]

Nas uacuteltimas deacutecadas vaacuterios estudos relacionados agrave determinaccedilatildeo elementar de

cabelos com foco em quiacutemica ambiental e ciecircncia meacutedica foram realizados Dentre as teacutecnicas

mais utilizadas encontram-se Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry

(ICP-AES) [13] Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (ICP-MS) [1378]

Neutron Activation Analysis (NAA) [15] Atomic Absorption Spectroscopy (AAS) [15] X-

Ray Fluorescence (XRF) [59-11] e Proton Induced X-Ray Emission (PIXE) [612]

Encontramos na literatura apenas um relato anterior sobre a anaacutelise por RBS de amostras de

cabelo em que a RBS foi utilizada para determinar os principais componentes de cabelo (C

N O e S) Os mesmos autores tambeacutem utilizaram PIXE para determinar elementos em

concentraccedilatildeo mais baixa e Elastic Recoil Detection (ERD) para determinar Hidrogecircnio [6]

Em trabalho de Iniciaccedilatildeo Cientiacutefica feito por mim com orientaccedilatildeo da Prof Dr Lola

Maria Braga Gomes do Departamento de Quiacutemica Analiacutetica-UFRJ em 2012 foram realizadas

anaacutelises da qualidade da aacutegua de 6 poccedilos subterracircneos na localidade Chaacutecaras Arcampo na

cidade de Duque de Caxias-RJ Foram determinados por ICP-OES os seguintes elementos

Cr Mn Fe Ni Cu Zn Ar Cd e Pb Constatou-se a presenccedila de chumbo em valores ateacute 55

vezes acima do permitido pelos Padrotildees de Qualidade de Aacutegua Subterracircnea do CONAMA

[13]

O presente trabalho foi realizado com a intenccedilatildeo de verificar quais elementos

estariam presentes nas amostras de cabelo das pessoas daquela localidade e que ingerem esse

tipo de aacutegua Dentro do nosso conhecimento esta eacute a primeira vez em que XRF e RBS satildeo

conjuntamente aplicados para a determinaccedilatildeo de elementos traccedilo presentes em amostras de

cabelo

Considera-se este trabalho relevante tanto para servir como fonte de dados quanto

para o seu possiacutevel uso no acircmbito social principalmente no que diz respeito ao abastecimento

de aacutegua e a sauacutede de parte da populaccedilatildeo que consome diariamente uma aacutegua sem tratamento

20 OBJETIVO

O presente trabalho tem como objetivo utilizar as teacutecnicas de Fluorescecircncia de

Raios X (XRF) e Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford (RBS) para determinar e

comparar elementos presentes em amostras de cabelo de dois grupos de pessoas que vivem na

Regiatildeo Metropolitana do Rio de Janeiro No primeiro grupo estatildeo pessoas que ingerem aacutegua

de poccedilo enquanto no segundo grupo estatildeo pessoas que ingerem aacutegua tratada e distribuiacuteda pela

Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos (CEDAE) do Rio de Janeiro

30 REVISAtildeO BIBLIOGRAacuteFICA E FUNDAMENTOS TEOacuteRICOS

31 O Cabelo

O cabelo possui uma funccedilatildeo esteacutetica com papel importante nos atributos da beleza

mas tem como principal funccedilatildeo a proteccedilatildeo da cabeccedila dos raios solares Esse processo eacute

realizado atraveacutes de receptores nervosos que agem como sensores teacutermicos capazes de

aumentar a proteccedilatildeo quando necessaacuterio [1214]

A composiccedilatildeo do cabelo eacute de aproximadamente 80 de proteiacutenas 15 de aacutegua e

aproximadamente 5 de lipiacutedios e constituintes inorgacircnicos O cabelo eacute basicamente

constituiacutedo por trecircs camadas cutiacutecula (camada externa) coacutertex (parte intermediaacuteria) e medula

(parte mais interna) (Fig 1) A cutiacutecula eacute formada por vaacuterias subcamadas separadas por um

complexo de ceacutelulas alongadas e justapostas que envolvem o coacutertex O coacutertex eacute o principal

constituinte do cabelo formado por um conjunto de ceacutelulas ciliacutendricas denominadas matriz e

perfeitamente ligadas umas as outras Na matriz encontram-se a α-queratina e outras

proteiacutenas A medula apresenta-se em pequena quantidade e pode estar ausente em alguns tipos

de cabelo Eacute composta por ceacutelulas anucleadas contendo lipiacutedeos e granulaccedilotildees pigmentadas

[1214]

Figura 1 Desenho esquemaacutetico de um fio de cabelo

Fonte http ltwwwartistasdocabelocombrgt Acesso em 30072015

O fio de cabelo desenvolve-se a partir de cavidades denominadas foliacuteculos pilosos

localizados de 3 a 5 mm abaixo da superfiacutecie da pele A taxa de crescimento meacutedio do fio eacute de

cerca de 1 cm por mecircs e cada fio pode ter de 15 a 120 microm de diacircmetro dependendo do tipo de

cabelo O ciclo de crescimento do cabelo eacute dividido em trecircs estaacutegios (Fig2)

Anaacutegeno ocorre o crescimento ativo do cabelo com irrigaccedilatildeo sanguiacutenea atraveacutes dos

foliacuteculos capilares na regiatildeo da papila Pode durar ateacute 7 anos Em um adulto cerca de

90 dos fios encontram-se neste estaacutegio

Cataacutegeno ocorre uma transiccedilatildeo entre o crescimento do fio e seu teacutermino dura apenas

algumas semanas O cabelo para de receber irrigaccedilatildeo sanguiacutenea para de crescer e a

parte mais profunda do foliacuteculo piloso fica mais proacutexima da superfiacutecie da pele

Teloacutegeno ocorre a queda do fio iniciando o crescimento de outro fio atraveacutes de um

foliacuteculo novo que surge no mesmo local [1214]

Figura 2 Esquema das fases de crescimento do cabelo

Fonte httpltwwwtratamentocalviciecombrartigo_02phpgt Acesso em 30072015

A α-queratina eacute uma proteiacutena que apresenta uma estrutura secundaacuteria (α-heacutelice) em

um arranjo helicoidal estabilizado por pontes de hidrogecircnio (Figura 3) e eacute responsaacutevel por dar

sustentaccedilatildeo ao cabelo Ela fica imersa na matriz e eacute composta por uma sequecircncia de

aminoaacutecidos (Tabela 1) sendo a cisteiacutena o principal desses

Figura 3 Estrutura secundaacuteria (α-heacutelice) da α-queratina

Fonte httpltwwwslideplayercombrgt Acesso em 27092015

Tabela 1 Composiccedilatildeo de aminoaacutecidos no cabelo normal Fonte [15]

Ligaccedilotildees quiacutemicas cruzadas entre as cadeias polimeacutericas de α-queratina formam

pontes dissulfeto (-S-S-) que datildeo origem aos resiacuteduos de cistina (Fig4) Como estatildeo em

grande quantidade na composiccedilatildeo do cabelo formam uma rede de alta resistecircncia e datildeo o

formato ao fio A reduccedilatildeo dessas ligaccedilotildees causa mudanccedilas nas propriedades mecacircnicas do fio

Cortes histoloacutegicos evidenciaram elevada atividade de metais pesados na α-queratina [114]

Aminoaacutecido Quantidade Residual ()

Aacutecido Aspaacutertico 49

Aacutecido Glutacircmico 114

Alanina 46

Arginina 58

Cisteiacutena 178

Fenilalanina 16

Glicina 64

Histidina 09

Isoleucina 26

Leucina 58

Lisina 27

Metionina 06

Prolina 84

Serina 117

Tirosina 2

Treonina 68

Valina 58

Figura 4 Estrutura da Cisteiacutena e da Cistina Reaccedilatildeo de oxi-reduccedilatildeo formando a ponte

dissulfeto Adaptado de httpltbiocienciascpoblogspotcombr201211resumo-

proteinashtmlgt

A incorporaccedilatildeo de elementos ao cabelo pode ocorrer por dois meios exoacutegeno e

endoacutegeno A incorporaccedilatildeo endoacutegena ocorre no primeiro estaacutegio de crescimento do fio onde o

foliacuteculo capilar encontra-se em contato com as glacircndulas secretoras e vasos sanguiacuteneos

Assim os elementos quiacutemicos que circulam no organismo atraveacutes dos fluidos podem

incorporar-se ao cabelo Estima-se que o periacuteodo entre a absorccedilatildeo pelo indiviacuteduo e a

incorporaccedilatildeo de elementos no cabelo seja de 30 dias Um modelo mais simples sugere que a

incorporaccedilatildeo endoacutegena ocorra de forma passiva isto eacute por difusatildeo [1] Os metais ligam-se

aos aminoaacutecidos atraveacutes de seus grupos funcionais como sulfidrila (-SH) amina (-NH2)

hidroxila (-OH) e carboxila (-COOH) nos quais a forccedila destas ligaccedilotildees dependeraacute da

estrutura eletrocircnica externa do metal [14]

Na incorporaccedilatildeo exoacutegena os elementos quiacutemicos satildeo levados ao cabelo por fatores

externos como aacutegua poeira fumaccedila cosmeacuteticos entre outros Os elementos podem ligar-se agrave

cutiacutecula do fio capilar principalmente se as cutiacuteculas estiverem danificadas [14]

32 Elementos Essenciais e Natildeo Essenciais e a Sauacutede Humana

Os elementos traccedilos podem ser divididos em essenciais e natildeo essenciais de acordo

com a importacircncia nutricional e a influecircncia no organismo dos seres vivos Os elementos

traccedilo essenciais satildeo considerados beneacuteficos e indispensaacuteveis para os seres vivos dentro de

uma faixa especiacutefica de concentraccedilatildeo Na Tabela 2 estatildeo listados os elementos traccedilo

essenciais e suas respectivas funccedilotildees bioloacutegicas [214]

Tabela 2 Elementos traccedilo essenciais e algumas de suas funccedilotildees bioloacutegicas

Adaptado de [14 16]

B Previne a osteoporose em mulheres na fase poacutes-menopausa

CaImportante na coagulaccedilatildeo sanguinea na contraccedilatildeo muscular transmissatildeo nervosa e

formaccedilatildeo de ossos e dentes

Cl Presente no suco gaacutestrico manteacutem o equilibrio hidrico e de eletroacutelitos

Co Constituinte da vitamina B12

Cr Importante no metabolismo da glicose

Cu Cofator em enzimas redox e no transporte de O2

F Prevenccedilatildeo das patologias bucodentaacuteria e oacutessea atua tambeacutem nos tecidos celulares

Fe Cofator em muitas enzimas e proteiacutenas heme

IPresente na estrutura de dois fatores hormonais da glacircndula tireoacuteide (tiroxina e

triiodotiroxina)

KImportante na regulaccedilatildeo da atividade neuromuscular crescimento celular e equiliacutebrio

osmoacutetico

MgRegula diversas reaccedilotildees enzimaacuteticas e age sobre as trocas iocircnicas da membrana

celular

MnCofator em muitas enzimas auxilia na reduccedilatildeo de accedilucar no sangue e a regular o

funcionamento do sistema reprodutivo

Elementos Essenciais e suas Funccedilotildees Bioloacutegicas

Os elementos traccedilo natildeo essenciais satildeo aqueles que natildeo apresentam nenhuma funccedilatildeo

no metabolismo das espeacutecies animais e vegetais e quando estatildeo em alta concentraccedilatildeo podem

provocar efeitos negativos ao organismo dos seres vivos Na Tabela 3 estatildeo listados alguns

elementos traccedilo natildeo essenciais e suas toxicidades [214]

Mo Cofator em enzimas que metabolizam os aminoaacutecidos metionina e cistina

NaAtua no controle osmoacutetico volume plasmaacutetico transmissatildeo de impulsos nervosos e

controle da contraccedilatildeo muscular

Ni A essencialidade eacute provaacutevel mas ainda natildeo estaacute estabelecida

PAtua na formaccedilatildeo dos ossos e dentes participa da estrutura das membranas

celulares e do processo de absorccedilatildeo renal da glicose

SParticipa da construccedilatildeo das proteiacutenas e no metabolismo energeacutetico faz parte de

algumas vitaminas (tiamina e biotina)

SeParticipaccedilatildeo na siacutentese de hormocircnios tireoideanos na accedilatildeo antioxidante e eacute cofator

em enzimas

Si Atua na estrutura da derme promovendo sua elasticidade

Sn A essencialidade eacute provaacutevel mas ainda natildeo estaacute estabelecida

V A essencialidade eacute provaacutevel mas ainda natildeo estaacute estabelecida

ZnCofator em algumas enzimas e na insulina tambeacutem exerce influecircncia no metabolismo

dos aacutecidos nucleiacutecos

Tabela 3 Elementos traccedilo natildeo essenciais e suas toxicidades Adaptado de [14]

Os termos macrominerais e microminerais (ou elementos-traccedilo) tambeacutem satildeo muito

utilizados no meio cientiacutefico principalmente na aacuterea de nutriccedilatildeo Os macrominerais satildeo

aqueles elementos encontrados em altas concentraccedilotildees nas amostras geralmente acima de

1 ou cuja necessidade diaacuteria no organismo seja maior que 100 mg No cabelo satildeo

considerados macrominerais por exemplo Ca P S Mg Na K e Cl Jaacute os microminerais satildeo

aqueles encontrados em baixas concentraccedilotildees na amostra (ppm ou ppb) ou cuja necessidade

no organismo seja inferior a 100 mg por dia No cabelo podem ser citados os seguintes

microminerais Fe Zn Cu Mn I Cr Se F Co Ni Si e Mo [114]

33 Abastecimento de Aacutegua na Regiatildeo de Amostragem

No Estado do Rio de Janeiro a captaccedilatildeo tratamento aduccedilatildeo e distribuiccedilatildeo das redes

de aacutegua ficam a cargo da CEDAE ndash Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos No presente

momento a CEDAE abastece cerca de 9 milhotildees de pessoas em 64 dos 92 municiacutepios do

Estado sendo Duque de Caxias um desses [17]

O abastecimento de aacutegua pela CEDAE na cidade de Duque de Caxias nunca ocorreu

de forma contiacutenua e natildeo haacute garantia da manutenccedilatildeo da qualidade da aacutegua ateacute a chegada ao

Al

Causa ao organismo anemia enfraquecimento dos ossos e muacutesculos

dificuldade no metabolismo do caacutelcio alteraccedilotildees hepatoloacutegicas e

renais dores de cabeccedila e nervosismo

AsInterrompe a expressatildeo de diversos genes em especial aqueles que

participam das vias de transduccedilatildeo de sinal

CdOcasiona perda de peso hemorragia danos ao sistema respiratoacuterio

hepatoloacutegico e renal

PbGera alteraccedilotildees cardiovasculares gastrointestinais hematoloacutegicas

renais neuroloacutegicas e imunoloacutegicas

Elementos Natildeo Essenciais e suas Toxicidades

consumidor Segundo dados do CENSO-2010 dos 269353 domiciacutelios estabelecidos no

municiacutepio de Duque de Caxias apenas 63 alegaram receber aacutegua de redes de distribuiccedilatildeo

[18] Diante do cenaacuterio atual em que o Sudeste vive a maior crise hiacutedrica dos uacuteltimos cem

anos devido agrave escassez de chuvas os reservatoacuterios que abastecem o estado do Rio de Janeiro

encontram-se em niacuteveis muito baixos e alguns deles chegaram ao volume morto (reserva

teacutecnica) Com isso o abastecimento de aacutegua para a populaccedilatildeo estaacute a cada dia mais escasso

Na Figura 5 apresenta-se uma foto da situaccedilatildeo do maior reservatoacuterio da Bacia do Rio Paraiacuteba

do Sul (em fevereiro deste ano) Este reservatoacuterio alimenta a Estaccedilatildeo de Tratamento de Aacutegua

do Guandu que por sua vez eacute responsaacutevel pelo abastecimento de toda a Regiatildeo Metropolitana

do Rio de Janeiro [19]

Figura 5 Reservatoacuterio Paraibuna localizado na Bacia do Rio Paraiacuteba do Sul apoacutes estiagem dos uacuteltimos anos

Na foto o reservatoacuterio estaacute com -056 da capacidade (volume morto) 03022015 Fonte http

ltogloboglobocomrionivel-de-reservatorios-do-rio-paraiba-do-sul-apresentam-leve-melhora-apos-chuvas-

fortes-15229418gt Acesso em 30072015

Devido aos fatores mencionados aliados agrave facilidade de manutenccedilatildeo e ao baixo custo

de perfuraccedilatildeo a utilizaccedilatildeo de aacutegua de poccedilo subterracircneo (Figura 6) eacute cada vez mais requisitada

para suprir as carecircncias de abastecimento No Brasil o aquiacutefero subterracircneo abastece cerca de

19 do total dos domiciacutelios particulares enquanto que no municiacutepio de Duque de Caxias este

percentual atinge os 35 segundo o CENSO-2010 [18]

Figura 6 Poccedilo subterracircneo em Duque de Caxias

34 Fluorescecircncia de Raios X - Teoria

A Espectroscopia de Fluorescecircncia de Raios X eacute uma teacutecnica natildeo destrutiva que

permite a identificaccedilatildeo simultacircnea (qualitativa e quantitativa) de elementos presentes em uma

amostra A teacutecnica baseia-se no fato dos elementos quiacutemicos emitirem radiaccedilotildees

caracteriacutesticas quando submetidos a uma excitaccedilatildeo adequada [20-23]

As amostras satildeo irradiadas com foacutetons (feixe de raios x) gerados por uma fonte Esse

feixe de raios x primaacuterio possui energia suficiente para ejetar eleacutetrons de camadas internas do

aacutetomo (camadas com maior energia de ligaccedilatildeo) transferindo energia para este eleacutetron que eacute

ejetado como fotoeleacutetron O aacutetomo fica instaacutevel (excitado) com uma vacacircncia na camada

interna Com o intuito de diminuir a energia do sistema eleacutetrons de outras camadas

preenchem essa lacuna A diferenccedila de energia entre os niacuteveis da transiccedilatildeo eletrocircnica eacute

liberada atraveacutes da emissatildeo de um foacuteton de raios x (fluorescecircncia ou raio x secundaacuterio) que

tem energia caracteriacutestica para cada elemento como ilustrado na Figura 7 A energia do raio x

caracteriacutestico eacute fornecida pela Equaccedilatildeo 1 [20-23]

Ex = Eni - Enf (Eq1)

Onde

Ex = energia do raio x caracteriacutestico emitido

Eni Enf = energia dos estados eletrocircnicos inicial e final respectivamente

Figura 7 Esquema do princiacutepio da Fluorescecircncia de Raios X

Fonteltwwwshimadzucombrgt Acesso em 30072015

A radiaccedilatildeo caracteriacutestica eacute nomeada de acordo com o niacutevel de onde se apresenta a

vacacircncia (K L M) e de qual niacutevel (α β) e subniacutevel (1 2) proveacutem o eleacutetron que iraacute

ocupar essa lacuna Por exemplo a vacacircncia originada na camada K pode ser preenchida por

eleacutetrons de dois subniacuteveis da camada L o que origina as linhas espectrais Kα1 e Kα2 Se a

vacacircncia da camada K fosse ocupada por um eleacutetron da M teria-se o Kβ e assim por diante

[23]

Com isso os elementos em uma amostra podem ser identificados atraveacutes da medida

do comprimento de onda (ou energia) dessas radiaccedilotildees caracteriacutesticas e as concentraccedilotildees

mensuradas pela intensidade dessas radiaccedilotildees [2123]

Quando um feixe de raios x incide sobre um determinado material diversas formas

de interaccedilatildeo entre a radiaccedilatildeo e a mateacuteria podem ocorrer tais como o Efeito Auger e os

espalhamentos Rayleigh e Compton [20-23]

O processo de relaxaccedilatildeo natildeo-radiativa ou Efeito Auger ocorre quando o aacutetomo

excitado emite um eleacutetron (eleacutetron Auger) ao inveacutes do processo de fluorescecircncia (Figura 8)

Esses dois processos de relaxaccedilatildeo do sistema satildeo concorrentes e a predominacircncia de um ou de

outro depende do numero atocircmico O Efeito Auger prevalece em elementos com baixo

nuacutemero atocircmico (Zlt20) [21]

Figura 8 Efeito Auger [20]

O fenocircmeno de espalhamento de raios x eacute importante em espectroscopia pois eacute

responsaacutevel pela intensidade da radiaccedilatildeo de fundo (background) presente em uma

determinada medida Ele eacute a soma dos efeitos de dois fenocircmenos o espalhamento coerente

elaacutestico ou Rayleigh no qual os raios x primaacuterios satildeo defletidos sem perda de energia isto eacute

sem alteraccedilatildeo no comprimento de onda (λ) e o espalhamento incoerente inelaacutestico ou

Compton no qual foacutetons de raios x primaacuterio satildeo defletidos com perda de energia e com

ejeccedilatildeo de um fotoeleacutetron (Figura 9) [21]

Figura 9 Espalhamento Compton e Rayleigh [21]

35 Fluorescecircncia de Raios X - Instrumentaccedilatildeo

Na Figura 10 pode ser observado um esquema com os principais componentes do

espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X por Dispersatildeo de Comprimento de Onda

(WDXRF - Wavelength Dispersive X-ray Fluorescence) utilizado neste trabalho Suas

funccedilotildees seratildeo descritas em seguida [23]

Figura 10 Instrumentaccedilatildeo do Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X por Dispersatildeo de

Comprimento de Onda - S8 TIGER - BRUKER [23]

Tubo de Raios X

A radiaccedilatildeo incidente eacute produzida em um tubo de raios x consistindo em uma ampola

de vidro ou de metal sob alto vaacutecuo com um filamento de tungstecircnio em uma extremidade

denominado caacutetodo e um alvo de metal na outra extremidade denominado acircnodo

O filamento eacute aquecido por uma corrente eleacutetrica e emite eleacutetrons (emissatildeo

termiocircnica) Os eleacutetrons satildeo acelerados rumo a um acircnodo (alvo) empregando-se uma

diferenccedila de potencial (10-70 kV) Raios x primaacuterios satildeo produzidos quando esses eleacutetrons

com alta velocidade colidem com o material alvo Com o impacto a maior parte da energia

cineacutetica dos eleacutetrons eacute convertida em calor exigindo que o acircnodo seja resfriado de forma

eficiente Apenas uma pequena parte (02-05 dependendo do tipo do alvo) da energia

eletrocircnica eacute convertida em raios x uacuteteis

Essa radiaccedilatildeo consiste em um Contiacutenuo ou Bremsstrahlung e linhas de raios x

caracteriacutesticas do material alvo (aleacutem de linhas caracteriacutesticas de quaisquer contaminantes

presentes) Assim o espectro primaacuterio de um tubo de raios x convencional consiste em linhas

caracteriacutesticas do material do acircnodo (por exemplo Rh) superpostas a um contiacutenuo de

radiaccedilatildeo

Os tubos de raios x satildeo geralmente isolados atraveacutes de uma janela de beriacutelio pois

esse elemento apresenta baixa absorccedilatildeo de raios x e alta resistecircncia mecacircnica para suportar as

diferenccedilas de pressatildeo

Filtros do Feixe Primaacuterio

O espectro primaacuterio pode natildeo conter apenas as linhas do elemento-alvo mas tambeacutem

as linhas de impurezas como Fe Cr ou Cu presentes em vaacuterias partes do tubo Desta forma o

niacutevel de fundo (background) na posiccedilatildeo desses elementos no espectro pode ser elevado

Filtros de feixe primaacuterio satildeo utilizados para filtrar as linhas caracteriacutesticas do tubo se

o mesmo elemento estiver presente na amostra ou se houver sobreposiccedilatildeo por uma linha do

tubo em linhas de elementos da amostra No equipamento em que foram feitas as anaacutelises satildeo

utilizados (automaticamente) os filtros de Cu de 200 microm de espessura e o de Al de 500 microm de

espessura

Maacutescara

Delimita a aacuterea da amostra que seraacute irradiada

Selo de vaacutecuo (Vacuum seal )

Protege o sistema de detecccedilatildeo dos foacutetons de raios x de qualquer vazamento de

amostra

Goniocircmetro

Em equipamentos de dispersatildeo sequencial empregam-se uma ldquogeometria do feixe

paralelordquo ou uma ldquogeometria de cristal planardquo permitindo que os acircngulos do cristal e do

detector sejam selecionados por um aparelho chamado goniocircmetro

O goniocircmetro eacute uma estrutura de rotaccedilatildeo que permite que o cristal e o detector

possuam um movimento angular acoplado θ a 2θ entre eles

Colimador

Colima o feixe divergente de raios x emitido pela amostra Satildeo normalmente feitos

de uma seacuterie de lacircminas paralelas O comprimento e o espaccedilamento entre as lacircminas

determinam a divergecircncia angular admitida pelo colimador Essa divergecircncia angular

juntamente com o cristal determina a resoluccedilatildeo final do espectro

Pode-se melhorar a resoluccedilatildeo fechando o colimador para minimizar a divergecircncia

Poreacutem com isso a intensidade tambeacutem diminui Assim torna-se necessaacuterio um equiliacutebrio

entre a resoluccedilatildeo final (necessaacuteria para evitar sobreposiccedilotildees espectrais importantes) e a

sensibilidade (relacionada com a intensidade)

Cristal

Separa os vaacuterios comprimentos de onda emitidos pela amostra A lei de Bragg

(equaccedilatildeo 2) propotildee que se um plano cristalino tiver um espaccedilamento interplanar (d) refletindo

um comprimento de raios x (λ) essa onda difere em caminho percorrido por uma distacircncia

(2dsenθ) da onda refletida pelo plano adjacente Quando esse caminho percorrido difere por

um nuacutemero inteiro de comprimento de onda tem-se uma interferecircncia construtiva e os raios x

refletidos satildeo reforccedilados Caso contraacuterio tem-se uma interferecircncia destrutiva e os raios x

refletidos se anulam A equaccedilatildeo de Bragg (2)

119899120582 = 2119889119904119890119899120579 (Eq 2)

Onde

n = nuacutemero inteiro (1 2 3) chamado Ordem de Difraccedilatildeo

d = espaccedilamento interplanos no cristal utilizado

θ = acircngulo de Bragg ou acircngulo de difraccedilatildeo

λ = comprimento de onda da linha espectral

Dessa forma para um dado plano cristalino e uma dada ordem de difraccedilatildeo cada

comprimento de onda no espectro de XRF incidente eacute difratado em um uacutenico acircngulo O

comprimento de onda maacuteximo que o proacuteprio plano cristalino pode difratar eacute 2d (quando senθ

assume o valor maacuteximo de 1) Portanto eacute necessaacuterio um cristal ou um plano cristalino com

diferentes valores de 2d para cobrir diferentes intervalos de comprimento de onda em toda a

tabela perioacutedica No espectrocircmetro utilizado neste trabalho foram usados os seguintes cristais

XS-55 (multicamada de WSi) do C ateacute o Mg PET (Pentaeritriato) do Al ateacute o Ti e LiF 200

do K ateacute o U

Detector

Converte os foacutetons de raios x em pulsos de tensatildeo mensuraacuteveis Satildeo utilizados dois

detectores para cobrir todos os elementos do Be ao U Detector de fluxo proporcional

(preenchido com Ar) para elementos do Be ao Cr e o detector de cintilaccedilatildeo de NaI(Tl) para

elementos do Mn ao U

Detectores de fluxo proporcional

Satildeo detectores de radiaccedilatildeo que operam a partir da ionizaccedilatildeo de gases Satildeo

constituiacutedos por um conjunto de eletrodos e um gaacutes Quando o gaacutes eacute colocado entre dois

eletrodos aos quais eacute aplicada certa diferenccedila de potencial os caacutetions e eleacutetrons produzidos

pela passagem de radiaccedilatildeo seratildeo atraiacutedos pelos eletrodos de carga oposta e por eles seratildeo

coletados Na regiatildeo de verdadeira proporcionalidade (Equaccedilatildeo 3) a razatildeo entre a carga

coletada pelos eletrodos e a carga gerada pela ionizaccedilatildeo primaacuteria manteacutem-se constante para as

diferenccedilas de potencial (∆V) aplicadas e com um capacitor de capacitacircncia (C)

Quando a radiaccedilatildeo atravessa esse tipo de detector e produz pares iocircnicos (formados

por eleacutetrons e caacutetions do gaacutes) esses caacutetions (ionizaccedilatildeo primaacuteria) satildeo acelerados adquirindo

energia suficiente para produzir novos pares iocircnicos (ionizaccedilatildeo secundaacuteria) por colisatildeo com

moleacuteculas inicialmente neutras do gaacutes Assim haacute uma multiplicaccedilatildeo do nuacutemero de pares

original A carga coletada eacute igual agrave carga produzida pela radiaccedilatildeo (Q) multiplicada por um

fator (M) denominado ldquoganhordquo

∆119881 = (119872119876)

119862 (Eq 3)

Portanto o sinal produzido tem altura proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo incidente

Detectores de cintilaccedilatildeo

O cintilador eacute uma substacircncia soacutelida ou liacutequida na qual a energia de radiaccedilatildeo

incidente eacute transferida aos eleacutetrons do material sendo depois emitida na forma de radiaccedilatildeo

eletromagneacutetica de frequecircncia menor (visiacutevel ou ultravioleta)

O detector de cintilaccedilatildeo utilizado eacute constituiacutedo por um cristal de NaI(Tl) (iodeto de

soacutedio ativado com 1 de iodeto de taacutelio) no qual ocorre a emissatildeo de radiaccedilatildeo de frequecircncia

menor aleacutem de um fotomultiplicador onde essa radiaccedilatildeo luminosa eacute transformada em pulso

eleacutetrico e amplificada

O mecanismo de cintilaccedilatildeo nos cristais inorgacircnicos baseia-se na propriedade dos

semicondutores terem banda de valecircncia e banda de conduccedilatildeo Na banda de valecircncia os

eleacutetrons estatildeo essencialmente ligados aos siacutetios do cristal Jaacute na banda de conduccedilatildeo os

eleacutetrons tecircm energia suficiente para migrar atraveacutes do cristal No cristal puro natildeo satildeo

encontrados eleacutetrons na banda proibida

Ao incidir uma radiaccedilatildeo no cristal pode ocorrer excitaccedilatildeo de eleacutetrons ateacute a banda de

conduccedilatildeo deixando lacunas na banda de valecircncia (normalmente preenchida)

No cristal puro a energia necessaacuteria para formar um par eleacutetronlacuna eacute

aproximadamente a mesma liberada quando esse par se recombina Assim os espectros de

absorccedilatildeo e emissatildeo superpotildeem-se ocorrendo autoabsorccedilatildeo da radiaccedilatildeo luminosa produzida

Se o cristal for ativado a emissatildeo pode ocorrer via um siacutetio do ativador para o qual a energia

de transiccedilatildeo eacute menor do que a necessaacuteria para a criaccedilatildeo do par eleacutetronlacuna Desse modo o

espectro emitido eacute deslocado para comprimentos de onda maiores e natildeo causa nova absorccedilatildeo

No tubo fotomultiplicador converte-se a radiaccedilatildeo de baixa intensidade produzida no

cintilador em um sinal eleacutetrico uacutetil agrave detecccedilatildeo e contagem de radiaccedilatildeo

Analisador de altura de pulso (PHA)

A energia do foacuteton incidente de raios x determina o tamanho do pulso de tensatildeo

produzido pelo detector O analisador de altura de pulso faz uso dessa propriedade a fim de

selecionar apenas um intervalo estreito de pulsos de voltagem rejeitando todos os pulsos com

intensidades fora do intervalo escolhido

Ao final utiliza-se o meacutetodo de integraccedilatildeo dos recebidos em um integrador

eletrocircnico Se N representa o nuacutemero de contagens em um tempo de integraccedilatildeo t segundos

entatildeo a taxa de contagem eacute Nt contagens por segundo (cps)

36 Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford - Teoria

A teacutecnica de RBS consiste em incidir partiacuteculas monoenergeacuteticas de um feixe de iacuteons

(geralmente iacuteons He+) de alta energia em um alvo estacionaacuterio Ao colidirem com os aacutetomos

do alvo as partiacuteculas satildeo elasticamente espalhadas no campo eleacutetrico do nuacutecleo do aacutetomo e

chegam a um detector por um acircngulo de retroespalhamento Na Figura 11 apresenta-se um

esquema de espalhamento elaacutestico [25-27]

Figura 11 Espalhamento elaacutestico em acircngulo de retroespalhamento de um iacuteon de massa M1

por um aacutetomo de massa M2 com M2gtM1 [25]

O detector ao receber as partiacuteculas espalhadas produz um pulso ou sinal que eacute entatildeo

processado por um analisador multicanal e classificado conforme a amplitude que

corresponde a uma escala em energia Como resultado as informaccedilotildees sobre a composiccedilatildeo

elementar do aacutetomo alvo satildeo obtidas a partir de um espectro de contagens em funccedilatildeo da

energia das partiacuteculas retroespalhadas detectadas [25]

O fator cinemaacutetico (K) eacute responsaacutevel pela anaacutelise elementar qualitativa Essa

grandeza depende da razatildeo entre as energias das partiacuteculas incidentes antes (E0) e depois (E)

do espalhamento (Equaccedilatildeo 4)

119870 = 119864

1198640 (Eq 4)

Considerando as conservaccedilotildees de energia e do momentum na colisatildeo elaacutestica obteacutem-

se a relaccedilatildeo entre o fator cinemaacutetico (K) a massa atocircmica da partiacutecula incidente (M1) a massa

atocircmica do aacutetomo alvo (M2) e o acircngulo de espalhamento (θ) (Eq 5)

119870 = [1198721 119888119900119904120579+ (1198722

2minus 11987212 1199041198901198992120579)

12

1198721+ 1198722]

2

(Eq 5)

Os valores de M1 θ e E0 satildeo preacute-fixados conhecendo E determina-se K e por

conseguinte determina-se M2

A Figura 12 apresenta um esquema do espectro de RBS de um filme fino de

composiccedilatildeo geneacuterica AB onde a massa de A eacute maior do que a massa de B depositado em um

substrato C ainda mais leve

Figura 12 Esquema de um espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford de

um filme fino AB sobre um substrato C ainda mais leve [27]

A resoluccedilatildeo em massa da teacutecnica eacute a diferenccedila miacutenima de massa entre dois aacutetomos-

alvo para que sinais resolvidos possam ser observados no espectro A discriminaccedilatildeo em massa

eacute maacutexima para θ = 180deg razatildeo pela qual satildeo utilizados acircngulos elevados experimentalmente

Pode-se melhorar a resoluccedilatildeo em massa na RBS aumentando a energia e a massa dos aacutetomos

incidentes e melhorando a resoluccedilatildeo do sistema de detecccedilatildeo com o cuidado para natildeo degradar

os detectores [25]

Outra grandeza importante em RBS eacute a seccedilatildeo de choque de espalhamento (σ) que eacute

uma medida da probabilidade de ocorrer o espalhamento e que atribui o caraacuteter quantitativo agrave

teacutecnica [25] Considerando um nuacutemero de partiacuteculas espalhadas (H) sobre um detector tem-se

a Equaccedilatildeo 6

119867 = 119876119873119905 ⟨119889120590

119889120570⟩Ω (Eq 6)

Onde

Q = nuacutemero de partiacuteculas que atinge a amostra

N = densidade volumeacutetrica dos aacutetomos alvo

t = espessura do alvo

⟨119889120590

119889120570⟩ = seccedilatildeo de choque meacutedia de espalhamento

Ω = acircngulo soacutelido do detector em relaccedilatildeo ao feixe

Para acircngulos pequenos tem-se ⟨119889120590

119889120570⟩ = (

119889120590

119889120570)120579

= σ (Eq 7)

Logo 119867 = 119876119873119905120590120570 (Eq 8)

Na Equaccedilatildeo 8 conhecendo o nuacutemero de partiacuteculas que atinge o alvo Q e o detector

H pode-se determinar o numero de aacutetomos por unidade de aacuterea da amostra (Nt) desde que se

conheccedila o acircngulo soacutelido de detecccedilatildeo Ω e a seccedilatildeo de choque de espalhamento (σ) Para uma

colisatildeo elaacutestica entre dois aacutetomos com nuacutemeros atocircmicos Z1 e Z2 (do aacutetomo incidente e do

aacutetomo alvo respectivamente) em que a forccedila de interaccedilatildeo eacute a repulsatildeo eletrostaacutetica dos

nuacutecleos a seccedilatildeo de choque de espalhamento diferencial (por unidade de acircngulo soacutelido) eacute dada

pela Foacutermula de Rutherford (Equaccedilatildeo 9)

119889120590

119889120570= (

119885111988521198902

4119864)2

4

1199041198901198994120579

[1minus ((

11987211198722) 119904119890119899120579)

2

]

12

+cos120579

[1minus ((11987211198722)119904119890119899 120579)

2

]

12

2

(Eq 9)

Em siacutentese a razatildeo entre as concentraccedilotildees relativas dos elementos A e B na

superfiacutecie de uma amostra 119873119860119860119861(119909)

119873119861119860119861(119909)

pode ser calculada com o auxiacutelio de um programa

computacional ou atraveacutes da medida de altura dos degraus obtidos no espectro sendo

calculadas com as Equaccedilotildees 10 e 11

(119889120590

119889120570)119861

(119889120590

119889120570)119860

= Ji (Eq 10)

119873119860119860119861(119909)

119873119861119860119861(119909)

= 119867119860119860119861

119867119861119860119861 119869119894 (Eq 11)

37 Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford - Instrumentaccedilatildeo

Na Figura 13 pode ser observado um esquema com os principais componentes da

instrumentaccedilatildeo utilizada em anaacutelises por RBS que seratildeo descritos em seguida de acordo com

o equipamento utilizado para a realizaccedilatildeo deste trabalho e com informaccedilotildees obtidas na

referecircncia [25]

Figura 13 Esquema dos componentes presentes na instrumentaccedilatildeo utilizada em anaacutelises por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford Fonte Adaptado de [25]

O Laboratoacuterio de Implantaccedilatildeo Iocircnica da Universidade Federal do Rio Grande do Sul

possui um acelerador Tandetron equipado com fontes de iacuteons dos tipos sputtering e de

plasma com tecnologia ldquotandemrdquo com 3MV de tensatildeo maacutexima no terminal e cinco estaccedilotildees

experimentais de linhas distintas incluindo a de RBS

Fonte de iacuteons

Fonte de Plasma um gaacutes ou um vapor eacute ionizado por meio de campos

eletromagneacuteticos na faixa de radiofrequecircncia ou ao ser atravessado por corrente eleacutetrica

Fonte de ldquoSputteringrdquo os iacuteons satildeo produzidos por transferecircncia de momentum

quando da colisatildeo de um feixe primaacuterio (geralmente Cs+) com um alvo soacutelido

Aceleradores ldquotandemrdquo

Neste tipo de acelerador iacuteons positivos deixam a fonte passam por uma troca de

carga (com vapor de Liacutetio ou outro elemento eletropositivo) e satildeo conduzidos com carga

negativa ao tubo acelerador onde satildeo atraiacutedos por um terminal positivo No caso dos iacuteons

produzidos serem originalmente negativos a troca de carga eacute suprimida Junto ao terminal

positivo passam por uma seccedilatildeo contendo um gaacutes ou vapor (N2 no presente caso) ou por uma

folha muito fina de carbono para que os iacuteons emergentes tenham perdido os eleacutetrons Com

carga positiva satildeo novamente acelerados agora por repulsatildeo do terminal Diferenccedilas de

potencial da ordem de vaacuterios milhotildees de volts satildeo obtidas utilizando circuitos multiplicadores

de voltagem que multiplicam e retificam a tensatildeo produzida por um transformador Seguindo

o tubo acelerador geralmente encontra-se um segundo eletroiacutematilde que permite direcionar o

feixe de iacuteons para uma das estaccedilotildees experimentais de acordo com as espeacutecies a serem

detectadas (no presente caso partiacuteculas retroespalhadas)

Detectores de estado soacutelido com junccedilotildees p-n obtidas por implantaccedilatildeo iocircnica

A junccedilatildeo p-n sob polarizaccedilatildeo reversa permite a coleta de cargas geradas na

produccedilatildeo de pares eleacutetron-lacuna Esse fenocircmeno ocorre quando um iacuteon atravessa um

semicondutor excitando eleacutetrons da banda de valecircncia para a banda de conduccedilatildeo que entatildeo

satildeo coletados no acircnodo Dessa forma o nuacutemero de eleacutetrons coletados no acircnodo eacute proporcional

ao nuacutemero de pares de eleacutetron-lacuna produzidos o qual eacute proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo

incidente desde que o iacuteon seja totalmente freado dentro do volume ativo do detector

Analisador multicanal (MCA) no modo de anaacutelise de intensidade de pulso

O MCA consta de uma sequecircncia de registradores onde cada pulso de entrada uma

vez digitalizado por um conversor analoacutegico-digital (ADC) eacute analisado com relaccedilatildeo a sua

amplitude (modo PHA) sob o controle de um discriminador Na sequecircncia o canal de

memoacuteria correspondente tem seu conteuacutedo incrementado em uma unidade Com isso

acumulam-se em um canal especiacutefico todos os pulsos de entrada de um pequeno intervalo de

amplitudes ou energias dos iacuteons incidentes Ao final com a soma dos pulsos recebidos em

cada canal obteacutem-se um histograma do nuacutemero de pulsos em funccedilatildeo de suas amplitudes ou

energias dos iacuteons incidentes

40 METODOLOGIA

41 Amostragem

Amostras de cabelo de 16 pessoas foram coletadas Os doadores foram entrevistados

seguindo o questionaacuterio disponiacutevel no ANEXO I e selecionados de acordo com os seguintes

criteacuterios possuiacuterem cabelos virgens (cabelos sem nenhum tipo de tratamento quiacutemico como

coloraccedilotildees tinturas alisantes entre outros) estarem saudaacuteveis serem natildeo fumantes e viverem

na Regiatildeo Metropolitana do Rio de Janeiro As amostras foram divididas em dois grupos de

oito o primeiro de pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo subterracircneo e o segundo com pessoas

que ingerem a aacutegua tratada e distribuiacuteda pela CEDAE

Foram analisadas amostras de cabelo de duas pessoas que consumiam a aacutegua do

mesmo poccedilo isto eacute duas amostras de cada residecircncia totalizando 4 poccedilos diferentes (a b c

d) na localidade Chaacutecaras Arcampo em Duque de Caxias ndash RJ (Figura 14)

Figura 14 Mapa com os pontos de coleta de amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua

de poccedilo em destaque a localizaccedilatildeo das residecircncias com os poccedilos

Fonte Google Earth Acesso em 30072015

As amostras foram coletadas na regiatildeo occipital da cabeccedila (nuca) como visto na

Figura 15 com o auxiacutelio de uma tesoura de accedilo inoxidaacutevel devidamente limpa com etanol

Essa regiatildeo eacute definida como padratildeo por ser menos suscetiacutevel a contaminaccedilatildeo exoacutegena e

tambeacutem por sempre existir cabelo em indiviacuteduos semicalvos [14] Em seguida as amostras

foram catalogadas e armazenadas em sacos plaacutesticos [5] Informaccedilotildees adicionais sobre o sexo

e a idade dos doadores e o tipo e cor das amostras de cabelo coletadas disponiacuteveis no ANEXO

II

Figura 15 Coleta de amostra de cabelo na regiatildeo occipital da cabeccedila

42 Lavagem das Amostras de Cabelo

Todas as amostras foram submetidas a uma sequecircncia de etapas de lavagem de 10

minutos cada utilizando acetona e aacutegua deionizada (Figura 16) Em seguida foram colocadas

para secar agrave temperatura ambiente de acordo com o procedimento recomendado pela Agecircncia

Internacional de Energia Atocircmica (IAEA) [5]

Figura 16 Lavagem das amostras de cabelo

As amostras analisadas por XRF foram colocadas diretamente no suporte do

equipamento Os fios foram colocados de maneira a se obter a superfiacutecie do porta-amostra

totalmente coberta pelo cabelo a qual em seguida foi coberta por um filme (Ultralenereg 4

microm de espessura) (Figura 17) Para a anaacutelise com o RBS o cabelo foi aderido ao suporte do

porta-amostra com o auxiacutelio de uma fita dupla face de carbono puro (Figura 18)

Figura 17 Amostra de cabelo em porta-amostra do equipamento de Fluorescecircncia de

Raios X

Figura 18 Amostra de cabelo no porta-amostra do equipamento de Espectrometria de

Retroespalhamento Rutherford

43 Paracircmetros Instrumentais

Anaacutelises semiquantitativas de XRF dos elementos presentes no cabelo foram

realizadas no Laboratoacuterio de Impacto de Foacutetons e Eleacutetrons (LIFE) na Universidade Federal do

Rio de Janeiro (UFRJ) Utilizou-se o Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios-X S8 TIGER

ndash BRUKER (Figura 19) na faixa de energia de 05 a 56 keV acircnodo de Rh trabalhando com 1

kW de potecircncia com uma janela de Be de 76 microm atraveacutes do software Quant-Express no

meacutetodo Best Detection O tempo de aquisiccedilatildeo para cada amostra foi de aproximadamente 20

minutos

Os dados por RBS foram realizados no Laboratoacuterio de Implantaccedilatildeo Iocircnica na

Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) Utilizou-se um acelerador de iacuteons

Tandetron - HVEE 3 MV (Figura 20) usando 2000 keV de iacuteons He+ incidentes e detecccedilatildeo de

partiacuteculas retroespalhadas a 165deg

Figura 19 Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X - S8 TIGER - BRUKER

Figura 20 Acelerador de iacuteons Tandetron - HVEE 3 MV onde foi feita a anaacutelise por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford

50 RESULTADOS E DISCUSSOtildeES

51 Anaacutelise por XRF

O espectro completo de XRF da amostra 2 referente ao cabelo de uma pessoa que

ingere aacutegua de poccedilo eacute mostrado na Figura 21 conforme obtido diretamente do equipamento

Eacute possiacutevel identificar as linhas de excitaccedilatildeo do Rh e as linhas de espalhamento Compton e

Rayleigh Os espectros ampliados somente na regiatildeo de interesse com as linhas de

fluorescecircncia Kα e Kβ atribuiacutedas agrave maioria dos elementos (exceto para o chumbo em que se

detectam as linhas Lα e Lβ) e sem as linhas de Rh de todas as amostras analisadas encontram-

se nos ANEXOS III e IV Os elementos analisados e a energia de suas linhas de emissatildeo de

fluorescecircncia Kα e Kβ satildeo apresentados na Tabela 4

Figura 21 Espectro de Fluorescecircncia de Raios X completo da amostra 2

Tabela 4 Energia em keV das principais linhas de emissatildeo de raios x dos elementos

analisados Adaptado de [26]

Os elementos observados e as concentraccedilotildees semiquantitativas das amostras de

cabelo das pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo e das amostras de cabelo das pessoas que

ingerem aacutegua distribuiacuteda pela CEDAE satildeo apresentados respectivamente nas Tabelas 5 e 6

Kα Kβ

Al 1487 1557

Si 1740 1836

P 2014 2139

S 2308 2464

Cl 2622 2816

Ca 3692 4013

Mn 5899 6490

Fe 6404 7058

Cu 8048 8905

Zn 8639 9572

Pb (Linhas Lα e Lβ) 10552 12614

Elementos

Analisados

Energia (keV) das Linhas de

Emissatildeo de Raios X

Tabela 5 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (1 a 8) que

ingerem aacutegua de poccedilo As concentraccedilotildees dos elementos foram normalizadas de modo que a

soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da matriz orgacircnica em conjunto

seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo ldquoa b c drdquo correlacionam a amostra

de cabelo com o poccedilo do qual o indiviacuteduo ingere aacutegua

1 2 3 4 5 6 7 8

Al 002 003 003 34 ppm natildeo det 006 natildeo det 001

Si 001 54 ppm 006 46 ppm 005 002 002 54 ppm

P 003 003 54 ppm 002 001 46 ppm natildeo det 004

S 117 071 115 118 166 135 151 098

Cl 003 65 ppm 002 002 natildeo det 003 natildeo det 61 ppm

Ca 003 003 80 ppm 002 004 002 008 008

Mn 73 ppm 78 ppm 58 ppm 10 ppm natildeo det 91 ppm natildeo det 54 ppm

Fe 001 001 92 ppm 29 ppm 38 ppm 001 27 ppm 83 ppm

Cu 44 ppm 41 ppm 46 ppm 31 ppm natildeo det 44 ppm 37 ppm 36 ppm

Zn 77 ppm 002 91 ppm 82 ppm 41 ppm 92 ppm 40 ppm 98 ppm

Pb 10 ppm 9 ppm 12 ppm 10 ppm natildeo det 10 ppm natildeo det 9 ppm

a b c d

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Elementos

Tabela 6 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (9 a 16)

que ingerem aacutegua tratada e distribuiacuteda pela CEDAE As concentraccedilotildees dos elementos foram

normalizadas de modo que a soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da

matriz orgacircnica em conjunto seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo

9 10 11 12 13 14 15 16

Al 001 36 ppm natildeo det 002 61 ppm 90 ppm 002 natildeo det

Si natildeo det 35 ppm natildeo det 40 ppm 79 ppm 60 ppm natildeo det natildeo det

P 003 34 ppm 003 002 natildeo det 46 ppm natildeo det 41 ppm

S 111 106 116 152 136 145 155 128

Cl 52 ppm 001 002 003 004 005 014 009

Ca 006 004 002 002 001 001 001 001

Mn 51 ppm 9 ppm 32 ppm natildeo det 24 ppm 57 ppm natildeo det 30 ppm

Fe 82 ppm 30 ppm 57 ppm 56 ppm 59 ppm 90 ppm 52 ppm 54 ppm

Cu 31 ppm 51 ppm 28 ppm 27 ppm 31 ppm 44 ppm 14 ppm 29 ppm

Zn 001 001 92 ppm 86 ppm 001 001 42 ppm 001

Pb natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det

Elementos

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

Na anaacutelise semiquantitativa por XRF pode-se verificar a presenccedila de elevadas

concentraccedilotildees de enxofre o que jaacute era esperado visto que este elemento faz parte da estrutura

da cisteiacutena o aminoaacutecido em maior quantidade na composiccedilatildeo do cabelo

Os elementos Ca Zn e Fe foram detectados em todas as amostras dos dois grupos O

Ca aparece na maior parte das amostras em concentraccedilotildees da ordem de enquanto que o Zn

e o Fe da ordem de ppm Os elementos Al P Mn Cl Si e Cu aparecem na maioria das

amostras em ambos os grupos No entanto o Pb foi observado em concentraccedilotildees da ordem de

ppm somente em amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo

Para as amostras 5 7 e 15 utilizou-se um porta amostra com maacutescara de 8 mm de

diacircmetro ao inveacutes da maacutescara de 34 mm utilizada para as outras amostras devido a pouca

quantidade de cabelo coletado Agrave vantagem de poder utilizar menos amostra com a maacutescara

de 8 mm contrapotildee-se um aumento do ruiacutedo de fundo e a consequente perda da sensibilidade

na anaacutelise Tal fato pode provavelmente justificar a quantidade menor de elementos

observados nessas amostras em comparaccedilatildeo com as demais incluindo a ausecircncia do elemento

chumbo nas amostras 5 e 7 jaacute que o mesmo aparece nas amostras 6 e 8 das pessoas que

bebem a mesma aacutegua dos poccedilos c e d respectivamente

52 Anaacutelise por RBS

Apresenta-se na Figura 22 o espectro de RBS da amostra 2 adquirido durante 8

horas de anaacutelise e apoacutes tratamento dos dados atraveacutes do programa computacional OriginPro 8

Duas ampliaccedilotildees (I e II) nas regiotildees de mais alta energia satildeo apresentadas nas Figuras 23 e

24 Observou-se a presenccedila dos elementos C N O Si S Cl Ti Cu Zn e Pb

As energias dos iacuteons He+ retroespalhados a partir da interaccedilatildeo com os nuacutecleos de Pb

e Hg satildeo muito proacuteximas tornando difiacutecil a resoluccedilatildeo dos sinais No entanto o Hg natildeo foi

observado em nenhuma das amostras por XRF enquanto o Pb pode ser detectado claramente

Conclui-se portanto que o degrau no espectro eacute correspondente ao Pb

Utilizando-se o caacutelculo da seccedilatildeo de choque de espalhamento Rutherford foi possiacutevel

obter uma anaacutelise quantitativa relativa da amostra 2 Para isso foi escolhido o enxofre como

elemento padratildeo devido ao fato do S estar presente em todas as amostras de cabelo e ser

facilmente detectaacutevel por ambas as teacutecnicas Para cada aacutetomo de S na amostra de cabelo as

seguintes proporccedilotildees atocircmicas foram obtidas 115 x 102 C 274 x 10

1 N 157 x 10

1 O 479 x

10-1

Si 641 x 10-1

Cl 454 x 10-2

Ti 162 x 10-2

Cu 265 x 10-2

Zn e 504 x 10-4

Pb

Figura 22 Espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da amostra 2

(grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 23 Ampliaccedilatildeo I do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 24 Ampliaccedilatildeo II do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

60 CONCLUSOtildeES

As teacutecnicas de XRF e RBS mostraram-se eficientes e complementares na

determinaccedilatildeo de vaacuterios elementos presentes em amostras de cabelo humano Atraveacutes das duas

teacutecnicas foi possiacutevel detectar de forma semiquantitativa a presenccedila de elementos desde o Al

ateacute o Pb Por RBS tambeacutem foram detectados elementos mais leves como C N e O A

utilizaccedilatildeo conjunta das duas teacutecnicas permitiu a identificaccedilatildeo inequiacutevoca de Pb no espectro de

RBS

Eacute evidente que as concentraccedilotildees dos elementos nas amostras de cabelo dependem de

diversos fatores tais como o tipo de alimentaccedilatildeo idade sexo ambiente em que o indiviacuteduo

vive e podem ser provenientes de meios exoacutegenos e endoacutegenos Entretanto considerando o

natildeo aparecimento do Pb em nenhuma das amostras de cabelo das pessoas que ingerem aacutegua

distribuiacuteda pela CEDAE aleacutem das anaacutelises preacutevias da aacutegua dos poccedilos da aacuterea em estudo eacute

possiacutevel afirmar que existe uma elevada possibilidade da aacutegua de poccedilo estaacute atuando como

uma fonte de contaminaccedilatildeo de Pb para as pessoas Como o Pb eacute um elemento toacutexico com

propriedade de bioacumulaccedilatildeo sua presenccedila pode gerar danos irreversiacuteveis aos organismos

vivos

70 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS

Como sugestotildees deste estudo podemos indicar

Realizar uma anaacutelise quantitativa de um nuacutemero mais amplo de amostras

Efetuar uma comparaccedilatildeo com materiais de referecircncia certificados a fim de

determinar com um grau de confiabilidade mais elevado se as quantidades de

chumbo detectadas nas amostras de cabelo estatildeo acima do intervalo de valores

considerados aceitaacuteveis

80 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

[1] POZEBON D DRESSLER V L CURTIUS A J Anaacutelise de cabelo uma revisatildeo

dos procedimentos para a determinaccedilatildeo de elementos traccedilo e aplicaccedilotildees Quiacutem Nova

1999 22 (6) 838-846

[2] FRAZAtildeO S V Estudo da determinaccedilatildeo de elementos traccedilo em cabelos humanos

pelo meacutetodo de anaacutelise por ativaccedilatildeo de necircutrons Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Ciecircncias na

Aacuterea de Tecnologia Nuclear ndash Aplicaccedilotildees Instituto de Pesquisas Energeacuteticas e Nucleares ndash

Universidade de Satildeo Paulo - USP Satildeo Paulo 2008

[3] CARNEIRO M T W D SILVEIRA C L P MIEKELEY N FORTES L M C

Reference intervals for minor and trace elements in human hair for the population of

Rio de Janeiro city Brazil Quiacutem Nova 2002 25 (1) 37-45

[4] KEMPSON I M SKINNER W M KIRKBRIDE K P The ocurrence and

incorporation of copper and zinc in hair and their potential role as bioindicators a

review Journal of Toxicology and Environmental Health 2007 B 10 611-622

[5] CORTES-TORO E DE GOEIJ J J M BASCO J CHENG Y KINOVA L

MATSUBARA J NIESE S SATP T WESENBERG G R MURAMATSU Y PARR

R M The significance of hair mineral analysis as a means for assessing internal body

burdens of environmental pollutants results from an IAEA co-ordinated research

programme Journal of Radionalytical and Nuclear Chemistry 1993 167 (2) 413-421

[6] CLAYTON E WOOLER K K Sample preparation and system calibration for

Proton-Induced X-ray Emission analysis of hair from occupationally exposed workers

Anal Chem198557 1075-1079

[7] MIEKELEY N CARNEIRO M T W D SILVEIRA C L P How reliable are

human hair reference intervals for trace elements The Science of the Total Environment

1998 218 9-17

[8] MIEKELEY N FORTES L M C SILVEIRA C L P LIMA M B Elemental

anomalies in hair as indicators of endocrinologic pathologies and deficiencies in calcium

and bone metabolism Journal of Trace Elements in Medicine and Biology 2001 15 46-55

[9] TORIBARA T Y JACKSON D A FRENCH W R THOMPSON A C

JACKLEVIC J M Nondestructive X-Ray Fluorescence Spectrometry for determination

of trace elements along a single strand of hair Anal Chem 1982 54 1844-1849

[10] KHUDER A BAKIR M A HASAN R MOHAMMAD A Determination of

nickel cuper zinc and lead in human scalp hair in Syrian occupationally exposed

workers by total reflection X-Ray Fluorescence Environ Monit Assess 2008 143 67-74

[11] BARANOWSKA I BARCHANSKI L BAK M SMOLEC B MZYK Z X-Ray

Fluorescence Spectrometry in multielemental analysis of hair and teeth Polish Journal of

Environmental Studies 2004 13 (6) 639-646

[12] WATT F LANDSBERG J P Nuclear microscopy biomedical applications

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research 1993 B 77 249-260

[13] PAIXAtildeO P V GOMES L M B Anaacutelise de aacutegua de poccedilos subterracircneos na

localidade Chaacutecaras Arcampo em Duque de Caxias ndash RJ Relatoacuterio Final de Estaacutegio

Iniciaccedilatildeo Cientiacutefica Instituto de Quiacutemica ndash Universidade Federal do Rio de Janeiro ndash UFRJ

Rio de Janeiro 2012

[14] ANUNCIACcedilAtildeO D L R Anaacutelise de elementos maiores menores e traccedilo em

amostras de cabelo aplicado a triagem populacional com elevada incidecircncia de cacircncer

Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Quiacutemica Instituto de Quiacutemica ndash Universidade de Brasiacutelia

Brasiacutelia ndash Distrito Federal 2008

[15] TEGON E C Caracterizaccedilatildeo Quiacutemica do Enxofre e do Caacutelcio presentes em

amostras de cabelos empregando as teacutecnicas XRF e NEXAFS Projeto de Final de Curso

em Quiacutemica com Atribuiccedilotildees Tecnoloacutegicas Instituto de Quiacutemica ndash Universidade Federal do

Rio de Janeiro Rio de Janeiro 2013

[16] Dossiecirc os minerais na alimentaccedilatildeo Food Ingredients Brasil 2008 ndeg 4 48-65

Disponiacutevel em lt wwwrevista-ficommaterias52pdfgt Acesso em 30 de julho de 2015

[17] CEDAE Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos Disponiacutevel em

ltwwwcedaecombrgt Acesso em 30 de julho de 2015

[18] IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatiacutestica Censo Brasileiro de 2010 Rio de

Janeiro 2010 Disponiacutevel em ltwwwcenso2010ibgegovbrgt Acesso em 30 de julho de

2015

[19] RESENDE D ALENCAR E ALMEIDA R BERTA R Principal reservatoacuterio do

Paraiacuteba do Sul Paraibuna chega ao volume morto pela primeira vez Jornal O Globo 22

de janeiro de 2015 Disponiacutevel em httpogloboglobocomrioprincipal-reservatorio-do-

paraiba-do-sul-paraibuna-chega-ao-volume-morto-pela-primeira-vez-gt Acesso em 30 de

julho de 2015

[20] Fundamentos teoacutericos da teacutecnica de anaacutelise espectromeacutetrica por fluorescecircncia de

raios-x PUC-Rio ndash Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em

lthttpwwwmaxwellvracpuc-riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 30 de julho de 2015

[21] TASCH P DAMIANI F OLIVEIRA L C M IE - 607A Teacutecnicas de anaacutelise e

caracterizaccedilatildeo de materiais Universidade Estadual de Campinas ndash UNICAMP Campinas

2000

[22] FILHO V F N Teacutecnicas analiacuteticas nucleares de Fluorescecircncia de Raios ndashX por

Dispersatildeo de Enerdia (ED-XRF) e por Reflexatildeo Total (TXRF) Departamento de Ciecircncias

Exatas ESALQ Laboratoacuterio de Instrumentaccedilatildeo Nuclear CENA Universidade de Satildeo Paulo

ndash USP Satildeo Paulo 1999

[23] PERDONAacute C R Introduccedilatildeo a espectrometria de Fluorescecircncia de Raios-X Manual

Teacutecnico ndash BRUKER 2014

[24] O espectrocircmetro de fluorescecircncia de raios-x Thermo ARL 9900 PUC-Rio ndash

Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em lthttpwwwmaxwellvracpuc-

riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 08 de agosto de 2015

[25] KRUG C Superfiacutecies porosas recobertas com metalocenos anaacutelise multivariada

envolvendo caracterizaccedilatildeo com feixe de iacuteons Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Fiacutesica Instituto

de Fiacutesica Universidade Federal do Rio Grande do Sul ndash UFRGS Porto Alegre 2000

[26] TABACNIKS M H Anaacutelise de filmes finos por PIXE e RBS Instituto de Fiacutesica da

Universidade de Satildeo Paulo Disponiacutevel em ltwww2ifuspbr~lamfipixeamprbspdfgt Acesso

em julho de 2015

[27] ALMEIDA C R Efeito de tratamentos teacutermico e quiacutemico de aerogeacuteis de oacutexido de

estanho Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Engenharia Eleacutetrica Universidade Federal de Santa

Catarina Florianoacutepolis 2013

[28] ATTWOOD D T HENKE B L et al X-Ray Data Booklet Lawrence Berkeley

Laboratory University of California Berkeley California 1986

ANEXO I

MODELO DO QUESTIONAacuteRIO PREENCHIDO ANTES DA COLETA DAS AMOSTRAS

DE CABELO

Coacutedigo da amostra

Nome

Idade (anos)

Endereccedilo

Fuma Sim ( ) Natildeo ( )

Ingere aacutegua de que tipo (poccedilo CEDAE) Poccedilo ( ) CEDAE ( )

Fez algum tipo de tratamento quiacutemico no cabelo

(coloraccedilatildeo alisamento etc)Sim ( ) Natildeo ( )

Qual Quando foi a uacuteltima vez

Esteve bem de sauacutede nos uacuteltimos 6 meses Sim ( ) Natildeo ( )

Data da coleta

Responsaacutevel pela coleta

COLETA DE AMOSTRA DE CABELO

ANEXO II

INFORMACcedilOtildeES ADICIONAIS SOBRE OS DOADORES E AS AMOSTRAS DE

CABELO COLETADAS

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

1 Feminino 62 Cacheado Castanho Escuro

2 Feminino 27 Cacheado Castanho Escuro

3 Feminino 17 Liso Castanho Escuro

4 Feminino 10 Cacheado Castanho Escuro

5 Feminino 58 Liso Castanho Escuro

6 Feminino 7 Cacheado Castanho Escuro

7 Masculino 17 Liso Castanho Claro

8 Feminino 39 Liso Castanho Escuro

Pessoas que Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

9 Feminino 41 Cacheado Castanho Escuro

10 Feminino 17 Ondulado Castanho Claro

11 Masculino 1 Cacheado Castanho Escuro

12 Feminino 11 Liso Castanho Escuro

13 Masculino 21 Liso Castanho Escuro

14 Masculino 42 Cacheado Preto

15 Masculino 6 Liso Preto

16 Masculino 14 Liso Preto

Pessoas que Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

ANEXO III

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DE POCcedilO (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 1

Amostra 2

Amostra 3

Amostra 4

Amostra 5

Amostra 6

Amostra 7

Amostra 8

ANEXO IV

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DISTRIBUIacuteDA PELA CEDAE (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 9

Amostra 10

Amostra 11

Amostra 12

Amostra 13

Amostra 14

Amostra 15

Amostra 16

Page 10: Dissertação Priscilla Velasco da Paixão

SUMAacuteRIO

LISTA DE FIGURAS xi

LISTA DE TABELASxiii

LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS xiv

10 INTRODUCcedilAtildeO16

20 OBJETIVOS17

30 REVISAtildeO BIBLIOGRAacuteFICA E FUNDAMENTOS TEOacuteRICOS17

31 O Cabelo17

32 Elementos Essenciais e Natildeo Essenciais e a Sauacutede Humana21

33 Abastecimento de Aacutegua na Regiatildeo de Amostragem 24

34 Fluorescecircncia de Raios X - Teoria26

35 Fluorescecircncia de Raios X - Instrumentaccedilatildeo29

36 Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford - Teoria34

37 Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford - Instrumentaccedilatildeo38

40 METODOLOGIA40

41 Amostragem40

42 Lavagem das Amostras de Cabelo41

43 Paracircmetros Instrumentais43

50 RESULTADOS E DISCUSSOtildeES45

51 Anaacutelise por XRF45

52 Anaacutelise por RBS49

60 CONCLUSOtildeES51

70 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS52

80 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS53

ANEXO I MODELO DO QUESTIONAacuteRIO PREENCHIDO ANTES DA COLETA DAS

AMOSTRAS DE CABELO57

ANEXO II INFORMACcedilOtildeES ADICIONAIS SOBRE OS DOADORES E AS AMOSTRAS

DE CABELO COLETADAS59

ANEXO III ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE

INGEREM AacuteGUA DE POCcedilO (AMPLIACcedilAtildeO DA REGIAtildeO DE INTERESSE)61

ANEXO IV ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE

INGEREM AacuteGUA DISTRIBUIacuteDA PELA CEDAE (AMPLIACcedilAtildeO DA REGIAtildeO DE

INTERESSE)66

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 Desenho esquemaacutetico de um fio de cabelo18

Figura 2 Esquema das fases de crescimento do cabelo19

Figura 3 Estrutura secundaacuteria (α-heacutelice) da α-queratina19

Figura 4 Estrutura da Cisteiacutena e da Cistina21

Figura 5 Reservatoacuterio Paraibuna localizado na Bacia do Rio Paraiacuteba do Sul25

Figura 6 Poccedilo subterracircneo em Duque de Caxias26

Figura 7 Esquema do princiacutepio da Fluorescecircncia de Raios X27

Figura 8 Efeito Auger28

Figura 9 Espalhamento Compton e Rayleigh29

Figura 10 Instrumentaccedilatildeo do Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X por Dispersatildeo de

Comprimento de Onda - S8 TIGER - BRUKER29

Figura 11 Espalhamento elaacutestico em acircngulo de retroespalhamento de um iacuteon de massa M1

por um aacutetomo de massa M2 com M2gtM134

Figura 12 Esquema de um espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford de

um filme fino AB sobre um substrato C ainda mais leve36

Figura 13 Esquema dos componentes presentes na instrumentaccedilatildeo utilizada em anaacutelises por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford38

Figura 14 Mapa com os pontos de coleta de amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua

de poccedilo em destaque a localizaccedilatildeo das residecircncias com os poccedilos40

Figura 15 Coleta de amostra de cabelo na regiatildeo occipital da cabeccedila41

Figura 16 Lavagem das amostras de cabelo42

Figura 17 Amostra de cabelo em porta-amostra do equipamento de Fluorescecircncia de Raios

X42

Figura 18 Amostra de cabelo no porta-amostra do equipamento de Espectrometria de

Retroespalhamento Rutherford43

Figura 19 Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X - S8 TIGER - BRUKER44

Figura 20 Acelerador de iacuteons Tandetron - HVEE 3 MV onde foi feita a anaacutelise por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford44

Figura 21 Espectro de Fluorescecircncia de Raios X completo da amostra 245

Figura 22 Espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da amostra 2

(grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)50

Figura 23 Ampliaccedilatildeo I do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)50

Figura 24 Ampliaccedilatildeo II do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)51

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 Composiccedilatildeo de aminoaacutecidos no cabelo20

Tabela 2 Elementos traccedilo essenciais e algumas de suas funccedilotildees bioloacutegicas22

Tabela 3 Elementos traccedilo natildeo essenciais e suas toxicidades24

Tabela 4 Energia em keV das principais linhas de emissatildeo de raios x dos elementos

analisados46

Tabela 5 Concentraccedilatildeo dos elementos nas amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua

de poccedilo47

Tabela 6 Concentraccedilatildeo dos elementos nas amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua

distribuiacuteda pela CEDAE48

LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS

AAS - Atomic Absorption Spectroscopy (Espectroscopia de Absorccedilatildeo Atocircmica)

CEDAE - Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos do Rio de Janeiro

CONAMA - Conselho Nacional do Meio Ambiente

ERD - Elastic Recoil Detection (Anaacutelise por Detecccedilatildeo de Recuo Elaacutestico)

IAEA - International Atomic Energy Agency (Agecircncia Internacional de Energia Atocircmica)

IBGE - Instituto Brasileiro de Geografia e Estatiacutestica

ICP-AES - Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry (Espectrometria de

Emissatildeo Atocircmica com Plasma Indutivamente Acoplado)

ICP-MS - Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (Espectrometria de Massa com

Plasma Indutivamente Acoplado)

ICP-OES - Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometry (Espectrometria de

Emissatildeo Oacuteptica com Plasma Acoplado Indutivamente)

LIFE - Laboratoacuterio de Impacto de Foacutetons e Eleacutetrons

NAA - Neutron Activation Analysis (Anaacutelise por Ativaccedilatildeo de Necircutrons)

PET ndash Pentaeritriato

PHA - Pulse Height Analyzer (Analisador de Altura de Pulso)

PIXE - Proton Induced X-Ray Emission (Emissatildeo de Raios X Induzidos por Proacutetons)

RBS - Rutherford Backscattering Spectrometry (Espectrometria de Retroespalhamento

Rutherford)

UFRGS - Universidade Federal do Rio Grande do Sul

UFRJ - Universidade Federal do Rio de Janeiro

WDXRF - Wavelength Dispersive X-ray Fluorescence (Fluorescecircncia de Raios X por

Dispersatildeo de Comprimento de Onda)

XRF - X-Ray Fluorescence (Fluorescecircncia de Raios X)

16

10 INTRODUCcedilAtildeO

A determinaccedilatildeo de elementos traccedilo em cabelo tem sido assunto de estudo em

diversas aacutereas da ciecircncia dentre elas o monitoramento de exposiccedilatildeo ambiental e ocupacional

avaliaccedilatildeo da intoxicaccedilatildeo por metais toacutexicos avaliaccedilatildeo do estado nutricional diagnoacutestico e

prevenccedilatildeo de doenccedilas e nas ciecircncias forenses Isto se deve ao fato do cabelo ser considerado

um ldquodosiacutemetro bioloacutegicordquo que reflete a exposiccedilatildeo e absorccedilatildeo do indiviacuteduo a determinado

elemento ou seja a concentraccedilatildeo dos elementos traccedilo no cabelo indica a concentraccedilatildeo dos

mesmos no organismo [1-5]

Frente agrave anaacutelise de outros materiais bioloacutegicos como urina e sangue o cabelo tem a

vantagem da facilidade de amostragem (sem dor ou trauma para o indiviacuteduo) facilidade de

armazenamento transporte e manuseio possibilidade de obtenccedilatildeo de um registro histoacuterico de

exposiccedilatildeo aos elementos em questatildeo aleacutem da estabilidade estrutural da amostra permitindo o

diagnoacutestico por um periacuteodo maior de tempo (meses a anos) [1-46]

Haacute muita controveacutersia na literatura quanto aos dados disponiacuteveis em relaccedilatildeo agrave anaacutelise

elementar em cabelos no tocante agrave falta de um procedimento padratildeo de anaacutelise com uma

etapa de lavagem que seja completamente eficiente em eliminar a contaminaccedilatildeo exoacutegena (ar

aacutegua cosmeacuteticos entre outros) da contaminaccedilatildeo endoacutegena (incorporado ao fio do cabelo

durante a primeira fase de crescimento) [1-3]

Nas uacuteltimas deacutecadas vaacuterios estudos relacionados agrave determinaccedilatildeo elementar de

cabelos com foco em quiacutemica ambiental e ciecircncia meacutedica foram realizados Dentre as teacutecnicas

mais utilizadas encontram-se Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry

(ICP-AES) [13] Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (ICP-MS) [1378]

Neutron Activation Analysis (NAA) [15] Atomic Absorption Spectroscopy (AAS) [15] X-

Ray Fluorescence (XRF) [59-11] e Proton Induced X-Ray Emission (PIXE) [612]

Encontramos na literatura apenas um relato anterior sobre a anaacutelise por RBS de amostras de

cabelo em que a RBS foi utilizada para determinar os principais componentes de cabelo (C

N O e S) Os mesmos autores tambeacutem utilizaram PIXE para determinar elementos em

concentraccedilatildeo mais baixa e Elastic Recoil Detection (ERD) para determinar Hidrogecircnio [6]

Em trabalho de Iniciaccedilatildeo Cientiacutefica feito por mim com orientaccedilatildeo da Prof Dr Lola

Maria Braga Gomes do Departamento de Quiacutemica Analiacutetica-UFRJ em 2012 foram realizadas

anaacutelises da qualidade da aacutegua de 6 poccedilos subterracircneos na localidade Chaacutecaras Arcampo na

cidade de Duque de Caxias-RJ Foram determinados por ICP-OES os seguintes elementos

Cr Mn Fe Ni Cu Zn Ar Cd e Pb Constatou-se a presenccedila de chumbo em valores ateacute 55

vezes acima do permitido pelos Padrotildees de Qualidade de Aacutegua Subterracircnea do CONAMA

[13]

O presente trabalho foi realizado com a intenccedilatildeo de verificar quais elementos

estariam presentes nas amostras de cabelo das pessoas daquela localidade e que ingerem esse

tipo de aacutegua Dentro do nosso conhecimento esta eacute a primeira vez em que XRF e RBS satildeo

conjuntamente aplicados para a determinaccedilatildeo de elementos traccedilo presentes em amostras de

cabelo

Considera-se este trabalho relevante tanto para servir como fonte de dados quanto

para o seu possiacutevel uso no acircmbito social principalmente no que diz respeito ao abastecimento

de aacutegua e a sauacutede de parte da populaccedilatildeo que consome diariamente uma aacutegua sem tratamento

20 OBJETIVO

O presente trabalho tem como objetivo utilizar as teacutecnicas de Fluorescecircncia de

Raios X (XRF) e Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford (RBS) para determinar e

comparar elementos presentes em amostras de cabelo de dois grupos de pessoas que vivem na

Regiatildeo Metropolitana do Rio de Janeiro No primeiro grupo estatildeo pessoas que ingerem aacutegua

de poccedilo enquanto no segundo grupo estatildeo pessoas que ingerem aacutegua tratada e distribuiacuteda pela

Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos (CEDAE) do Rio de Janeiro

30 REVISAtildeO BIBLIOGRAacuteFICA E FUNDAMENTOS TEOacuteRICOS

31 O Cabelo

O cabelo possui uma funccedilatildeo esteacutetica com papel importante nos atributos da beleza

mas tem como principal funccedilatildeo a proteccedilatildeo da cabeccedila dos raios solares Esse processo eacute

realizado atraveacutes de receptores nervosos que agem como sensores teacutermicos capazes de

aumentar a proteccedilatildeo quando necessaacuterio [1214]

A composiccedilatildeo do cabelo eacute de aproximadamente 80 de proteiacutenas 15 de aacutegua e

aproximadamente 5 de lipiacutedios e constituintes inorgacircnicos O cabelo eacute basicamente

constituiacutedo por trecircs camadas cutiacutecula (camada externa) coacutertex (parte intermediaacuteria) e medula

(parte mais interna) (Fig 1) A cutiacutecula eacute formada por vaacuterias subcamadas separadas por um

complexo de ceacutelulas alongadas e justapostas que envolvem o coacutertex O coacutertex eacute o principal

constituinte do cabelo formado por um conjunto de ceacutelulas ciliacutendricas denominadas matriz e

perfeitamente ligadas umas as outras Na matriz encontram-se a α-queratina e outras

proteiacutenas A medula apresenta-se em pequena quantidade e pode estar ausente em alguns tipos

de cabelo Eacute composta por ceacutelulas anucleadas contendo lipiacutedeos e granulaccedilotildees pigmentadas

[1214]

Figura 1 Desenho esquemaacutetico de um fio de cabelo

Fonte http ltwwwartistasdocabelocombrgt Acesso em 30072015

O fio de cabelo desenvolve-se a partir de cavidades denominadas foliacuteculos pilosos

localizados de 3 a 5 mm abaixo da superfiacutecie da pele A taxa de crescimento meacutedio do fio eacute de

cerca de 1 cm por mecircs e cada fio pode ter de 15 a 120 microm de diacircmetro dependendo do tipo de

cabelo O ciclo de crescimento do cabelo eacute dividido em trecircs estaacutegios (Fig2)

Anaacutegeno ocorre o crescimento ativo do cabelo com irrigaccedilatildeo sanguiacutenea atraveacutes dos

foliacuteculos capilares na regiatildeo da papila Pode durar ateacute 7 anos Em um adulto cerca de

90 dos fios encontram-se neste estaacutegio

Cataacutegeno ocorre uma transiccedilatildeo entre o crescimento do fio e seu teacutermino dura apenas

algumas semanas O cabelo para de receber irrigaccedilatildeo sanguiacutenea para de crescer e a

parte mais profunda do foliacuteculo piloso fica mais proacutexima da superfiacutecie da pele

Teloacutegeno ocorre a queda do fio iniciando o crescimento de outro fio atraveacutes de um

foliacuteculo novo que surge no mesmo local [1214]

Figura 2 Esquema das fases de crescimento do cabelo

Fonte httpltwwwtratamentocalviciecombrartigo_02phpgt Acesso em 30072015

A α-queratina eacute uma proteiacutena que apresenta uma estrutura secundaacuteria (α-heacutelice) em

um arranjo helicoidal estabilizado por pontes de hidrogecircnio (Figura 3) e eacute responsaacutevel por dar

sustentaccedilatildeo ao cabelo Ela fica imersa na matriz e eacute composta por uma sequecircncia de

aminoaacutecidos (Tabela 1) sendo a cisteiacutena o principal desses

Figura 3 Estrutura secundaacuteria (α-heacutelice) da α-queratina

Fonte httpltwwwslideplayercombrgt Acesso em 27092015

Tabela 1 Composiccedilatildeo de aminoaacutecidos no cabelo normal Fonte [15]

Ligaccedilotildees quiacutemicas cruzadas entre as cadeias polimeacutericas de α-queratina formam

pontes dissulfeto (-S-S-) que datildeo origem aos resiacuteduos de cistina (Fig4) Como estatildeo em

grande quantidade na composiccedilatildeo do cabelo formam uma rede de alta resistecircncia e datildeo o

formato ao fio A reduccedilatildeo dessas ligaccedilotildees causa mudanccedilas nas propriedades mecacircnicas do fio

Cortes histoloacutegicos evidenciaram elevada atividade de metais pesados na α-queratina [114]

Aminoaacutecido Quantidade Residual ()

Aacutecido Aspaacutertico 49

Aacutecido Glutacircmico 114

Alanina 46

Arginina 58

Cisteiacutena 178

Fenilalanina 16

Glicina 64

Histidina 09

Isoleucina 26

Leucina 58

Lisina 27

Metionina 06

Prolina 84

Serina 117

Tirosina 2

Treonina 68

Valina 58

Figura 4 Estrutura da Cisteiacutena e da Cistina Reaccedilatildeo de oxi-reduccedilatildeo formando a ponte

dissulfeto Adaptado de httpltbiocienciascpoblogspotcombr201211resumo-

proteinashtmlgt

A incorporaccedilatildeo de elementos ao cabelo pode ocorrer por dois meios exoacutegeno e

endoacutegeno A incorporaccedilatildeo endoacutegena ocorre no primeiro estaacutegio de crescimento do fio onde o

foliacuteculo capilar encontra-se em contato com as glacircndulas secretoras e vasos sanguiacuteneos

Assim os elementos quiacutemicos que circulam no organismo atraveacutes dos fluidos podem

incorporar-se ao cabelo Estima-se que o periacuteodo entre a absorccedilatildeo pelo indiviacuteduo e a

incorporaccedilatildeo de elementos no cabelo seja de 30 dias Um modelo mais simples sugere que a

incorporaccedilatildeo endoacutegena ocorra de forma passiva isto eacute por difusatildeo [1] Os metais ligam-se

aos aminoaacutecidos atraveacutes de seus grupos funcionais como sulfidrila (-SH) amina (-NH2)

hidroxila (-OH) e carboxila (-COOH) nos quais a forccedila destas ligaccedilotildees dependeraacute da

estrutura eletrocircnica externa do metal [14]

Na incorporaccedilatildeo exoacutegena os elementos quiacutemicos satildeo levados ao cabelo por fatores

externos como aacutegua poeira fumaccedila cosmeacuteticos entre outros Os elementos podem ligar-se agrave

cutiacutecula do fio capilar principalmente se as cutiacuteculas estiverem danificadas [14]

32 Elementos Essenciais e Natildeo Essenciais e a Sauacutede Humana

Os elementos traccedilos podem ser divididos em essenciais e natildeo essenciais de acordo

com a importacircncia nutricional e a influecircncia no organismo dos seres vivos Os elementos

traccedilo essenciais satildeo considerados beneacuteficos e indispensaacuteveis para os seres vivos dentro de

uma faixa especiacutefica de concentraccedilatildeo Na Tabela 2 estatildeo listados os elementos traccedilo

essenciais e suas respectivas funccedilotildees bioloacutegicas [214]

Tabela 2 Elementos traccedilo essenciais e algumas de suas funccedilotildees bioloacutegicas

Adaptado de [14 16]

B Previne a osteoporose em mulheres na fase poacutes-menopausa

CaImportante na coagulaccedilatildeo sanguinea na contraccedilatildeo muscular transmissatildeo nervosa e

formaccedilatildeo de ossos e dentes

Cl Presente no suco gaacutestrico manteacutem o equilibrio hidrico e de eletroacutelitos

Co Constituinte da vitamina B12

Cr Importante no metabolismo da glicose

Cu Cofator em enzimas redox e no transporte de O2

F Prevenccedilatildeo das patologias bucodentaacuteria e oacutessea atua tambeacutem nos tecidos celulares

Fe Cofator em muitas enzimas e proteiacutenas heme

IPresente na estrutura de dois fatores hormonais da glacircndula tireoacuteide (tiroxina e

triiodotiroxina)

KImportante na regulaccedilatildeo da atividade neuromuscular crescimento celular e equiliacutebrio

osmoacutetico

MgRegula diversas reaccedilotildees enzimaacuteticas e age sobre as trocas iocircnicas da membrana

celular

MnCofator em muitas enzimas auxilia na reduccedilatildeo de accedilucar no sangue e a regular o

funcionamento do sistema reprodutivo

Elementos Essenciais e suas Funccedilotildees Bioloacutegicas

Os elementos traccedilo natildeo essenciais satildeo aqueles que natildeo apresentam nenhuma funccedilatildeo

no metabolismo das espeacutecies animais e vegetais e quando estatildeo em alta concentraccedilatildeo podem

provocar efeitos negativos ao organismo dos seres vivos Na Tabela 3 estatildeo listados alguns

elementos traccedilo natildeo essenciais e suas toxicidades [214]

Mo Cofator em enzimas que metabolizam os aminoaacutecidos metionina e cistina

NaAtua no controle osmoacutetico volume plasmaacutetico transmissatildeo de impulsos nervosos e

controle da contraccedilatildeo muscular

Ni A essencialidade eacute provaacutevel mas ainda natildeo estaacute estabelecida

PAtua na formaccedilatildeo dos ossos e dentes participa da estrutura das membranas

celulares e do processo de absorccedilatildeo renal da glicose

SParticipa da construccedilatildeo das proteiacutenas e no metabolismo energeacutetico faz parte de

algumas vitaminas (tiamina e biotina)

SeParticipaccedilatildeo na siacutentese de hormocircnios tireoideanos na accedilatildeo antioxidante e eacute cofator

em enzimas

Si Atua na estrutura da derme promovendo sua elasticidade

Sn A essencialidade eacute provaacutevel mas ainda natildeo estaacute estabelecida

V A essencialidade eacute provaacutevel mas ainda natildeo estaacute estabelecida

ZnCofator em algumas enzimas e na insulina tambeacutem exerce influecircncia no metabolismo

dos aacutecidos nucleiacutecos

Tabela 3 Elementos traccedilo natildeo essenciais e suas toxicidades Adaptado de [14]

Os termos macrominerais e microminerais (ou elementos-traccedilo) tambeacutem satildeo muito

utilizados no meio cientiacutefico principalmente na aacuterea de nutriccedilatildeo Os macrominerais satildeo

aqueles elementos encontrados em altas concentraccedilotildees nas amostras geralmente acima de

1 ou cuja necessidade diaacuteria no organismo seja maior que 100 mg No cabelo satildeo

considerados macrominerais por exemplo Ca P S Mg Na K e Cl Jaacute os microminerais satildeo

aqueles encontrados em baixas concentraccedilotildees na amostra (ppm ou ppb) ou cuja necessidade

no organismo seja inferior a 100 mg por dia No cabelo podem ser citados os seguintes

microminerais Fe Zn Cu Mn I Cr Se F Co Ni Si e Mo [114]

33 Abastecimento de Aacutegua na Regiatildeo de Amostragem

No Estado do Rio de Janeiro a captaccedilatildeo tratamento aduccedilatildeo e distribuiccedilatildeo das redes

de aacutegua ficam a cargo da CEDAE ndash Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos No presente

momento a CEDAE abastece cerca de 9 milhotildees de pessoas em 64 dos 92 municiacutepios do

Estado sendo Duque de Caxias um desses [17]

O abastecimento de aacutegua pela CEDAE na cidade de Duque de Caxias nunca ocorreu

de forma contiacutenua e natildeo haacute garantia da manutenccedilatildeo da qualidade da aacutegua ateacute a chegada ao

Al

Causa ao organismo anemia enfraquecimento dos ossos e muacutesculos

dificuldade no metabolismo do caacutelcio alteraccedilotildees hepatoloacutegicas e

renais dores de cabeccedila e nervosismo

AsInterrompe a expressatildeo de diversos genes em especial aqueles que

participam das vias de transduccedilatildeo de sinal

CdOcasiona perda de peso hemorragia danos ao sistema respiratoacuterio

hepatoloacutegico e renal

PbGera alteraccedilotildees cardiovasculares gastrointestinais hematoloacutegicas

renais neuroloacutegicas e imunoloacutegicas

Elementos Natildeo Essenciais e suas Toxicidades

consumidor Segundo dados do CENSO-2010 dos 269353 domiciacutelios estabelecidos no

municiacutepio de Duque de Caxias apenas 63 alegaram receber aacutegua de redes de distribuiccedilatildeo

[18] Diante do cenaacuterio atual em que o Sudeste vive a maior crise hiacutedrica dos uacuteltimos cem

anos devido agrave escassez de chuvas os reservatoacuterios que abastecem o estado do Rio de Janeiro

encontram-se em niacuteveis muito baixos e alguns deles chegaram ao volume morto (reserva

teacutecnica) Com isso o abastecimento de aacutegua para a populaccedilatildeo estaacute a cada dia mais escasso

Na Figura 5 apresenta-se uma foto da situaccedilatildeo do maior reservatoacuterio da Bacia do Rio Paraiacuteba

do Sul (em fevereiro deste ano) Este reservatoacuterio alimenta a Estaccedilatildeo de Tratamento de Aacutegua

do Guandu que por sua vez eacute responsaacutevel pelo abastecimento de toda a Regiatildeo Metropolitana

do Rio de Janeiro [19]

Figura 5 Reservatoacuterio Paraibuna localizado na Bacia do Rio Paraiacuteba do Sul apoacutes estiagem dos uacuteltimos anos

Na foto o reservatoacuterio estaacute com -056 da capacidade (volume morto) 03022015 Fonte http

ltogloboglobocomrionivel-de-reservatorios-do-rio-paraiba-do-sul-apresentam-leve-melhora-apos-chuvas-

fortes-15229418gt Acesso em 30072015

Devido aos fatores mencionados aliados agrave facilidade de manutenccedilatildeo e ao baixo custo

de perfuraccedilatildeo a utilizaccedilatildeo de aacutegua de poccedilo subterracircneo (Figura 6) eacute cada vez mais requisitada

para suprir as carecircncias de abastecimento No Brasil o aquiacutefero subterracircneo abastece cerca de

19 do total dos domiciacutelios particulares enquanto que no municiacutepio de Duque de Caxias este

percentual atinge os 35 segundo o CENSO-2010 [18]

Figura 6 Poccedilo subterracircneo em Duque de Caxias

34 Fluorescecircncia de Raios X - Teoria

A Espectroscopia de Fluorescecircncia de Raios X eacute uma teacutecnica natildeo destrutiva que

permite a identificaccedilatildeo simultacircnea (qualitativa e quantitativa) de elementos presentes em uma

amostra A teacutecnica baseia-se no fato dos elementos quiacutemicos emitirem radiaccedilotildees

caracteriacutesticas quando submetidos a uma excitaccedilatildeo adequada [20-23]

As amostras satildeo irradiadas com foacutetons (feixe de raios x) gerados por uma fonte Esse

feixe de raios x primaacuterio possui energia suficiente para ejetar eleacutetrons de camadas internas do

aacutetomo (camadas com maior energia de ligaccedilatildeo) transferindo energia para este eleacutetron que eacute

ejetado como fotoeleacutetron O aacutetomo fica instaacutevel (excitado) com uma vacacircncia na camada

interna Com o intuito de diminuir a energia do sistema eleacutetrons de outras camadas

preenchem essa lacuna A diferenccedila de energia entre os niacuteveis da transiccedilatildeo eletrocircnica eacute

liberada atraveacutes da emissatildeo de um foacuteton de raios x (fluorescecircncia ou raio x secundaacuterio) que

tem energia caracteriacutestica para cada elemento como ilustrado na Figura 7 A energia do raio x

caracteriacutestico eacute fornecida pela Equaccedilatildeo 1 [20-23]

Ex = Eni - Enf (Eq1)

Onde

Ex = energia do raio x caracteriacutestico emitido

Eni Enf = energia dos estados eletrocircnicos inicial e final respectivamente

Figura 7 Esquema do princiacutepio da Fluorescecircncia de Raios X

Fonteltwwwshimadzucombrgt Acesso em 30072015

A radiaccedilatildeo caracteriacutestica eacute nomeada de acordo com o niacutevel de onde se apresenta a

vacacircncia (K L M) e de qual niacutevel (α β) e subniacutevel (1 2) proveacutem o eleacutetron que iraacute

ocupar essa lacuna Por exemplo a vacacircncia originada na camada K pode ser preenchida por

eleacutetrons de dois subniacuteveis da camada L o que origina as linhas espectrais Kα1 e Kα2 Se a

vacacircncia da camada K fosse ocupada por um eleacutetron da M teria-se o Kβ e assim por diante

[23]

Com isso os elementos em uma amostra podem ser identificados atraveacutes da medida

do comprimento de onda (ou energia) dessas radiaccedilotildees caracteriacutesticas e as concentraccedilotildees

mensuradas pela intensidade dessas radiaccedilotildees [2123]

Quando um feixe de raios x incide sobre um determinado material diversas formas

de interaccedilatildeo entre a radiaccedilatildeo e a mateacuteria podem ocorrer tais como o Efeito Auger e os

espalhamentos Rayleigh e Compton [20-23]

O processo de relaxaccedilatildeo natildeo-radiativa ou Efeito Auger ocorre quando o aacutetomo

excitado emite um eleacutetron (eleacutetron Auger) ao inveacutes do processo de fluorescecircncia (Figura 8)

Esses dois processos de relaxaccedilatildeo do sistema satildeo concorrentes e a predominacircncia de um ou de

outro depende do numero atocircmico O Efeito Auger prevalece em elementos com baixo

nuacutemero atocircmico (Zlt20) [21]

Figura 8 Efeito Auger [20]

O fenocircmeno de espalhamento de raios x eacute importante em espectroscopia pois eacute

responsaacutevel pela intensidade da radiaccedilatildeo de fundo (background) presente em uma

determinada medida Ele eacute a soma dos efeitos de dois fenocircmenos o espalhamento coerente

elaacutestico ou Rayleigh no qual os raios x primaacuterios satildeo defletidos sem perda de energia isto eacute

sem alteraccedilatildeo no comprimento de onda (λ) e o espalhamento incoerente inelaacutestico ou

Compton no qual foacutetons de raios x primaacuterio satildeo defletidos com perda de energia e com

ejeccedilatildeo de um fotoeleacutetron (Figura 9) [21]

Figura 9 Espalhamento Compton e Rayleigh [21]

35 Fluorescecircncia de Raios X - Instrumentaccedilatildeo

Na Figura 10 pode ser observado um esquema com os principais componentes do

espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X por Dispersatildeo de Comprimento de Onda

(WDXRF - Wavelength Dispersive X-ray Fluorescence) utilizado neste trabalho Suas

funccedilotildees seratildeo descritas em seguida [23]

Figura 10 Instrumentaccedilatildeo do Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X por Dispersatildeo de

Comprimento de Onda - S8 TIGER - BRUKER [23]

Tubo de Raios X

A radiaccedilatildeo incidente eacute produzida em um tubo de raios x consistindo em uma ampola

de vidro ou de metal sob alto vaacutecuo com um filamento de tungstecircnio em uma extremidade

denominado caacutetodo e um alvo de metal na outra extremidade denominado acircnodo

O filamento eacute aquecido por uma corrente eleacutetrica e emite eleacutetrons (emissatildeo

termiocircnica) Os eleacutetrons satildeo acelerados rumo a um acircnodo (alvo) empregando-se uma

diferenccedila de potencial (10-70 kV) Raios x primaacuterios satildeo produzidos quando esses eleacutetrons

com alta velocidade colidem com o material alvo Com o impacto a maior parte da energia

cineacutetica dos eleacutetrons eacute convertida em calor exigindo que o acircnodo seja resfriado de forma

eficiente Apenas uma pequena parte (02-05 dependendo do tipo do alvo) da energia

eletrocircnica eacute convertida em raios x uacuteteis

Essa radiaccedilatildeo consiste em um Contiacutenuo ou Bremsstrahlung e linhas de raios x

caracteriacutesticas do material alvo (aleacutem de linhas caracteriacutesticas de quaisquer contaminantes

presentes) Assim o espectro primaacuterio de um tubo de raios x convencional consiste em linhas

caracteriacutesticas do material do acircnodo (por exemplo Rh) superpostas a um contiacutenuo de

radiaccedilatildeo

Os tubos de raios x satildeo geralmente isolados atraveacutes de uma janela de beriacutelio pois

esse elemento apresenta baixa absorccedilatildeo de raios x e alta resistecircncia mecacircnica para suportar as

diferenccedilas de pressatildeo

Filtros do Feixe Primaacuterio

O espectro primaacuterio pode natildeo conter apenas as linhas do elemento-alvo mas tambeacutem

as linhas de impurezas como Fe Cr ou Cu presentes em vaacuterias partes do tubo Desta forma o

niacutevel de fundo (background) na posiccedilatildeo desses elementos no espectro pode ser elevado

Filtros de feixe primaacuterio satildeo utilizados para filtrar as linhas caracteriacutesticas do tubo se

o mesmo elemento estiver presente na amostra ou se houver sobreposiccedilatildeo por uma linha do

tubo em linhas de elementos da amostra No equipamento em que foram feitas as anaacutelises satildeo

utilizados (automaticamente) os filtros de Cu de 200 microm de espessura e o de Al de 500 microm de

espessura

Maacutescara

Delimita a aacuterea da amostra que seraacute irradiada

Selo de vaacutecuo (Vacuum seal )

Protege o sistema de detecccedilatildeo dos foacutetons de raios x de qualquer vazamento de

amostra

Goniocircmetro

Em equipamentos de dispersatildeo sequencial empregam-se uma ldquogeometria do feixe

paralelordquo ou uma ldquogeometria de cristal planardquo permitindo que os acircngulos do cristal e do

detector sejam selecionados por um aparelho chamado goniocircmetro

O goniocircmetro eacute uma estrutura de rotaccedilatildeo que permite que o cristal e o detector

possuam um movimento angular acoplado θ a 2θ entre eles

Colimador

Colima o feixe divergente de raios x emitido pela amostra Satildeo normalmente feitos

de uma seacuterie de lacircminas paralelas O comprimento e o espaccedilamento entre as lacircminas

determinam a divergecircncia angular admitida pelo colimador Essa divergecircncia angular

juntamente com o cristal determina a resoluccedilatildeo final do espectro

Pode-se melhorar a resoluccedilatildeo fechando o colimador para minimizar a divergecircncia

Poreacutem com isso a intensidade tambeacutem diminui Assim torna-se necessaacuterio um equiliacutebrio

entre a resoluccedilatildeo final (necessaacuteria para evitar sobreposiccedilotildees espectrais importantes) e a

sensibilidade (relacionada com a intensidade)

Cristal

Separa os vaacuterios comprimentos de onda emitidos pela amostra A lei de Bragg

(equaccedilatildeo 2) propotildee que se um plano cristalino tiver um espaccedilamento interplanar (d) refletindo

um comprimento de raios x (λ) essa onda difere em caminho percorrido por uma distacircncia

(2dsenθ) da onda refletida pelo plano adjacente Quando esse caminho percorrido difere por

um nuacutemero inteiro de comprimento de onda tem-se uma interferecircncia construtiva e os raios x

refletidos satildeo reforccedilados Caso contraacuterio tem-se uma interferecircncia destrutiva e os raios x

refletidos se anulam A equaccedilatildeo de Bragg (2)

119899120582 = 2119889119904119890119899120579 (Eq 2)

Onde

n = nuacutemero inteiro (1 2 3) chamado Ordem de Difraccedilatildeo

d = espaccedilamento interplanos no cristal utilizado

θ = acircngulo de Bragg ou acircngulo de difraccedilatildeo

λ = comprimento de onda da linha espectral

Dessa forma para um dado plano cristalino e uma dada ordem de difraccedilatildeo cada

comprimento de onda no espectro de XRF incidente eacute difratado em um uacutenico acircngulo O

comprimento de onda maacuteximo que o proacuteprio plano cristalino pode difratar eacute 2d (quando senθ

assume o valor maacuteximo de 1) Portanto eacute necessaacuterio um cristal ou um plano cristalino com

diferentes valores de 2d para cobrir diferentes intervalos de comprimento de onda em toda a

tabela perioacutedica No espectrocircmetro utilizado neste trabalho foram usados os seguintes cristais

XS-55 (multicamada de WSi) do C ateacute o Mg PET (Pentaeritriato) do Al ateacute o Ti e LiF 200

do K ateacute o U

Detector

Converte os foacutetons de raios x em pulsos de tensatildeo mensuraacuteveis Satildeo utilizados dois

detectores para cobrir todos os elementos do Be ao U Detector de fluxo proporcional

(preenchido com Ar) para elementos do Be ao Cr e o detector de cintilaccedilatildeo de NaI(Tl) para

elementos do Mn ao U

Detectores de fluxo proporcional

Satildeo detectores de radiaccedilatildeo que operam a partir da ionizaccedilatildeo de gases Satildeo

constituiacutedos por um conjunto de eletrodos e um gaacutes Quando o gaacutes eacute colocado entre dois

eletrodos aos quais eacute aplicada certa diferenccedila de potencial os caacutetions e eleacutetrons produzidos

pela passagem de radiaccedilatildeo seratildeo atraiacutedos pelos eletrodos de carga oposta e por eles seratildeo

coletados Na regiatildeo de verdadeira proporcionalidade (Equaccedilatildeo 3) a razatildeo entre a carga

coletada pelos eletrodos e a carga gerada pela ionizaccedilatildeo primaacuteria manteacutem-se constante para as

diferenccedilas de potencial (∆V) aplicadas e com um capacitor de capacitacircncia (C)

Quando a radiaccedilatildeo atravessa esse tipo de detector e produz pares iocircnicos (formados

por eleacutetrons e caacutetions do gaacutes) esses caacutetions (ionizaccedilatildeo primaacuteria) satildeo acelerados adquirindo

energia suficiente para produzir novos pares iocircnicos (ionizaccedilatildeo secundaacuteria) por colisatildeo com

moleacuteculas inicialmente neutras do gaacutes Assim haacute uma multiplicaccedilatildeo do nuacutemero de pares

original A carga coletada eacute igual agrave carga produzida pela radiaccedilatildeo (Q) multiplicada por um

fator (M) denominado ldquoganhordquo

∆119881 = (119872119876)

119862 (Eq 3)

Portanto o sinal produzido tem altura proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo incidente

Detectores de cintilaccedilatildeo

O cintilador eacute uma substacircncia soacutelida ou liacutequida na qual a energia de radiaccedilatildeo

incidente eacute transferida aos eleacutetrons do material sendo depois emitida na forma de radiaccedilatildeo

eletromagneacutetica de frequecircncia menor (visiacutevel ou ultravioleta)

O detector de cintilaccedilatildeo utilizado eacute constituiacutedo por um cristal de NaI(Tl) (iodeto de

soacutedio ativado com 1 de iodeto de taacutelio) no qual ocorre a emissatildeo de radiaccedilatildeo de frequecircncia

menor aleacutem de um fotomultiplicador onde essa radiaccedilatildeo luminosa eacute transformada em pulso

eleacutetrico e amplificada

O mecanismo de cintilaccedilatildeo nos cristais inorgacircnicos baseia-se na propriedade dos

semicondutores terem banda de valecircncia e banda de conduccedilatildeo Na banda de valecircncia os

eleacutetrons estatildeo essencialmente ligados aos siacutetios do cristal Jaacute na banda de conduccedilatildeo os

eleacutetrons tecircm energia suficiente para migrar atraveacutes do cristal No cristal puro natildeo satildeo

encontrados eleacutetrons na banda proibida

Ao incidir uma radiaccedilatildeo no cristal pode ocorrer excitaccedilatildeo de eleacutetrons ateacute a banda de

conduccedilatildeo deixando lacunas na banda de valecircncia (normalmente preenchida)

No cristal puro a energia necessaacuteria para formar um par eleacutetronlacuna eacute

aproximadamente a mesma liberada quando esse par se recombina Assim os espectros de

absorccedilatildeo e emissatildeo superpotildeem-se ocorrendo autoabsorccedilatildeo da radiaccedilatildeo luminosa produzida

Se o cristal for ativado a emissatildeo pode ocorrer via um siacutetio do ativador para o qual a energia

de transiccedilatildeo eacute menor do que a necessaacuteria para a criaccedilatildeo do par eleacutetronlacuna Desse modo o

espectro emitido eacute deslocado para comprimentos de onda maiores e natildeo causa nova absorccedilatildeo

No tubo fotomultiplicador converte-se a radiaccedilatildeo de baixa intensidade produzida no

cintilador em um sinal eleacutetrico uacutetil agrave detecccedilatildeo e contagem de radiaccedilatildeo

Analisador de altura de pulso (PHA)

A energia do foacuteton incidente de raios x determina o tamanho do pulso de tensatildeo

produzido pelo detector O analisador de altura de pulso faz uso dessa propriedade a fim de

selecionar apenas um intervalo estreito de pulsos de voltagem rejeitando todos os pulsos com

intensidades fora do intervalo escolhido

Ao final utiliza-se o meacutetodo de integraccedilatildeo dos recebidos em um integrador

eletrocircnico Se N representa o nuacutemero de contagens em um tempo de integraccedilatildeo t segundos

entatildeo a taxa de contagem eacute Nt contagens por segundo (cps)

36 Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford - Teoria

A teacutecnica de RBS consiste em incidir partiacuteculas monoenergeacuteticas de um feixe de iacuteons

(geralmente iacuteons He+) de alta energia em um alvo estacionaacuterio Ao colidirem com os aacutetomos

do alvo as partiacuteculas satildeo elasticamente espalhadas no campo eleacutetrico do nuacutecleo do aacutetomo e

chegam a um detector por um acircngulo de retroespalhamento Na Figura 11 apresenta-se um

esquema de espalhamento elaacutestico [25-27]

Figura 11 Espalhamento elaacutestico em acircngulo de retroespalhamento de um iacuteon de massa M1

por um aacutetomo de massa M2 com M2gtM1 [25]

O detector ao receber as partiacuteculas espalhadas produz um pulso ou sinal que eacute entatildeo

processado por um analisador multicanal e classificado conforme a amplitude que

corresponde a uma escala em energia Como resultado as informaccedilotildees sobre a composiccedilatildeo

elementar do aacutetomo alvo satildeo obtidas a partir de um espectro de contagens em funccedilatildeo da

energia das partiacuteculas retroespalhadas detectadas [25]

O fator cinemaacutetico (K) eacute responsaacutevel pela anaacutelise elementar qualitativa Essa

grandeza depende da razatildeo entre as energias das partiacuteculas incidentes antes (E0) e depois (E)

do espalhamento (Equaccedilatildeo 4)

119870 = 119864

1198640 (Eq 4)

Considerando as conservaccedilotildees de energia e do momentum na colisatildeo elaacutestica obteacutem-

se a relaccedilatildeo entre o fator cinemaacutetico (K) a massa atocircmica da partiacutecula incidente (M1) a massa

atocircmica do aacutetomo alvo (M2) e o acircngulo de espalhamento (θ) (Eq 5)

119870 = [1198721 119888119900119904120579+ (1198722

2minus 11987212 1199041198901198992120579)

12

1198721+ 1198722]

2

(Eq 5)

Os valores de M1 θ e E0 satildeo preacute-fixados conhecendo E determina-se K e por

conseguinte determina-se M2

A Figura 12 apresenta um esquema do espectro de RBS de um filme fino de

composiccedilatildeo geneacuterica AB onde a massa de A eacute maior do que a massa de B depositado em um

substrato C ainda mais leve

Figura 12 Esquema de um espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford de

um filme fino AB sobre um substrato C ainda mais leve [27]

A resoluccedilatildeo em massa da teacutecnica eacute a diferenccedila miacutenima de massa entre dois aacutetomos-

alvo para que sinais resolvidos possam ser observados no espectro A discriminaccedilatildeo em massa

eacute maacutexima para θ = 180deg razatildeo pela qual satildeo utilizados acircngulos elevados experimentalmente

Pode-se melhorar a resoluccedilatildeo em massa na RBS aumentando a energia e a massa dos aacutetomos

incidentes e melhorando a resoluccedilatildeo do sistema de detecccedilatildeo com o cuidado para natildeo degradar

os detectores [25]

Outra grandeza importante em RBS eacute a seccedilatildeo de choque de espalhamento (σ) que eacute

uma medida da probabilidade de ocorrer o espalhamento e que atribui o caraacuteter quantitativo agrave

teacutecnica [25] Considerando um nuacutemero de partiacuteculas espalhadas (H) sobre um detector tem-se

a Equaccedilatildeo 6

119867 = 119876119873119905 ⟨119889120590

119889120570⟩Ω (Eq 6)

Onde

Q = nuacutemero de partiacuteculas que atinge a amostra

N = densidade volumeacutetrica dos aacutetomos alvo

t = espessura do alvo

⟨119889120590

119889120570⟩ = seccedilatildeo de choque meacutedia de espalhamento

Ω = acircngulo soacutelido do detector em relaccedilatildeo ao feixe

Para acircngulos pequenos tem-se ⟨119889120590

119889120570⟩ = (

119889120590

119889120570)120579

= σ (Eq 7)

Logo 119867 = 119876119873119905120590120570 (Eq 8)

Na Equaccedilatildeo 8 conhecendo o nuacutemero de partiacuteculas que atinge o alvo Q e o detector

H pode-se determinar o numero de aacutetomos por unidade de aacuterea da amostra (Nt) desde que se

conheccedila o acircngulo soacutelido de detecccedilatildeo Ω e a seccedilatildeo de choque de espalhamento (σ) Para uma

colisatildeo elaacutestica entre dois aacutetomos com nuacutemeros atocircmicos Z1 e Z2 (do aacutetomo incidente e do

aacutetomo alvo respectivamente) em que a forccedila de interaccedilatildeo eacute a repulsatildeo eletrostaacutetica dos

nuacutecleos a seccedilatildeo de choque de espalhamento diferencial (por unidade de acircngulo soacutelido) eacute dada

pela Foacutermula de Rutherford (Equaccedilatildeo 9)

119889120590

119889120570= (

119885111988521198902

4119864)2

4

1199041198901198994120579

[1minus ((

11987211198722) 119904119890119899120579)

2

]

12

+cos120579

[1minus ((11987211198722)119904119890119899 120579)

2

]

12

2

(Eq 9)

Em siacutentese a razatildeo entre as concentraccedilotildees relativas dos elementos A e B na

superfiacutecie de uma amostra 119873119860119860119861(119909)

119873119861119860119861(119909)

pode ser calculada com o auxiacutelio de um programa

computacional ou atraveacutes da medida de altura dos degraus obtidos no espectro sendo

calculadas com as Equaccedilotildees 10 e 11

(119889120590

119889120570)119861

(119889120590

119889120570)119860

= Ji (Eq 10)

119873119860119860119861(119909)

119873119861119860119861(119909)

= 119867119860119860119861

119867119861119860119861 119869119894 (Eq 11)

37 Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford - Instrumentaccedilatildeo

Na Figura 13 pode ser observado um esquema com os principais componentes da

instrumentaccedilatildeo utilizada em anaacutelises por RBS que seratildeo descritos em seguida de acordo com

o equipamento utilizado para a realizaccedilatildeo deste trabalho e com informaccedilotildees obtidas na

referecircncia [25]

Figura 13 Esquema dos componentes presentes na instrumentaccedilatildeo utilizada em anaacutelises por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford Fonte Adaptado de [25]

O Laboratoacuterio de Implantaccedilatildeo Iocircnica da Universidade Federal do Rio Grande do Sul

possui um acelerador Tandetron equipado com fontes de iacuteons dos tipos sputtering e de

plasma com tecnologia ldquotandemrdquo com 3MV de tensatildeo maacutexima no terminal e cinco estaccedilotildees

experimentais de linhas distintas incluindo a de RBS

Fonte de iacuteons

Fonte de Plasma um gaacutes ou um vapor eacute ionizado por meio de campos

eletromagneacuteticos na faixa de radiofrequecircncia ou ao ser atravessado por corrente eleacutetrica

Fonte de ldquoSputteringrdquo os iacuteons satildeo produzidos por transferecircncia de momentum

quando da colisatildeo de um feixe primaacuterio (geralmente Cs+) com um alvo soacutelido

Aceleradores ldquotandemrdquo

Neste tipo de acelerador iacuteons positivos deixam a fonte passam por uma troca de

carga (com vapor de Liacutetio ou outro elemento eletropositivo) e satildeo conduzidos com carga

negativa ao tubo acelerador onde satildeo atraiacutedos por um terminal positivo No caso dos iacuteons

produzidos serem originalmente negativos a troca de carga eacute suprimida Junto ao terminal

positivo passam por uma seccedilatildeo contendo um gaacutes ou vapor (N2 no presente caso) ou por uma

folha muito fina de carbono para que os iacuteons emergentes tenham perdido os eleacutetrons Com

carga positiva satildeo novamente acelerados agora por repulsatildeo do terminal Diferenccedilas de

potencial da ordem de vaacuterios milhotildees de volts satildeo obtidas utilizando circuitos multiplicadores

de voltagem que multiplicam e retificam a tensatildeo produzida por um transformador Seguindo

o tubo acelerador geralmente encontra-se um segundo eletroiacutematilde que permite direcionar o

feixe de iacuteons para uma das estaccedilotildees experimentais de acordo com as espeacutecies a serem

detectadas (no presente caso partiacuteculas retroespalhadas)

Detectores de estado soacutelido com junccedilotildees p-n obtidas por implantaccedilatildeo iocircnica

A junccedilatildeo p-n sob polarizaccedilatildeo reversa permite a coleta de cargas geradas na

produccedilatildeo de pares eleacutetron-lacuna Esse fenocircmeno ocorre quando um iacuteon atravessa um

semicondutor excitando eleacutetrons da banda de valecircncia para a banda de conduccedilatildeo que entatildeo

satildeo coletados no acircnodo Dessa forma o nuacutemero de eleacutetrons coletados no acircnodo eacute proporcional

ao nuacutemero de pares de eleacutetron-lacuna produzidos o qual eacute proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo

incidente desde que o iacuteon seja totalmente freado dentro do volume ativo do detector

Analisador multicanal (MCA) no modo de anaacutelise de intensidade de pulso

O MCA consta de uma sequecircncia de registradores onde cada pulso de entrada uma

vez digitalizado por um conversor analoacutegico-digital (ADC) eacute analisado com relaccedilatildeo a sua

amplitude (modo PHA) sob o controle de um discriminador Na sequecircncia o canal de

memoacuteria correspondente tem seu conteuacutedo incrementado em uma unidade Com isso

acumulam-se em um canal especiacutefico todos os pulsos de entrada de um pequeno intervalo de

amplitudes ou energias dos iacuteons incidentes Ao final com a soma dos pulsos recebidos em

cada canal obteacutem-se um histograma do nuacutemero de pulsos em funccedilatildeo de suas amplitudes ou

energias dos iacuteons incidentes

40 METODOLOGIA

41 Amostragem

Amostras de cabelo de 16 pessoas foram coletadas Os doadores foram entrevistados

seguindo o questionaacuterio disponiacutevel no ANEXO I e selecionados de acordo com os seguintes

criteacuterios possuiacuterem cabelos virgens (cabelos sem nenhum tipo de tratamento quiacutemico como

coloraccedilotildees tinturas alisantes entre outros) estarem saudaacuteveis serem natildeo fumantes e viverem

na Regiatildeo Metropolitana do Rio de Janeiro As amostras foram divididas em dois grupos de

oito o primeiro de pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo subterracircneo e o segundo com pessoas

que ingerem a aacutegua tratada e distribuiacuteda pela CEDAE

Foram analisadas amostras de cabelo de duas pessoas que consumiam a aacutegua do

mesmo poccedilo isto eacute duas amostras de cada residecircncia totalizando 4 poccedilos diferentes (a b c

d) na localidade Chaacutecaras Arcampo em Duque de Caxias ndash RJ (Figura 14)

Figura 14 Mapa com os pontos de coleta de amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua

de poccedilo em destaque a localizaccedilatildeo das residecircncias com os poccedilos

Fonte Google Earth Acesso em 30072015

As amostras foram coletadas na regiatildeo occipital da cabeccedila (nuca) como visto na

Figura 15 com o auxiacutelio de uma tesoura de accedilo inoxidaacutevel devidamente limpa com etanol

Essa regiatildeo eacute definida como padratildeo por ser menos suscetiacutevel a contaminaccedilatildeo exoacutegena e

tambeacutem por sempre existir cabelo em indiviacuteduos semicalvos [14] Em seguida as amostras

foram catalogadas e armazenadas em sacos plaacutesticos [5] Informaccedilotildees adicionais sobre o sexo

e a idade dos doadores e o tipo e cor das amostras de cabelo coletadas disponiacuteveis no ANEXO

II

Figura 15 Coleta de amostra de cabelo na regiatildeo occipital da cabeccedila

42 Lavagem das Amostras de Cabelo

Todas as amostras foram submetidas a uma sequecircncia de etapas de lavagem de 10

minutos cada utilizando acetona e aacutegua deionizada (Figura 16) Em seguida foram colocadas

para secar agrave temperatura ambiente de acordo com o procedimento recomendado pela Agecircncia

Internacional de Energia Atocircmica (IAEA) [5]

Figura 16 Lavagem das amostras de cabelo

As amostras analisadas por XRF foram colocadas diretamente no suporte do

equipamento Os fios foram colocados de maneira a se obter a superfiacutecie do porta-amostra

totalmente coberta pelo cabelo a qual em seguida foi coberta por um filme (Ultralenereg 4

microm de espessura) (Figura 17) Para a anaacutelise com o RBS o cabelo foi aderido ao suporte do

porta-amostra com o auxiacutelio de uma fita dupla face de carbono puro (Figura 18)

Figura 17 Amostra de cabelo em porta-amostra do equipamento de Fluorescecircncia de

Raios X

Figura 18 Amostra de cabelo no porta-amostra do equipamento de Espectrometria de

Retroespalhamento Rutherford

43 Paracircmetros Instrumentais

Anaacutelises semiquantitativas de XRF dos elementos presentes no cabelo foram

realizadas no Laboratoacuterio de Impacto de Foacutetons e Eleacutetrons (LIFE) na Universidade Federal do

Rio de Janeiro (UFRJ) Utilizou-se o Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios-X S8 TIGER

ndash BRUKER (Figura 19) na faixa de energia de 05 a 56 keV acircnodo de Rh trabalhando com 1

kW de potecircncia com uma janela de Be de 76 microm atraveacutes do software Quant-Express no

meacutetodo Best Detection O tempo de aquisiccedilatildeo para cada amostra foi de aproximadamente 20

minutos

Os dados por RBS foram realizados no Laboratoacuterio de Implantaccedilatildeo Iocircnica na

Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) Utilizou-se um acelerador de iacuteons

Tandetron - HVEE 3 MV (Figura 20) usando 2000 keV de iacuteons He+ incidentes e detecccedilatildeo de

partiacuteculas retroespalhadas a 165deg

Figura 19 Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X - S8 TIGER - BRUKER

Figura 20 Acelerador de iacuteons Tandetron - HVEE 3 MV onde foi feita a anaacutelise por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford

50 RESULTADOS E DISCUSSOtildeES

51 Anaacutelise por XRF

O espectro completo de XRF da amostra 2 referente ao cabelo de uma pessoa que

ingere aacutegua de poccedilo eacute mostrado na Figura 21 conforme obtido diretamente do equipamento

Eacute possiacutevel identificar as linhas de excitaccedilatildeo do Rh e as linhas de espalhamento Compton e

Rayleigh Os espectros ampliados somente na regiatildeo de interesse com as linhas de

fluorescecircncia Kα e Kβ atribuiacutedas agrave maioria dos elementos (exceto para o chumbo em que se

detectam as linhas Lα e Lβ) e sem as linhas de Rh de todas as amostras analisadas encontram-

se nos ANEXOS III e IV Os elementos analisados e a energia de suas linhas de emissatildeo de

fluorescecircncia Kα e Kβ satildeo apresentados na Tabela 4

Figura 21 Espectro de Fluorescecircncia de Raios X completo da amostra 2

Tabela 4 Energia em keV das principais linhas de emissatildeo de raios x dos elementos

analisados Adaptado de [26]

Os elementos observados e as concentraccedilotildees semiquantitativas das amostras de

cabelo das pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo e das amostras de cabelo das pessoas que

ingerem aacutegua distribuiacuteda pela CEDAE satildeo apresentados respectivamente nas Tabelas 5 e 6

Kα Kβ

Al 1487 1557

Si 1740 1836

P 2014 2139

S 2308 2464

Cl 2622 2816

Ca 3692 4013

Mn 5899 6490

Fe 6404 7058

Cu 8048 8905

Zn 8639 9572

Pb (Linhas Lα e Lβ) 10552 12614

Elementos

Analisados

Energia (keV) das Linhas de

Emissatildeo de Raios X

Tabela 5 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (1 a 8) que

ingerem aacutegua de poccedilo As concentraccedilotildees dos elementos foram normalizadas de modo que a

soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da matriz orgacircnica em conjunto

seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo ldquoa b c drdquo correlacionam a amostra

de cabelo com o poccedilo do qual o indiviacuteduo ingere aacutegua

1 2 3 4 5 6 7 8

Al 002 003 003 34 ppm natildeo det 006 natildeo det 001

Si 001 54 ppm 006 46 ppm 005 002 002 54 ppm

P 003 003 54 ppm 002 001 46 ppm natildeo det 004

S 117 071 115 118 166 135 151 098

Cl 003 65 ppm 002 002 natildeo det 003 natildeo det 61 ppm

Ca 003 003 80 ppm 002 004 002 008 008

Mn 73 ppm 78 ppm 58 ppm 10 ppm natildeo det 91 ppm natildeo det 54 ppm

Fe 001 001 92 ppm 29 ppm 38 ppm 001 27 ppm 83 ppm

Cu 44 ppm 41 ppm 46 ppm 31 ppm natildeo det 44 ppm 37 ppm 36 ppm

Zn 77 ppm 002 91 ppm 82 ppm 41 ppm 92 ppm 40 ppm 98 ppm

Pb 10 ppm 9 ppm 12 ppm 10 ppm natildeo det 10 ppm natildeo det 9 ppm

a b c d

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Elementos

Tabela 6 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (9 a 16)

que ingerem aacutegua tratada e distribuiacuteda pela CEDAE As concentraccedilotildees dos elementos foram

normalizadas de modo que a soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da

matriz orgacircnica em conjunto seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo

9 10 11 12 13 14 15 16

Al 001 36 ppm natildeo det 002 61 ppm 90 ppm 002 natildeo det

Si natildeo det 35 ppm natildeo det 40 ppm 79 ppm 60 ppm natildeo det natildeo det

P 003 34 ppm 003 002 natildeo det 46 ppm natildeo det 41 ppm

S 111 106 116 152 136 145 155 128

Cl 52 ppm 001 002 003 004 005 014 009

Ca 006 004 002 002 001 001 001 001

Mn 51 ppm 9 ppm 32 ppm natildeo det 24 ppm 57 ppm natildeo det 30 ppm

Fe 82 ppm 30 ppm 57 ppm 56 ppm 59 ppm 90 ppm 52 ppm 54 ppm

Cu 31 ppm 51 ppm 28 ppm 27 ppm 31 ppm 44 ppm 14 ppm 29 ppm

Zn 001 001 92 ppm 86 ppm 001 001 42 ppm 001

Pb natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det

Elementos

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

Na anaacutelise semiquantitativa por XRF pode-se verificar a presenccedila de elevadas

concentraccedilotildees de enxofre o que jaacute era esperado visto que este elemento faz parte da estrutura

da cisteiacutena o aminoaacutecido em maior quantidade na composiccedilatildeo do cabelo

Os elementos Ca Zn e Fe foram detectados em todas as amostras dos dois grupos O

Ca aparece na maior parte das amostras em concentraccedilotildees da ordem de enquanto que o Zn

e o Fe da ordem de ppm Os elementos Al P Mn Cl Si e Cu aparecem na maioria das

amostras em ambos os grupos No entanto o Pb foi observado em concentraccedilotildees da ordem de

ppm somente em amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo

Para as amostras 5 7 e 15 utilizou-se um porta amostra com maacutescara de 8 mm de

diacircmetro ao inveacutes da maacutescara de 34 mm utilizada para as outras amostras devido a pouca

quantidade de cabelo coletado Agrave vantagem de poder utilizar menos amostra com a maacutescara

de 8 mm contrapotildee-se um aumento do ruiacutedo de fundo e a consequente perda da sensibilidade

na anaacutelise Tal fato pode provavelmente justificar a quantidade menor de elementos

observados nessas amostras em comparaccedilatildeo com as demais incluindo a ausecircncia do elemento

chumbo nas amostras 5 e 7 jaacute que o mesmo aparece nas amostras 6 e 8 das pessoas que

bebem a mesma aacutegua dos poccedilos c e d respectivamente

52 Anaacutelise por RBS

Apresenta-se na Figura 22 o espectro de RBS da amostra 2 adquirido durante 8

horas de anaacutelise e apoacutes tratamento dos dados atraveacutes do programa computacional OriginPro 8

Duas ampliaccedilotildees (I e II) nas regiotildees de mais alta energia satildeo apresentadas nas Figuras 23 e

24 Observou-se a presenccedila dos elementos C N O Si S Cl Ti Cu Zn e Pb

As energias dos iacuteons He+ retroespalhados a partir da interaccedilatildeo com os nuacutecleos de Pb

e Hg satildeo muito proacuteximas tornando difiacutecil a resoluccedilatildeo dos sinais No entanto o Hg natildeo foi

observado em nenhuma das amostras por XRF enquanto o Pb pode ser detectado claramente

Conclui-se portanto que o degrau no espectro eacute correspondente ao Pb

Utilizando-se o caacutelculo da seccedilatildeo de choque de espalhamento Rutherford foi possiacutevel

obter uma anaacutelise quantitativa relativa da amostra 2 Para isso foi escolhido o enxofre como

elemento padratildeo devido ao fato do S estar presente em todas as amostras de cabelo e ser

facilmente detectaacutevel por ambas as teacutecnicas Para cada aacutetomo de S na amostra de cabelo as

seguintes proporccedilotildees atocircmicas foram obtidas 115 x 102 C 274 x 10

1 N 157 x 10

1 O 479 x

10-1

Si 641 x 10-1

Cl 454 x 10-2

Ti 162 x 10-2

Cu 265 x 10-2

Zn e 504 x 10-4

Pb

Figura 22 Espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da amostra 2

(grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 23 Ampliaccedilatildeo I do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 24 Ampliaccedilatildeo II do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

60 CONCLUSOtildeES

As teacutecnicas de XRF e RBS mostraram-se eficientes e complementares na

determinaccedilatildeo de vaacuterios elementos presentes em amostras de cabelo humano Atraveacutes das duas

teacutecnicas foi possiacutevel detectar de forma semiquantitativa a presenccedila de elementos desde o Al

ateacute o Pb Por RBS tambeacutem foram detectados elementos mais leves como C N e O A

utilizaccedilatildeo conjunta das duas teacutecnicas permitiu a identificaccedilatildeo inequiacutevoca de Pb no espectro de

RBS

Eacute evidente que as concentraccedilotildees dos elementos nas amostras de cabelo dependem de

diversos fatores tais como o tipo de alimentaccedilatildeo idade sexo ambiente em que o indiviacuteduo

vive e podem ser provenientes de meios exoacutegenos e endoacutegenos Entretanto considerando o

natildeo aparecimento do Pb em nenhuma das amostras de cabelo das pessoas que ingerem aacutegua

distribuiacuteda pela CEDAE aleacutem das anaacutelises preacutevias da aacutegua dos poccedilos da aacuterea em estudo eacute

possiacutevel afirmar que existe uma elevada possibilidade da aacutegua de poccedilo estaacute atuando como

uma fonte de contaminaccedilatildeo de Pb para as pessoas Como o Pb eacute um elemento toacutexico com

propriedade de bioacumulaccedilatildeo sua presenccedila pode gerar danos irreversiacuteveis aos organismos

vivos

70 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS

Como sugestotildees deste estudo podemos indicar

Realizar uma anaacutelise quantitativa de um nuacutemero mais amplo de amostras

Efetuar uma comparaccedilatildeo com materiais de referecircncia certificados a fim de

determinar com um grau de confiabilidade mais elevado se as quantidades de

chumbo detectadas nas amostras de cabelo estatildeo acima do intervalo de valores

considerados aceitaacuteveis

80 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

[1] POZEBON D DRESSLER V L CURTIUS A J Anaacutelise de cabelo uma revisatildeo

dos procedimentos para a determinaccedilatildeo de elementos traccedilo e aplicaccedilotildees Quiacutem Nova

1999 22 (6) 838-846

[2] FRAZAtildeO S V Estudo da determinaccedilatildeo de elementos traccedilo em cabelos humanos

pelo meacutetodo de anaacutelise por ativaccedilatildeo de necircutrons Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Ciecircncias na

Aacuterea de Tecnologia Nuclear ndash Aplicaccedilotildees Instituto de Pesquisas Energeacuteticas e Nucleares ndash

Universidade de Satildeo Paulo - USP Satildeo Paulo 2008

[3] CARNEIRO M T W D SILVEIRA C L P MIEKELEY N FORTES L M C

Reference intervals for minor and trace elements in human hair for the population of

Rio de Janeiro city Brazil Quiacutem Nova 2002 25 (1) 37-45

[4] KEMPSON I M SKINNER W M KIRKBRIDE K P The ocurrence and

incorporation of copper and zinc in hair and their potential role as bioindicators a

review Journal of Toxicology and Environmental Health 2007 B 10 611-622

[5] CORTES-TORO E DE GOEIJ J J M BASCO J CHENG Y KINOVA L

MATSUBARA J NIESE S SATP T WESENBERG G R MURAMATSU Y PARR

R M The significance of hair mineral analysis as a means for assessing internal body

burdens of environmental pollutants results from an IAEA co-ordinated research

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[6] CLAYTON E WOOLER K K Sample preparation and system calibration for

Proton-Induced X-ray Emission analysis of hair from occupationally exposed workers

Anal Chem198557 1075-1079

[7] MIEKELEY N CARNEIRO M T W D SILVEIRA C L P How reliable are

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1998 218 9-17

[8] MIEKELEY N FORTES L M C SILVEIRA C L P LIMA M B Elemental

anomalies in hair as indicators of endocrinologic pathologies and deficiencies in calcium

and bone metabolism Journal of Trace Elements in Medicine and Biology 2001 15 46-55

[9] TORIBARA T Y JACKSON D A FRENCH W R THOMPSON A C

JACKLEVIC J M Nondestructive X-Ray Fluorescence Spectrometry for determination

of trace elements along a single strand of hair Anal Chem 1982 54 1844-1849

[10] KHUDER A BAKIR M A HASAN R MOHAMMAD A Determination of

nickel cuper zinc and lead in human scalp hair in Syrian occupationally exposed

workers by total reflection X-Ray Fluorescence Environ Monit Assess 2008 143 67-74

[11] BARANOWSKA I BARCHANSKI L BAK M SMOLEC B MZYK Z X-Ray

Fluorescence Spectrometry in multielemental analysis of hair and teeth Polish Journal of

Environmental Studies 2004 13 (6) 639-646

[12] WATT F LANDSBERG J P Nuclear microscopy biomedical applications

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research 1993 B 77 249-260

[13] PAIXAtildeO P V GOMES L M B Anaacutelise de aacutegua de poccedilos subterracircneos na

localidade Chaacutecaras Arcampo em Duque de Caxias ndash RJ Relatoacuterio Final de Estaacutegio

Iniciaccedilatildeo Cientiacutefica Instituto de Quiacutemica ndash Universidade Federal do Rio de Janeiro ndash UFRJ

Rio de Janeiro 2012

[14] ANUNCIACcedilAtildeO D L R Anaacutelise de elementos maiores menores e traccedilo em

amostras de cabelo aplicado a triagem populacional com elevada incidecircncia de cacircncer

Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Quiacutemica Instituto de Quiacutemica ndash Universidade de Brasiacutelia

Brasiacutelia ndash Distrito Federal 2008

[15] TEGON E C Caracterizaccedilatildeo Quiacutemica do Enxofre e do Caacutelcio presentes em

amostras de cabelos empregando as teacutecnicas XRF e NEXAFS Projeto de Final de Curso

em Quiacutemica com Atribuiccedilotildees Tecnoloacutegicas Instituto de Quiacutemica ndash Universidade Federal do

Rio de Janeiro Rio de Janeiro 2013

[16] Dossiecirc os minerais na alimentaccedilatildeo Food Ingredients Brasil 2008 ndeg 4 48-65

Disponiacutevel em lt wwwrevista-ficommaterias52pdfgt Acesso em 30 de julho de 2015

[17] CEDAE Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos Disponiacutevel em

ltwwwcedaecombrgt Acesso em 30 de julho de 2015

[18] IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatiacutestica Censo Brasileiro de 2010 Rio de

Janeiro 2010 Disponiacutevel em ltwwwcenso2010ibgegovbrgt Acesso em 30 de julho de

2015

[19] RESENDE D ALENCAR E ALMEIDA R BERTA R Principal reservatoacuterio do

Paraiacuteba do Sul Paraibuna chega ao volume morto pela primeira vez Jornal O Globo 22

de janeiro de 2015 Disponiacutevel em httpogloboglobocomrioprincipal-reservatorio-do-

paraiba-do-sul-paraibuna-chega-ao-volume-morto-pela-primeira-vez-gt Acesso em 30 de

julho de 2015

[20] Fundamentos teoacutericos da teacutecnica de anaacutelise espectromeacutetrica por fluorescecircncia de

raios-x PUC-Rio ndash Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em

lthttpwwwmaxwellvracpuc-riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 30 de julho de 2015

[21] TASCH P DAMIANI F OLIVEIRA L C M IE - 607A Teacutecnicas de anaacutelise e

caracterizaccedilatildeo de materiais Universidade Estadual de Campinas ndash UNICAMP Campinas

2000

[22] FILHO V F N Teacutecnicas analiacuteticas nucleares de Fluorescecircncia de Raios ndashX por

Dispersatildeo de Enerdia (ED-XRF) e por Reflexatildeo Total (TXRF) Departamento de Ciecircncias

Exatas ESALQ Laboratoacuterio de Instrumentaccedilatildeo Nuclear CENA Universidade de Satildeo Paulo

ndash USP Satildeo Paulo 1999

[23] PERDONAacute C R Introduccedilatildeo a espectrometria de Fluorescecircncia de Raios-X Manual

Teacutecnico ndash BRUKER 2014

[24] O espectrocircmetro de fluorescecircncia de raios-x Thermo ARL 9900 PUC-Rio ndash

Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em lthttpwwwmaxwellvracpuc-

riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 08 de agosto de 2015

[25] KRUG C Superfiacutecies porosas recobertas com metalocenos anaacutelise multivariada

envolvendo caracterizaccedilatildeo com feixe de iacuteons Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Fiacutesica Instituto

de Fiacutesica Universidade Federal do Rio Grande do Sul ndash UFRGS Porto Alegre 2000

[26] TABACNIKS M H Anaacutelise de filmes finos por PIXE e RBS Instituto de Fiacutesica da

Universidade de Satildeo Paulo Disponiacutevel em ltwww2ifuspbr~lamfipixeamprbspdfgt Acesso

em julho de 2015

[27] ALMEIDA C R Efeito de tratamentos teacutermico e quiacutemico de aerogeacuteis de oacutexido de

estanho Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Engenharia Eleacutetrica Universidade Federal de Santa

Catarina Florianoacutepolis 2013

[28] ATTWOOD D T HENKE B L et al X-Ray Data Booklet Lawrence Berkeley

Laboratory University of California Berkeley California 1986

ANEXO I

MODELO DO QUESTIONAacuteRIO PREENCHIDO ANTES DA COLETA DAS AMOSTRAS

DE CABELO

Coacutedigo da amostra

Nome

Idade (anos)

Endereccedilo

Fuma Sim ( ) Natildeo ( )

Ingere aacutegua de que tipo (poccedilo CEDAE) Poccedilo ( ) CEDAE ( )

Fez algum tipo de tratamento quiacutemico no cabelo

(coloraccedilatildeo alisamento etc)Sim ( ) Natildeo ( )

Qual Quando foi a uacuteltima vez

Esteve bem de sauacutede nos uacuteltimos 6 meses Sim ( ) Natildeo ( )

Data da coleta

Responsaacutevel pela coleta

COLETA DE AMOSTRA DE CABELO

ANEXO II

INFORMACcedilOtildeES ADICIONAIS SOBRE OS DOADORES E AS AMOSTRAS DE

CABELO COLETADAS

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

1 Feminino 62 Cacheado Castanho Escuro

2 Feminino 27 Cacheado Castanho Escuro

3 Feminino 17 Liso Castanho Escuro

4 Feminino 10 Cacheado Castanho Escuro

5 Feminino 58 Liso Castanho Escuro

6 Feminino 7 Cacheado Castanho Escuro

7 Masculino 17 Liso Castanho Claro

8 Feminino 39 Liso Castanho Escuro

Pessoas que Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

9 Feminino 41 Cacheado Castanho Escuro

10 Feminino 17 Ondulado Castanho Claro

11 Masculino 1 Cacheado Castanho Escuro

12 Feminino 11 Liso Castanho Escuro

13 Masculino 21 Liso Castanho Escuro

14 Masculino 42 Cacheado Preto

15 Masculino 6 Liso Preto

16 Masculino 14 Liso Preto

Pessoas que Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

ANEXO III

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DE POCcedilO (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 1

Amostra 2

Amostra 3

Amostra 4

Amostra 5

Amostra 6

Amostra 7

Amostra 8

ANEXO IV

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DISTRIBUIacuteDA PELA CEDAE (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 9

Amostra 10

Amostra 11

Amostra 12

Amostra 13

Amostra 14

Amostra 15

Amostra 16

Page 11: Dissertação Priscilla Velasco da Paixão

80 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS53

ANEXO I MODELO DO QUESTIONAacuteRIO PREENCHIDO ANTES DA COLETA DAS

AMOSTRAS DE CABELO57

ANEXO II INFORMACcedilOtildeES ADICIONAIS SOBRE OS DOADORES E AS AMOSTRAS

DE CABELO COLETADAS59

ANEXO III ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE

INGEREM AacuteGUA DE POCcedilO (AMPLIACcedilAtildeO DA REGIAtildeO DE INTERESSE)61

ANEXO IV ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE

INGEREM AacuteGUA DISTRIBUIacuteDA PELA CEDAE (AMPLIACcedilAtildeO DA REGIAtildeO DE

INTERESSE)66

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 Desenho esquemaacutetico de um fio de cabelo18

Figura 2 Esquema das fases de crescimento do cabelo19

Figura 3 Estrutura secundaacuteria (α-heacutelice) da α-queratina19

Figura 4 Estrutura da Cisteiacutena e da Cistina21

Figura 5 Reservatoacuterio Paraibuna localizado na Bacia do Rio Paraiacuteba do Sul25

Figura 6 Poccedilo subterracircneo em Duque de Caxias26

Figura 7 Esquema do princiacutepio da Fluorescecircncia de Raios X27

Figura 8 Efeito Auger28

Figura 9 Espalhamento Compton e Rayleigh29

Figura 10 Instrumentaccedilatildeo do Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X por Dispersatildeo de

Comprimento de Onda - S8 TIGER - BRUKER29

Figura 11 Espalhamento elaacutestico em acircngulo de retroespalhamento de um iacuteon de massa M1

por um aacutetomo de massa M2 com M2gtM134

Figura 12 Esquema de um espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford de

um filme fino AB sobre um substrato C ainda mais leve36

Figura 13 Esquema dos componentes presentes na instrumentaccedilatildeo utilizada em anaacutelises por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford38

Figura 14 Mapa com os pontos de coleta de amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua

de poccedilo em destaque a localizaccedilatildeo das residecircncias com os poccedilos40

Figura 15 Coleta de amostra de cabelo na regiatildeo occipital da cabeccedila41

Figura 16 Lavagem das amostras de cabelo42

Figura 17 Amostra de cabelo em porta-amostra do equipamento de Fluorescecircncia de Raios

X42

Figura 18 Amostra de cabelo no porta-amostra do equipamento de Espectrometria de

Retroespalhamento Rutherford43

Figura 19 Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X - S8 TIGER - BRUKER44

Figura 20 Acelerador de iacuteons Tandetron - HVEE 3 MV onde foi feita a anaacutelise por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford44

Figura 21 Espectro de Fluorescecircncia de Raios X completo da amostra 245

Figura 22 Espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da amostra 2

(grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)50

Figura 23 Ampliaccedilatildeo I do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)50

Figura 24 Ampliaccedilatildeo II do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)51

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 Composiccedilatildeo de aminoaacutecidos no cabelo20

Tabela 2 Elementos traccedilo essenciais e algumas de suas funccedilotildees bioloacutegicas22

Tabela 3 Elementos traccedilo natildeo essenciais e suas toxicidades24

Tabela 4 Energia em keV das principais linhas de emissatildeo de raios x dos elementos

analisados46

Tabela 5 Concentraccedilatildeo dos elementos nas amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua

de poccedilo47

Tabela 6 Concentraccedilatildeo dos elementos nas amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua

distribuiacuteda pela CEDAE48

LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS

AAS - Atomic Absorption Spectroscopy (Espectroscopia de Absorccedilatildeo Atocircmica)

CEDAE - Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos do Rio de Janeiro

CONAMA - Conselho Nacional do Meio Ambiente

ERD - Elastic Recoil Detection (Anaacutelise por Detecccedilatildeo de Recuo Elaacutestico)

IAEA - International Atomic Energy Agency (Agecircncia Internacional de Energia Atocircmica)

IBGE - Instituto Brasileiro de Geografia e Estatiacutestica

ICP-AES - Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry (Espectrometria de

Emissatildeo Atocircmica com Plasma Indutivamente Acoplado)

ICP-MS - Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (Espectrometria de Massa com

Plasma Indutivamente Acoplado)

ICP-OES - Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometry (Espectrometria de

Emissatildeo Oacuteptica com Plasma Acoplado Indutivamente)

LIFE - Laboratoacuterio de Impacto de Foacutetons e Eleacutetrons

NAA - Neutron Activation Analysis (Anaacutelise por Ativaccedilatildeo de Necircutrons)

PET ndash Pentaeritriato

PHA - Pulse Height Analyzer (Analisador de Altura de Pulso)

PIXE - Proton Induced X-Ray Emission (Emissatildeo de Raios X Induzidos por Proacutetons)

RBS - Rutherford Backscattering Spectrometry (Espectrometria de Retroespalhamento

Rutherford)

UFRGS - Universidade Federal do Rio Grande do Sul

UFRJ - Universidade Federal do Rio de Janeiro

WDXRF - Wavelength Dispersive X-ray Fluorescence (Fluorescecircncia de Raios X por

Dispersatildeo de Comprimento de Onda)

XRF - X-Ray Fluorescence (Fluorescecircncia de Raios X)

16

10 INTRODUCcedilAtildeO

A determinaccedilatildeo de elementos traccedilo em cabelo tem sido assunto de estudo em

diversas aacutereas da ciecircncia dentre elas o monitoramento de exposiccedilatildeo ambiental e ocupacional

avaliaccedilatildeo da intoxicaccedilatildeo por metais toacutexicos avaliaccedilatildeo do estado nutricional diagnoacutestico e

prevenccedilatildeo de doenccedilas e nas ciecircncias forenses Isto se deve ao fato do cabelo ser considerado

um ldquodosiacutemetro bioloacutegicordquo que reflete a exposiccedilatildeo e absorccedilatildeo do indiviacuteduo a determinado

elemento ou seja a concentraccedilatildeo dos elementos traccedilo no cabelo indica a concentraccedilatildeo dos

mesmos no organismo [1-5]

Frente agrave anaacutelise de outros materiais bioloacutegicos como urina e sangue o cabelo tem a

vantagem da facilidade de amostragem (sem dor ou trauma para o indiviacuteduo) facilidade de

armazenamento transporte e manuseio possibilidade de obtenccedilatildeo de um registro histoacuterico de

exposiccedilatildeo aos elementos em questatildeo aleacutem da estabilidade estrutural da amostra permitindo o

diagnoacutestico por um periacuteodo maior de tempo (meses a anos) [1-46]

Haacute muita controveacutersia na literatura quanto aos dados disponiacuteveis em relaccedilatildeo agrave anaacutelise

elementar em cabelos no tocante agrave falta de um procedimento padratildeo de anaacutelise com uma

etapa de lavagem que seja completamente eficiente em eliminar a contaminaccedilatildeo exoacutegena (ar

aacutegua cosmeacuteticos entre outros) da contaminaccedilatildeo endoacutegena (incorporado ao fio do cabelo

durante a primeira fase de crescimento) [1-3]

Nas uacuteltimas deacutecadas vaacuterios estudos relacionados agrave determinaccedilatildeo elementar de

cabelos com foco em quiacutemica ambiental e ciecircncia meacutedica foram realizados Dentre as teacutecnicas

mais utilizadas encontram-se Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry

(ICP-AES) [13] Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (ICP-MS) [1378]

Neutron Activation Analysis (NAA) [15] Atomic Absorption Spectroscopy (AAS) [15] X-

Ray Fluorescence (XRF) [59-11] e Proton Induced X-Ray Emission (PIXE) [612]

Encontramos na literatura apenas um relato anterior sobre a anaacutelise por RBS de amostras de

cabelo em que a RBS foi utilizada para determinar os principais componentes de cabelo (C

N O e S) Os mesmos autores tambeacutem utilizaram PIXE para determinar elementos em

concentraccedilatildeo mais baixa e Elastic Recoil Detection (ERD) para determinar Hidrogecircnio [6]

Em trabalho de Iniciaccedilatildeo Cientiacutefica feito por mim com orientaccedilatildeo da Prof Dr Lola

Maria Braga Gomes do Departamento de Quiacutemica Analiacutetica-UFRJ em 2012 foram realizadas

anaacutelises da qualidade da aacutegua de 6 poccedilos subterracircneos na localidade Chaacutecaras Arcampo na

cidade de Duque de Caxias-RJ Foram determinados por ICP-OES os seguintes elementos

Cr Mn Fe Ni Cu Zn Ar Cd e Pb Constatou-se a presenccedila de chumbo em valores ateacute 55

vezes acima do permitido pelos Padrotildees de Qualidade de Aacutegua Subterracircnea do CONAMA

[13]

O presente trabalho foi realizado com a intenccedilatildeo de verificar quais elementos

estariam presentes nas amostras de cabelo das pessoas daquela localidade e que ingerem esse

tipo de aacutegua Dentro do nosso conhecimento esta eacute a primeira vez em que XRF e RBS satildeo

conjuntamente aplicados para a determinaccedilatildeo de elementos traccedilo presentes em amostras de

cabelo

Considera-se este trabalho relevante tanto para servir como fonte de dados quanto

para o seu possiacutevel uso no acircmbito social principalmente no que diz respeito ao abastecimento

de aacutegua e a sauacutede de parte da populaccedilatildeo que consome diariamente uma aacutegua sem tratamento

20 OBJETIVO

O presente trabalho tem como objetivo utilizar as teacutecnicas de Fluorescecircncia de

Raios X (XRF) e Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford (RBS) para determinar e

comparar elementos presentes em amostras de cabelo de dois grupos de pessoas que vivem na

Regiatildeo Metropolitana do Rio de Janeiro No primeiro grupo estatildeo pessoas que ingerem aacutegua

de poccedilo enquanto no segundo grupo estatildeo pessoas que ingerem aacutegua tratada e distribuiacuteda pela

Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos (CEDAE) do Rio de Janeiro

30 REVISAtildeO BIBLIOGRAacuteFICA E FUNDAMENTOS TEOacuteRICOS

31 O Cabelo

O cabelo possui uma funccedilatildeo esteacutetica com papel importante nos atributos da beleza

mas tem como principal funccedilatildeo a proteccedilatildeo da cabeccedila dos raios solares Esse processo eacute

realizado atraveacutes de receptores nervosos que agem como sensores teacutermicos capazes de

aumentar a proteccedilatildeo quando necessaacuterio [1214]

A composiccedilatildeo do cabelo eacute de aproximadamente 80 de proteiacutenas 15 de aacutegua e

aproximadamente 5 de lipiacutedios e constituintes inorgacircnicos O cabelo eacute basicamente

constituiacutedo por trecircs camadas cutiacutecula (camada externa) coacutertex (parte intermediaacuteria) e medula

(parte mais interna) (Fig 1) A cutiacutecula eacute formada por vaacuterias subcamadas separadas por um

complexo de ceacutelulas alongadas e justapostas que envolvem o coacutertex O coacutertex eacute o principal

constituinte do cabelo formado por um conjunto de ceacutelulas ciliacutendricas denominadas matriz e

perfeitamente ligadas umas as outras Na matriz encontram-se a α-queratina e outras

proteiacutenas A medula apresenta-se em pequena quantidade e pode estar ausente em alguns tipos

de cabelo Eacute composta por ceacutelulas anucleadas contendo lipiacutedeos e granulaccedilotildees pigmentadas

[1214]

Figura 1 Desenho esquemaacutetico de um fio de cabelo

Fonte http ltwwwartistasdocabelocombrgt Acesso em 30072015

O fio de cabelo desenvolve-se a partir de cavidades denominadas foliacuteculos pilosos

localizados de 3 a 5 mm abaixo da superfiacutecie da pele A taxa de crescimento meacutedio do fio eacute de

cerca de 1 cm por mecircs e cada fio pode ter de 15 a 120 microm de diacircmetro dependendo do tipo de

cabelo O ciclo de crescimento do cabelo eacute dividido em trecircs estaacutegios (Fig2)

Anaacutegeno ocorre o crescimento ativo do cabelo com irrigaccedilatildeo sanguiacutenea atraveacutes dos

foliacuteculos capilares na regiatildeo da papila Pode durar ateacute 7 anos Em um adulto cerca de

90 dos fios encontram-se neste estaacutegio

Cataacutegeno ocorre uma transiccedilatildeo entre o crescimento do fio e seu teacutermino dura apenas

algumas semanas O cabelo para de receber irrigaccedilatildeo sanguiacutenea para de crescer e a

parte mais profunda do foliacuteculo piloso fica mais proacutexima da superfiacutecie da pele

Teloacutegeno ocorre a queda do fio iniciando o crescimento de outro fio atraveacutes de um

foliacuteculo novo que surge no mesmo local [1214]

Figura 2 Esquema das fases de crescimento do cabelo

Fonte httpltwwwtratamentocalviciecombrartigo_02phpgt Acesso em 30072015

A α-queratina eacute uma proteiacutena que apresenta uma estrutura secundaacuteria (α-heacutelice) em

um arranjo helicoidal estabilizado por pontes de hidrogecircnio (Figura 3) e eacute responsaacutevel por dar

sustentaccedilatildeo ao cabelo Ela fica imersa na matriz e eacute composta por uma sequecircncia de

aminoaacutecidos (Tabela 1) sendo a cisteiacutena o principal desses

Figura 3 Estrutura secundaacuteria (α-heacutelice) da α-queratina

Fonte httpltwwwslideplayercombrgt Acesso em 27092015

Tabela 1 Composiccedilatildeo de aminoaacutecidos no cabelo normal Fonte [15]

Ligaccedilotildees quiacutemicas cruzadas entre as cadeias polimeacutericas de α-queratina formam

pontes dissulfeto (-S-S-) que datildeo origem aos resiacuteduos de cistina (Fig4) Como estatildeo em

grande quantidade na composiccedilatildeo do cabelo formam uma rede de alta resistecircncia e datildeo o

formato ao fio A reduccedilatildeo dessas ligaccedilotildees causa mudanccedilas nas propriedades mecacircnicas do fio

Cortes histoloacutegicos evidenciaram elevada atividade de metais pesados na α-queratina [114]

Aminoaacutecido Quantidade Residual ()

Aacutecido Aspaacutertico 49

Aacutecido Glutacircmico 114

Alanina 46

Arginina 58

Cisteiacutena 178

Fenilalanina 16

Glicina 64

Histidina 09

Isoleucina 26

Leucina 58

Lisina 27

Metionina 06

Prolina 84

Serina 117

Tirosina 2

Treonina 68

Valina 58

Figura 4 Estrutura da Cisteiacutena e da Cistina Reaccedilatildeo de oxi-reduccedilatildeo formando a ponte

dissulfeto Adaptado de httpltbiocienciascpoblogspotcombr201211resumo-

proteinashtmlgt

A incorporaccedilatildeo de elementos ao cabelo pode ocorrer por dois meios exoacutegeno e

endoacutegeno A incorporaccedilatildeo endoacutegena ocorre no primeiro estaacutegio de crescimento do fio onde o

foliacuteculo capilar encontra-se em contato com as glacircndulas secretoras e vasos sanguiacuteneos

Assim os elementos quiacutemicos que circulam no organismo atraveacutes dos fluidos podem

incorporar-se ao cabelo Estima-se que o periacuteodo entre a absorccedilatildeo pelo indiviacuteduo e a

incorporaccedilatildeo de elementos no cabelo seja de 30 dias Um modelo mais simples sugere que a

incorporaccedilatildeo endoacutegena ocorra de forma passiva isto eacute por difusatildeo [1] Os metais ligam-se

aos aminoaacutecidos atraveacutes de seus grupos funcionais como sulfidrila (-SH) amina (-NH2)

hidroxila (-OH) e carboxila (-COOH) nos quais a forccedila destas ligaccedilotildees dependeraacute da

estrutura eletrocircnica externa do metal [14]

Na incorporaccedilatildeo exoacutegena os elementos quiacutemicos satildeo levados ao cabelo por fatores

externos como aacutegua poeira fumaccedila cosmeacuteticos entre outros Os elementos podem ligar-se agrave

cutiacutecula do fio capilar principalmente se as cutiacuteculas estiverem danificadas [14]

32 Elementos Essenciais e Natildeo Essenciais e a Sauacutede Humana

Os elementos traccedilos podem ser divididos em essenciais e natildeo essenciais de acordo

com a importacircncia nutricional e a influecircncia no organismo dos seres vivos Os elementos

traccedilo essenciais satildeo considerados beneacuteficos e indispensaacuteveis para os seres vivos dentro de

uma faixa especiacutefica de concentraccedilatildeo Na Tabela 2 estatildeo listados os elementos traccedilo

essenciais e suas respectivas funccedilotildees bioloacutegicas [214]

Tabela 2 Elementos traccedilo essenciais e algumas de suas funccedilotildees bioloacutegicas

Adaptado de [14 16]

B Previne a osteoporose em mulheres na fase poacutes-menopausa

CaImportante na coagulaccedilatildeo sanguinea na contraccedilatildeo muscular transmissatildeo nervosa e

formaccedilatildeo de ossos e dentes

Cl Presente no suco gaacutestrico manteacutem o equilibrio hidrico e de eletroacutelitos

Co Constituinte da vitamina B12

Cr Importante no metabolismo da glicose

Cu Cofator em enzimas redox e no transporte de O2

F Prevenccedilatildeo das patologias bucodentaacuteria e oacutessea atua tambeacutem nos tecidos celulares

Fe Cofator em muitas enzimas e proteiacutenas heme

IPresente na estrutura de dois fatores hormonais da glacircndula tireoacuteide (tiroxina e

triiodotiroxina)

KImportante na regulaccedilatildeo da atividade neuromuscular crescimento celular e equiliacutebrio

osmoacutetico

MgRegula diversas reaccedilotildees enzimaacuteticas e age sobre as trocas iocircnicas da membrana

celular

MnCofator em muitas enzimas auxilia na reduccedilatildeo de accedilucar no sangue e a regular o

funcionamento do sistema reprodutivo

Elementos Essenciais e suas Funccedilotildees Bioloacutegicas

Os elementos traccedilo natildeo essenciais satildeo aqueles que natildeo apresentam nenhuma funccedilatildeo

no metabolismo das espeacutecies animais e vegetais e quando estatildeo em alta concentraccedilatildeo podem

provocar efeitos negativos ao organismo dos seres vivos Na Tabela 3 estatildeo listados alguns

elementos traccedilo natildeo essenciais e suas toxicidades [214]

Mo Cofator em enzimas que metabolizam os aminoaacutecidos metionina e cistina

NaAtua no controle osmoacutetico volume plasmaacutetico transmissatildeo de impulsos nervosos e

controle da contraccedilatildeo muscular

Ni A essencialidade eacute provaacutevel mas ainda natildeo estaacute estabelecida

PAtua na formaccedilatildeo dos ossos e dentes participa da estrutura das membranas

celulares e do processo de absorccedilatildeo renal da glicose

SParticipa da construccedilatildeo das proteiacutenas e no metabolismo energeacutetico faz parte de

algumas vitaminas (tiamina e biotina)

SeParticipaccedilatildeo na siacutentese de hormocircnios tireoideanos na accedilatildeo antioxidante e eacute cofator

em enzimas

Si Atua na estrutura da derme promovendo sua elasticidade

Sn A essencialidade eacute provaacutevel mas ainda natildeo estaacute estabelecida

V A essencialidade eacute provaacutevel mas ainda natildeo estaacute estabelecida

ZnCofator em algumas enzimas e na insulina tambeacutem exerce influecircncia no metabolismo

dos aacutecidos nucleiacutecos

Tabela 3 Elementos traccedilo natildeo essenciais e suas toxicidades Adaptado de [14]

Os termos macrominerais e microminerais (ou elementos-traccedilo) tambeacutem satildeo muito

utilizados no meio cientiacutefico principalmente na aacuterea de nutriccedilatildeo Os macrominerais satildeo

aqueles elementos encontrados em altas concentraccedilotildees nas amostras geralmente acima de

1 ou cuja necessidade diaacuteria no organismo seja maior que 100 mg No cabelo satildeo

considerados macrominerais por exemplo Ca P S Mg Na K e Cl Jaacute os microminerais satildeo

aqueles encontrados em baixas concentraccedilotildees na amostra (ppm ou ppb) ou cuja necessidade

no organismo seja inferior a 100 mg por dia No cabelo podem ser citados os seguintes

microminerais Fe Zn Cu Mn I Cr Se F Co Ni Si e Mo [114]

33 Abastecimento de Aacutegua na Regiatildeo de Amostragem

No Estado do Rio de Janeiro a captaccedilatildeo tratamento aduccedilatildeo e distribuiccedilatildeo das redes

de aacutegua ficam a cargo da CEDAE ndash Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos No presente

momento a CEDAE abastece cerca de 9 milhotildees de pessoas em 64 dos 92 municiacutepios do

Estado sendo Duque de Caxias um desses [17]

O abastecimento de aacutegua pela CEDAE na cidade de Duque de Caxias nunca ocorreu

de forma contiacutenua e natildeo haacute garantia da manutenccedilatildeo da qualidade da aacutegua ateacute a chegada ao

Al

Causa ao organismo anemia enfraquecimento dos ossos e muacutesculos

dificuldade no metabolismo do caacutelcio alteraccedilotildees hepatoloacutegicas e

renais dores de cabeccedila e nervosismo

AsInterrompe a expressatildeo de diversos genes em especial aqueles que

participam das vias de transduccedilatildeo de sinal

CdOcasiona perda de peso hemorragia danos ao sistema respiratoacuterio

hepatoloacutegico e renal

PbGera alteraccedilotildees cardiovasculares gastrointestinais hematoloacutegicas

renais neuroloacutegicas e imunoloacutegicas

Elementos Natildeo Essenciais e suas Toxicidades

consumidor Segundo dados do CENSO-2010 dos 269353 domiciacutelios estabelecidos no

municiacutepio de Duque de Caxias apenas 63 alegaram receber aacutegua de redes de distribuiccedilatildeo

[18] Diante do cenaacuterio atual em que o Sudeste vive a maior crise hiacutedrica dos uacuteltimos cem

anos devido agrave escassez de chuvas os reservatoacuterios que abastecem o estado do Rio de Janeiro

encontram-se em niacuteveis muito baixos e alguns deles chegaram ao volume morto (reserva

teacutecnica) Com isso o abastecimento de aacutegua para a populaccedilatildeo estaacute a cada dia mais escasso

Na Figura 5 apresenta-se uma foto da situaccedilatildeo do maior reservatoacuterio da Bacia do Rio Paraiacuteba

do Sul (em fevereiro deste ano) Este reservatoacuterio alimenta a Estaccedilatildeo de Tratamento de Aacutegua

do Guandu que por sua vez eacute responsaacutevel pelo abastecimento de toda a Regiatildeo Metropolitana

do Rio de Janeiro [19]

Figura 5 Reservatoacuterio Paraibuna localizado na Bacia do Rio Paraiacuteba do Sul apoacutes estiagem dos uacuteltimos anos

Na foto o reservatoacuterio estaacute com -056 da capacidade (volume morto) 03022015 Fonte http

ltogloboglobocomrionivel-de-reservatorios-do-rio-paraiba-do-sul-apresentam-leve-melhora-apos-chuvas-

fortes-15229418gt Acesso em 30072015

Devido aos fatores mencionados aliados agrave facilidade de manutenccedilatildeo e ao baixo custo

de perfuraccedilatildeo a utilizaccedilatildeo de aacutegua de poccedilo subterracircneo (Figura 6) eacute cada vez mais requisitada

para suprir as carecircncias de abastecimento No Brasil o aquiacutefero subterracircneo abastece cerca de

19 do total dos domiciacutelios particulares enquanto que no municiacutepio de Duque de Caxias este

percentual atinge os 35 segundo o CENSO-2010 [18]

Figura 6 Poccedilo subterracircneo em Duque de Caxias

34 Fluorescecircncia de Raios X - Teoria

A Espectroscopia de Fluorescecircncia de Raios X eacute uma teacutecnica natildeo destrutiva que

permite a identificaccedilatildeo simultacircnea (qualitativa e quantitativa) de elementos presentes em uma

amostra A teacutecnica baseia-se no fato dos elementos quiacutemicos emitirem radiaccedilotildees

caracteriacutesticas quando submetidos a uma excitaccedilatildeo adequada [20-23]

As amostras satildeo irradiadas com foacutetons (feixe de raios x) gerados por uma fonte Esse

feixe de raios x primaacuterio possui energia suficiente para ejetar eleacutetrons de camadas internas do

aacutetomo (camadas com maior energia de ligaccedilatildeo) transferindo energia para este eleacutetron que eacute

ejetado como fotoeleacutetron O aacutetomo fica instaacutevel (excitado) com uma vacacircncia na camada

interna Com o intuito de diminuir a energia do sistema eleacutetrons de outras camadas

preenchem essa lacuna A diferenccedila de energia entre os niacuteveis da transiccedilatildeo eletrocircnica eacute

liberada atraveacutes da emissatildeo de um foacuteton de raios x (fluorescecircncia ou raio x secundaacuterio) que

tem energia caracteriacutestica para cada elemento como ilustrado na Figura 7 A energia do raio x

caracteriacutestico eacute fornecida pela Equaccedilatildeo 1 [20-23]

Ex = Eni - Enf (Eq1)

Onde

Ex = energia do raio x caracteriacutestico emitido

Eni Enf = energia dos estados eletrocircnicos inicial e final respectivamente

Figura 7 Esquema do princiacutepio da Fluorescecircncia de Raios X

Fonteltwwwshimadzucombrgt Acesso em 30072015

A radiaccedilatildeo caracteriacutestica eacute nomeada de acordo com o niacutevel de onde se apresenta a

vacacircncia (K L M) e de qual niacutevel (α β) e subniacutevel (1 2) proveacutem o eleacutetron que iraacute

ocupar essa lacuna Por exemplo a vacacircncia originada na camada K pode ser preenchida por

eleacutetrons de dois subniacuteveis da camada L o que origina as linhas espectrais Kα1 e Kα2 Se a

vacacircncia da camada K fosse ocupada por um eleacutetron da M teria-se o Kβ e assim por diante

[23]

Com isso os elementos em uma amostra podem ser identificados atraveacutes da medida

do comprimento de onda (ou energia) dessas radiaccedilotildees caracteriacutesticas e as concentraccedilotildees

mensuradas pela intensidade dessas radiaccedilotildees [2123]

Quando um feixe de raios x incide sobre um determinado material diversas formas

de interaccedilatildeo entre a radiaccedilatildeo e a mateacuteria podem ocorrer tais como o Efeito Auger e os

espalhamentos Rayleigh e Compton [20-23]

O processo de relaxaccedilatildeo natildeo-radiativa ou Efeito Auger ocorre quando o aacutetomo

excitado emite um eleacutetron (eleacutetron Auger) ao inveacutes do processo de fluorescecircncia (Figura 8)

Esses dois processos de relaxaccedilatildeo do sistema satildeo concorrentes e a predominacircncia de um ou de

outro depende do numero atocircmico O Efeito Auger prevalece em elementos com baixo

nuacutemero atocircmico (Zlt20) [21]

Figura 8 Efeito Auger [20]

O fenocircmeno de espalhamento de raios x eacute importante em espectroscopia pois eacute

responsaacutevel pela intensidade da radiaccedilatildeo de fundo (background) presente em uma

determinada medida Ele eacute a soma dos efeitos de dois fenocircmenos o espalhamento coerente

elaacutestico ou Rayleigh no qual os raios x primaacuterios satildeo defletidos sem perda de energia isto eacute

sem alteraccedilatildeo no comprimento de onda (λ) e o espalhamento incoerente inelaacutestico ou

Compton no qual foacutetons de raios x primaacuterio satildeo defletidos com perda de energia e com

ejeccedilatildeo de um fotoeleacutetron (Figura 9) [21]

Figura 9 Espalhamento Compton e Rayleigh [21]

35 Fluorescecircncia de Raios X - Instrumentaccedilatildeo

Na Figura 10 pode ser observado um esquema com os principais componentes do

espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X por Dispersatildeo de Comprimento de Onda

(WDXRF - Wavelength Dispersive X-ray Fluorescence) utilizado neste trabalho Suas

funccedilotildees seratildeo descritas em seguida [23]

Figura 10 Instrumentaccedilatildeo do Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X por Dispersatildeo de

Comprimento de Onda - S8 TIGER - BRUKER [23]

Tubo de Raios X

A radiaccedilatildeo incidente eacute produzida em um tubo de raios x consistindo em uma ampola

de vidro ou de metal sob alto vaacutecuo com um filamento de tungstecircnio em uma extremidade

denominado caacutetodo e um alvo de metal na outra extremidade denominado acircnodo

O filamento eacute aquecido por uma corrente eleacutetrica e emite eleacutetrons (emissatildeo

termiocircnica) Os eleacutetrons satildeo acelerados rumo a um acircnodo (alvo) empregando-se uma

diferenccedila de potencial (10-70 kV) Raios x primaacuterios satildeo produzidos quando esses eleacutetrons

com alta velocidade colidem com o material alvo Com o impacto a maior parte da energia

cineacutetica dos eleacutetrons eacute convertida em calor exigindo que o acircnodo seja resfriado de forma

eficiente Apenas uma pequena parte (02-05 dependendo do tipo do alvo) da energia

eletrocircnica eacute convertida em raios x uacuteteis

Essa radiaccedilatildeo consiste em um Contiacutenuo ou Bremsstrahlung e linhas de raios x

caracteriacutesticas do material alvo (aleacutem de linhas caracteriacutesticas de quaisquer contaminantes

presentes) Assim o espectro primaacuterio de um tubo de raios x convencional consiste em linhas

caracteriacutesticas do material do acircnodo (por exemplo Rh) superpostas a um contiacutenuo de

radiaccedilatildeo

Os tubos de raios x satildeo geralmente isolados atraveacutes de uma janela de beriacutelio pois

esse elemento apresenta baixa absorccedilatildeo de raios x e alta resistecircncia mecacircnica para suportar as

diferenccedilas de pressatildeo

Filtros do Feixe Primaacuterio

O espectro primaacuterio pode natildeo conter apenas as linhas do elemento-alvo mas tambeacutem

as linhas de impurezas como Fe Cr ou Cu presentes em vaacuterias partes do tubo Desta forma o

niacutevel de fundo (background) na posiccedilatildeo desses elementos no espectro pode ser elevado

Filtros de feixe primaacuterio satildeo utilizados para filtrar as linhas caracteriacutesticas do tubo se

o mesmo elemento estiver presente na amostra ou se houver sobreposiccedilatildeo por uma linha do

tubo em linhas de elementos da amostra No equipamento em que foram feitas as anaacutelises satildeo

utilizados (automaticamente) os filtros de Cu de 200 microm de espessura e o de Al de 500 microm de

espessura

Maacutescara

Delimita a aacuterea da amostra que seraacute irradiada

Selo de vaacutecuo (Vacuum seal )

Protege o sistema de detecccedilatildeo dos foacutetons de raios x de qualquer vazamento de

amostra

Goniocircmetro

Em equipamentos de dispersatildeo sequencial empregam-se uma ldquogeometria do feixe

paralelordquo ou uma ldquogeometria de cristal planardquo permitindo que os acircngulos do cristal e do

detector sejam selecionados por um aparelho chamado goniocircmetro

O goniocircmetro eacute uma estrutura de rotaccedilatildeo que permite que o cristal e o detector

possuam um movimento angular acoplado θ a 2θ entre eles

Colimador

Colima o feixe divergente de raios x emitido pela amostra Satildeo normalmente feitos

de uma seacuterie de lacircminas paralelas O comprimento e o espaccedilamento entre as lacircminas

determinam a divergecircncia angular admitida pelo colimador Essa divergecircncia angular

juntamente com o cristal determina a resoluccedilatildeo final do espectro

Pode-se melhorar a resoluccedilatildeo fechando o colimador para minimizar a divergecircncia

Poreacutem com isso a intensidade tambeacutem diminui Assim torna-se necessaacuterio um equiliacutebrio

entre a resoluccedilatildeo final (necessaacuteria para evitar sobreposiccedilotildees espectrais importantes) e a

sensibilidade (relacionada com a intensidade)

Cristal

Separa os vaacuterios comprimentos de onda emitidos pela amostra A lei de Bragg

(equaccedilatildeo 2) propotildee que se um plano cristalino tiver um espaccedilamento interplanar (d) refletindo

um comprimento de raios x (λ) essa onda difere em caminho percorrido por uma distacircncia

(2dsenθ) da onda refletida pelo plano adjacente Quando esse caminho percorrido difere por

um nuacutemero inteiro de comprimento de onda tem-se uma interferecircncia construtiva e os raios x

refletidos satildeo reforccedilados Caso contraacuterio tem-se uma interferecircncia destrutiva e os raios x

refletidos se anulam A equaccedilatildeo de Bragg (2)

119899120582 = 2119889119904119890119899120579 (Eq 2)

Onde

n = nuacutemero inteiro (1 2 3) chamado Ordem de Difraccedilatildeo

d = espaccedilamento interplanos no cristal utilizado

θ = acircngulo de Bragg ou acircngulo de difraccedilatildeo

λ = comprimento de onda da linha espectral

Dessa forma para um dado plano cristalino e uma dada ordem de difraccedilatildeo cada

comprimento de onda no espectro de XRF incidente eacute difratado em um uacutenico acircngulo O

comprimento de onda maacuteximo que o proacuteprio plano cristalino pode difratar eacute 2d (quando senθ

assume o valor maacuteximo de 1) Portanto eacute necessaacuterio um cristal ou um plano cristalino com

diferentes valores de 2d para cobrir diferentes intervalos de comprimento de onda em toda a

tabela perioacutedica No espectrocircmetro utilizado neste trabalho foram usados os seguintes cristais

XS-55 (multicamada de WSi) do C ateacute o Mg PET (Pentaeritriato) do Al ateacute o Ti e LiF 200

do K ateacute o U

Detector

Converte os foacutetons de raios x em pulsos de tensatildeo mensuraacuteveis Satildeo utilizados dois

detectores para cobrir todos os elementos do Be ao U Detector de fluxo proporcional

(preenchido com Ar) para elementos do Be ao Cr e o detector de cintilaccedilatildeo de NaI(Tl) para

elementos do Mn ao U

Detectores de fluxo proporcional

Satildeo detectores de radiaccedilatildeo que operam a partir da ionizaccedilatildeo de gases Satildeo

constituiacutedos por um conjunto de eletrodos e um gaacutes Quando o gaacutes eacute colocado entre dois

eletrodos aos quais eacute aplicada certa diferenccedila de potencial os caacutetions e eleacutetrons produzidos

pela passagem de radiaccedilatildeo seratildeo atraiacutedos pelos eletrodos de carga oposta e por eles seratildeo

coletados Na regiatildeo de verdadeira proporcionalidade (Equaccedilatildeo 3) a razatildeo entre a carga

coletada pelos eletrodos e a carga gerada pela ionizaccedilatildeo primaacuteria manteacutem-se constante para as

diferenccedilas de potencial (∆V) aplicadas e com um capacitor de capacitacircncia (C)

Quando a radiaccedilatildeo atravessa esse tipo de detector e produz pares iocircnicos (formados

por eleacutetrons e caacutetions do gaacutes) esses caacutetions (ionizaccedilatildeo primaacuteria) satildeo acelerados adquirindo

energia suficiente para produzir novos pares iocircnicos (ionizaccedilatildeo secundaacuteria) por colisatildeo com

moleacuteculas inicialmente neutras do gaacutes Assim haacute uma multiplicaccedilatildeo do nuacutemero de pares

original A carga coletada eacute igual agrave carga produzida pela radiaccedilatildeo (Q) multiplicada por um

fator (M) denominado ldquoganhordquo

∆119881 = (119872119876)

119862 (Eq 3)

Portanto o sinal produzido tem altura proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo incidente

Detectores de cintilaccedilatildeo

O cintilador eacute uma substacircncia soacutelida ou liacutequida na qual a energia de radiaccedilatildeo

incidente eacute transferida aos eleacutetrons do material sendo depois emitida na forma de radiaccedilatildeo

eletromagneacutetica de frequecircncia menor (visiacutevel ou ultravioleta)

O detector de cintilaccedilatildeo utilizado eacute constituiacutedo por um cristal de NaI(Tl) (iodeto de

soacutedio ativado com 1 de iodeto de taacutelio) no qual ocorre a emissatildeo de radiaccedilatildeo de frequecircncia

menor aleacutem de um fotomultiplicador onde essa radiaccedilatildeo luminosa eacute transformada em pulso

eleacutetrico e amplificada

O mecanismo de cintilaccedilatildeo nos cristais inorgacircnicos baseia-se na propriedade dos

semicondutores terem banda de valecircncia e banda de conduccedilatildeo Na banda de valecircncia os

eleacutetrons estatildeo essencialmente ligados aos siacutetios do cristal Jaacute na banda de conduccedilatildeo os

eleacutetrons tecircm energia suficiente para migrar atraveacutes do cristal No cristal puro natildeo satildeo

encontrados eleacutetrons na banda proibida

Ao incidir uma radiaccedilatildeo no cristal pode ocorrer excitaccedilatildeo de eleacutetrons ateacute a banda de

conduccedilatildeo deixando lacunas na banda de valecircncia (normalmente preenchida)

No cristal puro a energia necessaacuteria para formar um par eleacutetronlacuna eacute

aproximadamente a mesma liberada quando esse par se recombina Assim os espectros de

absorccedilatildeo e emissatildeo superpotildeem-se ocorrendo autoabsorccedilatildeo da radiaccedilatildeo luminosa produzida

Se o cristal for ativado a emissatildeo pode ocorrer via um siacutetio do ativador para o qual a energia

de transiccedilatildeo eacute menor do que a necessaacuteria para a criaccedilatildeo do par eleacutetronlacuna Desse modo o

espectro emitido eacute deslocado para comprimentos de onda maiores e natildeo causa nova absorccedilatildeo

No tubo fotomultiplicador converte-se a radiaccedilatildeo de baixa intensidade produzida no

cintilador em um sinal eleacutetrico uacutetil agrave detecccedilatildeo e contagem de radiaccedilatildeo

Analisador de altura de pulso (PHA)

A energia do foacuteton incidente de raios x determina o tamanho do pulso de tensatildeo

produzido pelo detector O analisador de altura de pulso faz uso dessa propriedade a fim de

selecionar apenas um intervalo estreito de pulsos de voltagem rejeitando todos os pulsos com

intensidades fora do intervalo escolhido

Ao final utiliza-se o meacutetodo de integraccedilatildeo dos recebidos em um integrador

eletrocircnico Se N representa o nuacutemero de contagens em um tempo de integraccedilatildeo t segundos

entatildeo a taxa de contagem eacute Nt contagens por segundo (cps)

36 Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford - Teoria

A teacutecnica de RBS consiste em incidir partiacuteculas monoenergeacuteticas de um feixe de iacuteons

(geralmente iacuteons He+) de alta energia em um alvo estacionaacuterio Ao colidirem com os aacutetomos

do alvo as partiacuteculas satildeo elasticamente espalhadas no campo eleacutetrico do nuacutecleo do aacutetomo e

chegam a um detector por um acircngulo de retroespalhamento Na Figura 11 apresenta-se um

esquema de espalhamento elaacutestico [25-27]

Figura 11 Espalhamento elaacutestico em acircngulo de retroespalhamento de um iacuteon de massa M1

por um aacutetomo de massa M2 com M2gtM1 [25]

O detector ao receber as partiacuteculas espalhadas produz um pulso ou sinal que eacute entatildeo

processado por um analisador multicanal e classificado conforme a amplitude que

corresponde a uma escala em energia Como resultado as informaccedilotildees sobre a composiccedilatildeo

elementar do aacutetomo alvo satildeo obtidas a partir de um espectro de contagens em funccedilatildeo da

energia das partiacuteculas retroespalhadas detectadas [25]

O fator cinemaacutetico (K) eacute responsaacutevel pela anaacutelise elementar qualitativa Essa

grandeza depende da razatildeo entre as energias das partiacuteculas incidentes antes (E0) e depois (E)

do espalhamento (Equaccedilatildeo 4)

119870 = 119864

1198640 (Eq 4)

Considerando as conservaccedilotildees de energia e do momentum na colisatildeo elaacutestica obteacutem-

se a relaccedilatildeo entre o fator cinemaacutetico (K) a massa atocircmica da partiacutecula incidente (M1) a massa

atocircmica do aacutetomo alvo (M2) e o acircngulo de espalhamento (θ) (Eq 5)

119870 = [1198721 119888119900119904120579+ (1198722

2minus 11987212 1199041198901198992120579)

12

1198721+ 1198722]

2

(Eq 5)

Os valores de M1 θ e E0 satildeo preacute-fixados conhecendo E determina-se K e por

conseguinte determina-se M2

A Figura 12 apresenta um esquema do espectro de RBS de um filme fino de

composiccedilatildeo geneacuterica AB onde a massa de A eacute maior do que a massa de B depositado em um

substrato C ainda mais leve

Figura 12 Esquema de um espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford de

um filme fino AB sobre um substrato C ainda mais leve [27]

A resoluccedilatildeo em massa da teacutecnica eacute a diferenccedila miacutenima de massa entre dois aacutetomos-

alvo para que sinais resolvidos possam ser observados no espectro A discriminaccedilatildeo em massa

eacute maacutexima para θ = 180deg razatildeo pela qual satildeo utilizados acircngulos elevados experimentalmente

Pode-se melhorar a resoluccedilatildeo em massa na RBS aumentando a energia e a massa dos aacutetomos

incidentes e melhorando a resoluccedilatildeo do sistema de detecccedilatildeo com o cuidado para natildeo degradar

os detectores [25]

Outra grandeza importante em RBS eacute a seccedilatildeo de choque de espalhamento (σ) que eacute

uma medida da probabilidade de ocorrer o espalhamento e que atribui o caraacuteter quantitativo agrave

teacutecnica [25] Considerando um nuacutemero de partiacuteculas espalhadas (H) sobre um detector tem-se

a Equaccedilatildeo 6

119867 = 119876119873119905 ⟨119889120590

119889120570⟩Ω (Eq 6)

Onde

Q = nuacutemero de partiacuteculas que atinge a amostra

N = densidade volumeacutetrica dos aacutetomos alvo

t = espessura do alvo

⟨119889120590

119889120570⟩ = seccedilatildeo de choque meacutedia de espalhamento

Ω = acircngulo soacutelido do detector em relaccedilatildeo ao feixe

Para acircngulos pequenos tem-se ⟨119889120590

119889120570⟩ = (

119889120590

119889120570)120579

= σ (Eq 7)

Logo 119867 = 119876119873119905120590120570 (Eq 8)

Na Equaccedilatildeo 8 conhecendo o nuacutemero de partiacuteculas que atinge o alvo Q e o detector

H pode-se determinar o numero de aacutetomos por unidade de aacuterea da amostra (Nt) desde que se

conheccedila o acircngulo soacutelido de detecccedilatildeo Ω e a seccedilatildeo de choque de espalhamento (σ) Para uma

colisatildeo elaacutestica entre dois aacutetomos com nuacutemeros atocircmicos Z1 e Z2 (do aacutetomo incidente e do

aacutetomo alvo respectivamente) em que a forccedila de interaccedilatildeo eacute a repulsatildeo eletrostaacutetica dos

nuacutecleos a seccedilatildeo de choque de espalhamento diferencial (por unidade de acircngulo soacutelido) eacute dada

pela Foacutermula de Rutherford (Equaccedilatildeo 9)

119889120590

119889120570= (

119885111988521198902

4119864)2

4

1199041198901198994120579

[1minus ((

11987211198722) 119904119890119899120579)

2

]

12

+cos120579

[1minus ((11987211198722)119904119890119899 120579)

2

]

12

2

(Eq 9)

Em siacutentese a razatildeo entre as concentraccedilotildees relativas dos elementos A e B na

superfiacutecie de uma amostra 119873119860119860119861(119909)

119873119861119860119861(119909)

pode ser calculada com o auxiacutelio de um programa

computacional ou atraveacutes da medida de altura dos degraus obtidos no espectro sendo

calculadas com as Equaccedilotildees 10 e 11

(119889120590

119889120570)119861

(119889120590

119889120570)119860

= Ji (Eq 10)

119873119860119860119861(119909)

119873119861119860119861(119909)

= 119867119860119860119861

119867119861119860119861 119869119894 (Eq 11)

37 Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford - Instrumentaccedilatildeo

Na Figura 13 pode ser observado um esquema com os principais componentes da

instrumentaccedilatildeo utilizada em anaacutelises por RBS que seratildeo descritos em seguida de acordo com

o equipamento utilizado para a realizaccedilatildeo deste trabalho e com informaccedilotildees obtidas na

referecircncia [25]

Figura 13 Esquema dos componentes presentes na instrumentaccedilatildeo utilizada em anaacutelises por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford Fonte Adaptado de [25]

O Laboratoacuterio de Implantaccedilatildeo Iocircnica da Universidade Federal do Rio Grande do Sul

possui um acelerador Tandetron equipado com fontes de iacuteons dos tipos sputtering e de

plasma com tecnologia ldquotandemrdquo com 3MV de tensatildeo maacutexima no terminal e cinco estaccedilotildees

experimentais de linhas distintas incluindo a de RBS

Fonte de iacuteons

Fonte de Plasma um gaacutes ou um vapor eacute ionizado por meio de campos

eletromagneacuteticos na faixa de radiofrequecircncia ou ao ser atravessado por corrente eleacutetrica

Fonte de ldquoSputteringrdquo os iacuteons satildeo produzidos por transferecircncia de momentum

quando da colisatildeo de um feixe primaacuterio (geralmente Cs+) com um alvo soacutelido

Aceleradores ldquotandemrdquo

Neste tipo de acelerador iacuteons positivos deixam a fonte passam por uma troca de

carga (com vapor de Liacutetio ou outro elemento eletropositivo) e satildeo conduzidos com carga

negativa ao tubo acelerador onde satildeo atraiacutedos por um terminal positivo No caso dos iacuteons

produzidos serem originalmente negativos a troca de carga eacute suprimida Junto ao terminal

positivo passam por uma seccedilatildeo contendo um gaacutes ou vapor (N2 no presente caso) ou por uma

folha muito fina de carbono para que os iacuteons emergentes tenham perdido os eleacutetrons Com

carga positiva satildeo novamente acelerados agora por repulsatildeo do terminal Diferenccedilas de

potencial da ordem de vaacuterios milhotildees de volts satildeo obtidas utilizando circuitos multiplicadores

de voltagem que multiplicam e retificam a tensatildeo produzida por um transformador Seguindo

o tubo acelerador geralmente encontra-se um segundo eletroiacutematilde que permite direcionar o

feixe de iacuteons para uma das estaccedilotildees experimentais de acordo com as espeacutecies a serem

detectadas (no presente caso partiacuteculas retroespalhadas)

Detectores de estado soacutelido com junccedilotildees p-n obtidas por implantaccedilatildeo iocircnica

A junccedilatildeo p-n sob polarizaccedilatildeo reversa permite a coleta de cargas geradas na

produccedilatildeo de pares eleacutetron-lacuna Esse fenocircmeno ocorre quando um iacuteon atravessa um

semicondutor excitando eleacutetrons da banda de valecircncia para a banda de conduccedilatildeo que entatildeo

satildeo coletados no acircnodo Dessa forma o nuacutemero de eleacutetrons coletados no acircnodo eacute proporcional

ao nuacutemero de pares de eleacutetron-lacuna produzidos o qual eacute proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo

incidente desde que o iacuteon seja totalmente freado dentro do volume ativo do detector

Analisador multicanal (MCA) no modo de anaacutelise de intensidade de pulso

O MCA consta de uma sequecircncia de registradores onde cada pulso de entrada uma

vez digitalizado por um conversor analoacutegico-digital (ADC) eacute analisado com relaccedilatildeo a sua

amplitude (modo PHA) sob o controle de um discriminador Na sequecircncia o canal de

memoacuteria correspondente tem seu conteuacutedo incrementado em uma unidade Com isso

acumulam-se em um canal especiacutefico todos os pulsos de entrada de um pequeno intervalo de

amplitudes ou energias dos iacuteons incidentes Ao final com a soma dos pulsos recebidos em

cada canal obteacutem-se um histograma do nuacutemero de pulsos em funccedilatildeo de suas amplitudes ou

energias dos iacuteons incidentes

40 METODOLOGIA

41 Amostragem

Amostras de cabelo de 16 pessoas foram coletadas Os doadores foram entrevistados

seguindo o questionaacuterio disponiacutevel no ANEXO I e selecionados de acordo com os seguintes

criteacuterios possuiacuterem cabelos virgens (cabelos sem nenhum tipo de tratamento quiacutemico como

coloraccedilotildees tinturas alisantes entre outros) estarem saudaacuteveis serem natildeo fumantes e viverem

na Regiatildeo Metropolitana do Rio de Janeiro As amostras foram divididas em dois grupos de

oito o primeiro de pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo subterracircneo e o segundo com pessoas

que ingerem a aacutegua tratada e distribuiacuteda pela CEDAE

Foram analisadas amostras de cabelo de duas pessoas que consumiam a aacutegua do

mesmo poccedilo isto eacute duas amostras de cada residecircncia totalizando 4 poccedilos diferentes (a b c

d) na localidade Chaacutecaras Arcampo em Duque de Caxias ndash RJ (Figura 14)

Figura 14 Mapa com os pontos de coleta de amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua

de poccedilo em destaque a localizaccedilatildeo das residecircncias com os poccedilos

Fonte Google Earth Acesso em 30072015

As amostras foram coletadas na regiatildeo occipital da cabeccedila (nuca) como visto na

Figura 15 com o auxiacutelio de uma tesoura de accedilo inoxidaacutevel devidamente limpa com etanol

Essa regiatildeo eacute definida como padratildeo por ser menos suscetiacutevel a contaminaccedilatildeo exoacutegena e

tambeacutem por sempre existir cabelo em indiviacuteduos semicalvos [14] Em seguida as amostras

foram catalogadas e armazenadas em sacos plaacutesticos [5] Informaccedilotildees adicionais sobre o sexo

e a idade dos doadores e o tipo e cor das amostras de cabelo coletadas disponiacuteveis no ANEXO

II

Figura 15 Coleta de amostra de cabelo na regiatildeo occipital da cabeccedila

42 Lavagem das Amostras de Cabelo

Todas as amostras foram submetidas a uma sequecircncia de etapas de lavagem de 10

minutos cada utilizando acetona e aacutegua deionizada (Figura 16) Em seguida foram colocadas

para secar agrave temperatura ambiente de acordo com o procedimento recomendado pela Agecircncia

Internacional de Energia Atocircmica (IAEA) [5]

Figura 16 Lavagem das amostras de cabelo

As amostras analisadas por XRF foram colocadas diretamente no suporte do

equipamento Os fios foram colocados de maneira a se obter a superfiacutecie do porta-amostra

totalmente coberta pelo cabelo a qual em seguida foi coberta por um filme (Ultralenereg 4

microm de espessura) (Figura 17) Para a anaacutelise com o RBS o cabelo foi aderido ao suporte do

porta-amostra com o auxiacutelio de uma fita dupla face de carbono puro (Figura 18)

Figura 17 Amostra de cabelo em porta-amostra do equipamento de Fluorescecircncia de

Raios X

Figura 18 Amostra de cabelo no porta-amostra do equipamento de Espectrometria de

Retroespalhamento Rutherford

43 Paracircmetros Instrumentais

Anaacutelises semiquantitativas de XRF dos elementos presentes no cabelo foram

realizadas no Laboratoacuterio de Impacto de Foacutetons e Eleacutetrons (LIFE) na Universidade Federal do

Rio de Janeiro (UFRJ) Utilizou-se o Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios-X S8 TIGER

ndash BRUKER (Figura 19) na faixa de energia de 05 a 56 keV acircnodo de Rh trabalhando com 1

kW de potecircncia com uma janela de Be de 76 microm atraveacutes do software Quant-Express no

meacutetodo Best Detection O tempo de aquisiccedilatildeo para cada amostra foi de aproximadamente 20

minutos

Os dados por RBS foram realizados no Laboratoacuterio de Implantaccedilatildeo Iocircnica na

Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) Utilizou-se um acelerador de iacuteons

Tandetron - HVEE 3 MV (Figura 20) usando 2000 keV de iacuteons He+ incidentes e detecccedilatildeo de

partiacuteculas retroespalhadas a 165deg

Figura 19 Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X - S8 TIGER - BRUKER

Figura 20 Acelerador de iacuteons Tandetron - HVEE 3 MV onde foi feita a anaacutelise por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford

50 RESULTADOS E DISCUSSOtildeES

51 Anaacutelise por XRF

O espectro completo de XRF da amostra 2 referente ao cabelo de uma pessoa que

ingere aacutegua de poccedilo eacute mostrado na Figura 21 conforme obtido diretamente do equipamento

Eacute possiacutevel identificar as linhas de excitaccedilatildeo do Rh e as linhas de espalhamento Compton e

Rayleigh Os espectros ampliados somente na regiatildeo de interesse com as linhas de

fluorescecircncia Kα e Kβ atribuiacutedas agrave maioria dos elementos (exceto para o chumbo em que se

detectam as linhas Lα e Lβ) e sem as linhas de Rh de todas as amostras analisadas encontram-

se nos ANEXOS III e IV Os elementos analisados e a energia de suas linhas de emissatildeo de

fluorescecircncia Kα e Kβ satildeo apresentados na Tabela 4

Figura 21 Espectro de Fluorescecircncia de Raios X completo da amostra 2

Tabela 4 Energia em keV das principais linhas de emissatildeo de raios x dos elementos

analisados Adaptado de [26]

Os elementos observados e as concentraccedilotildees semiquantitativas das amostras de

cabelo das pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo e das amostras de cabelo das pessoas que

ingerem aacutegua distribuiacuteda pela CEDAE satildeo apresentados respectivamente nas Tabelas 5 e 6

Kα Kβ

Al 1487 1557

Si 1740 1836

P 2014 2139

S 2308 2464

Cl 2622 2816

Ca 3692 4013

Mn 5899 6490

Fe 6404 7058

Cu 8048 8905

Zn 8639 9572

Pb (Linhas Lα e Lβ) 10552 12614

Elementos

Analisados

Energia (keV) das Linhas de

Emissatildeo de Raios X

Tabela 5 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (1 a 8) que

ingerem aacutegua de poccedilo As concentraccedilotildees dos elementos foram normalizadas de modo que a

soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da matriz orgacircnica em conjunto

seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo ldquoa b c drdquo correlacionam a amostra

de cabelo com o poccedilo do qual o indiviacuteduo ingere aacutegua

1 2 3 4 5 6 7 8

Al 002 003 003 34 ppm natildeo det 006 natildeo det 001

Si 001 54 ppm 006 46 ppm 005 002 002 54 ppm

P 003 003 54 ppm 002 001 46 ppm natildeo det 004

S 117 071 115 118 166 135 151 098

Cl 003 65 ppm 002 002 natildeo det 003 natildeo det 61 ppm

Ca 003 003 80 ppm 002 004 002 008 008

Mn 73 ppm 78 ppm 58 ppm 10 ppm natildeo det 91 ppm natildeo det 54 ppm

Fe 001 001 92 ppm 29 ppm 38 ppm 001 27 ppm 83 ppm

Cu 44 ppm 41 ppm 46 ppm 31 ppm natildeo det 44 ppm 37 ppm 36 ppm

Zn 77 ppm 002 91 ppm 82 ppm 41 ppm 92 ppm 40 ppm 98 ppm

Pb 10 ppm 9 ppm 12 ppm 10 ppm natildeo det 10 ppm natildeo det 9 ppm

a b c d

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Elementos

Tabela 6 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (9 a 16)

que ingerem aacutegua tratada e distribuiacuteda pela CEDAE As concentraccedilotildees dos elementos foram

normalizadas de modo que a soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da

matriz orgacircnica em conjunto seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo

9 10 11 12 13 14 15 16

Al 001 36 ppm natildeo det 002 61 ppm 90 ppm 002 natildeo det

Si natildeo det 35 ppm natildeo det 40 ppm 79 ppm 60 ppm natildeo det natildeo det

P 003 34 ppm 003 002 natildeo det 46 ppm natildeo det 41 ppm

S 111 106 116 152 136 145 155 128

Cl 52 ppm 001 002 003 004 005 014 009

Ca 006 004 002 002 001 001 001 001

Mn 51 ppm 9 ppm 32 ppm natildeo det 24 ppm 57 ppm natildeo det 30 ppm

Fe 82 ppm 30 ppm 57 ppm 56 ppm 59 ppm 90 ppm 52 ppm 54 ppm

Cu 31 ppm 51 ppm 28 ppm 27 ppm 31 ppm 44 ppm 14 ppm 29 ppm

Zn 001 001 92 ppm 86 ppm 001 001 42 ppm 001

Pb natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det

Elementos

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

Na anaacutelise semiquantitativa por XRF pode-se verificar a presenccedila de elevadas

concentraccedilotildees de enxofre o que jaacute era esperado visto que este elemento faz parte da estrutura

da cisteiacutena o aminoaacutecido em maior quantidade na composiccedilatildeo do cabelo

Os elementos Ca Zn e Fe foram detectados em todas as amostras dos dois grupos O

Ca aparece na maior parte das amostras em concentraccedilotildees da ordem de enquanto que o Zn

e o Fe da ordem de ppm Os elementos Al P Mn Cl Si e Cu aparecem na maioria das

amostras em ambos os grupos No entanto o Pb foi observado em concentraccedilotildees da ordem de

ppm somente em amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo

Para as amostras 5 7 e 15 utilizou-se um porta amostra com maacutescara de 8 mm de

diacircmetro ao inveacutes da maacutescara de 34 mm utilizada para as outras amostras devido a pouca

quantidade de cabelo coletado Agrave vantagem de poder utilizar menos amostra com a maacutescara

de 8 mm contrapotildee-se um aumento do ruiacutedo de fundo e a consequente perda da sensibilidade

na anaacutelise Tal fato pode provavelmente justificar a quantidade menor de elementos

observados nessas amostras em comparaccedilatildeo com as demais incluindo a ausecircncia do elemento

chumbo nas amostras 5 e 7 jaacute que o mesmo aparece nas amostras 6 e 8 das pessoas que

bebem a mesma aacutegua dos poccedilos c e d respectivamente

52 Anaacutelise por RBS

Apresenta-se na Figura 22 o espectro de RBS da amostra 2 adquirido durante 8

horas de anaacutelise e apoacutes tratamento dos dados atraveacutes do programa computacional OriginPro 8

Duas ampliaccedilotildees (I e II) nas regiotildees de mais alta energia satildeo apresentadas nas Figuras 23 e

24 Observou-se a presenccedila dos elementos C N O Si S Cl Ti Cu Zn e Pb

As energias dos iacuteons He+ retroespalhados a partir da interaccedilatildeo com os nuacutecleos de Pb

e Hg satildeo muito proacuteximas tornando difiacutecil a resoluccedilatildeo dos sinais No entanto o Hg natildeo foi

observado em nenhuma das amostras por XRF enquanto o Pb pode ser detectado claramente

Conclui-se portanto que o degrau no espectro eacute correspondente ao Pb

Utilizando-se o caacutelculo da seccedilatildeo de choque de espalhamento Rutherford foi possiacutevel

obter uma anaacutelise quantitativa relativa da amostra 2 Para isso foi escolhido o enxofre como

elemento padratildeo devido ao fato do S estar presente em todas as amostras de cabelo e ser

facilmente detectaacutevel por ambas as teacutecnicas Para cada aacutetomo de S na amostra de cabelo as

seguintes proporccedilotildees atocircmicas foram obtidas 115 x 102 C 274 x 10

1 N 157 x 10

1 O 479 x

10-1

Si 641 x 10-1

Cl 454 x 10-2

Ti 162 x 10-2

Cu 265 x 10-2

Zn e 504 x 10-4

Pb

Figura 22 Espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da amostra 2

(grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 23 Ampliaccedilatildeo I do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 24 Ampliaccedilatildeo II do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

60 CONCLUSOtildeES

As teacutecnicas de XRF e RBS mostraram-se eficientes e complementares na

determinaccedilatildeo de vaacuterios elementos presentes em amostras de cabelo humano Atraveacutes das duas

teacutecnicas foi possiacutevel detectar de forma semiquantitativa a presenccedila de elementos desde o Al

ateacute o Pb Por RBS tambeacutem foram detectados elementos mais leves como C N e O A

utilizaccedilatildeo conjunta das duas teacutecnicas permitiu a identificaccedilatildeo inequiacutevoca de Pb no espectro de

RBS

Eacute evidente que as concentraccedilotildees dos elementos nas amostras de cabelo dependem de

diversos fatores tais como o tipo de alimentaccedilatildeo idade sexo ambiente em que o indiviacuteduo

vive e podem ser provenientes de meios exoacutegenos e endoacutegenos Entretanto considerando o

natildeo aparecimento do Pb em nenhuma das amostras de cabelo das pessoas que ingerem aacutegua

distribuiacuteda pela CEDAE aleacutem das anaacutelises preacutevias da aacutegua dos poccedilos da aacuterea em estudo eacute

possiacutevel afirmar que existe uma elevada possibilidade da aacutegua de poccedilo estaacute atuando como

uma fonte de contaminaccedilatildeo de Pb para as pessoas Como o Pb eacute um elemento toacutexico com

propriedade de bioacumulaccedilatildeo sua presenccedila pode gerar danos irreversiacuteveis aos organismos

vivos

70 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS

Como sugestotildees deste estudo podemos indicar

Realizar uma anaacutelise quantitativa de um nuacutemero mais amplo de amostras

Efetuar uma comparaccedilatildeo com materiais de referecircncia certificados a fim de

determinar com um grau de confiabilidade mais elevado se as quantidades de

chumbo detectadas nas amostras de cabelo estatildeo acima do intervalo de valores

considerados aceitaacuteveis

80 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

[1] POZEBON D DRESSLER V L CURTIUS A J Anaacutelise de cabelo uma revisatildeo

dos procedimentos para a determinaccedilatildeo de elementos traccedilo e aplicaccedilotildees Quiacutem Nova

1999 22 (6) 838-846

[2] FRAZAtildeO S V Estudo da determinaccedilatildeo de elementos traccedilo em cabelos humanos

pelo meacutetodo de anaacutelise por ativaccedilatildeo de necircutrons Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Ciecircncias na

Aacuterea de Tecnologia Nuclear ndash Aplicaccedilotildees Instituto de Pesquisas Energeacuteticas e Nucleares ndash

Universidade de Satildeo Paulo - USP Satildeo Paulo 2008

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Reference intervals for minor and trace elements in human hair for the population of

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review Journal of Toxicology and Environmental Health 2007 B 10 611-622

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burdens of environmental pollutants results from an IAEA co-ordinated research

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Proton-Induced X-ray Emission analysis of hair from occupationally exposed workers

Anal Chem198557 1075-1079

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1998 218 9-17

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nickel cuper zinc and lead in human scalp hair in Syrian occupationally exposed

workers by total reflection X-Ray Fluorescence Environ Monit Assess 2008 143 67-74

[11] BARANOWSKA I BARCHANSKI L BAK M SMOLEC B MZYK Z X-Ray

Fluorescence Spectrometry in multielemental analysis of hair and teeth Polish Journal of

Environmental Studies 2004 13 (6) 639-646

[12] WATT F LANDSBERG J P Nuclear microscopy biomedical applications

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research 1993 B 77 249-260

[13] PAIXAtildeO P V GOMES L M B Anaacutelise de aacutegua de poccedilos subterracircneos na

localidade Chaacutecaras Arcampo em Duque de Caxias ndash RJ Relatoacuterio Final de Estaacutegio

Iniciaccedilatildeo Cientiacutefica Instituto de Quiacutemica ndash Universidade Federal do Rio de Janeiro ndash UFRJ

Rio de Janeiro 2012

[14] ANUNCIACcedilAtildeO D L R Anaacutelise de elementos maiores menores e traccedilo em

amostras de cabelo aplicado a triagem populacional com elevada incidecircncia de cacircncer

Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Quiacutemica Instituto de Quiacutemica ndash Universidade de Brasiacutelia

Brasiacutelia ndash Distrito Federal 2008

[15] TEGON E C Caracterizaccedilatildeo Quiacutemica do Enxofre e do Caacutelcio presentes em

amostras de cabelos empregando as teacutecnicas XRF e NEXAFS Projeto de Final de Curso

em Quiacutemica com Atribuiccedilotildees Tecnoloacutegicas Instituto de Quiacutemica ndash Universidade Federal do

Rio de Janeiro Rio de Janeiro 2013

[16] Dossiecirc os minerais na alimentaccedilatildeo Food Ingredients Brasil 2008 ndeg 4 48-65

Disponiacutevel em lt wwwrevista-ficommaterias52pdfgt Acesso em 30 de julho de 2015

[17] CEDAE Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos Disponiacutevel em

ltwwwcedaecombrgt Acesso em 30 de julho de 2015

[18] IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatiacutestica Censo Brasileiro de 2010 Rio de

Janeiro 2010 Disponiacutevel em ltwwwcenso2010ibgegovbrgt Acesso em 30 de julho de

2015

[19] RESENDE D ALENCAR E ALMEIDA R BERTA R Principal reservatoacuterio do

Paraiacuteba do Sul Paraibuna chega ao volume morto pela primeira vez Jornal O Globo 22

de janeiro de 2015 Disponiacutevel em httpogloboglobocomrioprincipal-reservatorio-do-

paraiba-do-sul-paraibuna-chega-ao-volume-morto-pela-primeira-vez-gt Acesso em 30 de

julho de 2015

[20] Fundamentos teoacutericos da teacutecnica de anaacutelise espectromeacutetrica por fluorescecircncia de

raios-x PUC-Rio ndash Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em

lthttpwwwmaxwellvracpuc-riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 30 de julho de 2015

[21] TASCH P DAMIANI F OLIVEIRA L C M IE - 607A Teacutecnicas de anaacutelise e

caracterizaccedilatildeo de materiais Universidade Estadual de Campinas ndash UNICAMP Campinas

2000

[22] FILHO V F N Teacutecnicas analiacuteticas nucleares de Fluorescecircncia de Raios ndashX por

Dispersatildeo de Enerdia (ED-XRF) e por Reflexatildeo Total (TXRF) Departamento de Ciecircncias

Exatas ESALQ Laboratoacuterio de Instrumentaccedilatildeo Nuclear CENA Universidade de Satildeo Paulo

ndash USP Satildeo Paulo 1999

[23] PERDONAacute C R Introduccedilatildeo a espectrometria de Fluorescecircncia de Raios-X Manual

Teacutecnico ndash BRUKER 2014

[24] O espectrocircmetro de fluorescecircncia de raios-x Thermo ARL 9900 PUC-Rio ndash

Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em lthttpwwwmaxwellvracpuc-

riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 08 de agosto de 2015

[25] KRUG C Superfiacutecies porosas recobertas com metalocenos anaacutelise multivariada

envolvendo caracterizaccedilatildeo com feixe de iacuteons Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Fiacutesica Instituto

de Fiacutesica Universidade Federal do Rio Grande do Sul ndash UFRGS Porto Alegre 2000

[26] TABACNIKS M H Anaacutelise de filmes finos por PIXE e RBS Instituto de Fiacutesica da

Universidade de Satildeo Paulo Disponiacutevel em ltwww2ifuspbr~lamfipixeamprbspdfgt Acesso

em julho de 2015

[27] ALMEIDA C R Efeito de tratamentos teacutermico e quiacutemico de aerogeacuteis de oacutexido de

estanho Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Engenharia Eleacutetrica Universidade Federal de Santa

Catarina Florianoacutepolis 2013

[28] ATTWOOD D T HENKE B L et al X-Ray Data Booklet Lawrence Berkeley

Laboratory University of California Berkeley California 1986

ANEXO I

MODELO DO QUESTIONAacuteRIO PREENCHIDO ANTES DA COLETA DAS AMOSTRAS

DE CABELO

Coacutedigo da amostra

Nome

Idade (anos)

Endereccedilo

Fuma Sim ( ) Natildeo ( )

Ingere aacutegua de que tipo (poccedilo CEDAE) Poccedilo ( ) CEDAE ( )

Fez algum tipo de tratamento quiacutemico no cabelo

(coloraccedilatildeo alisamento etc)Sim ( ) Natildeo ( )

Qual Quando foi a uacuteltima vez

Esteve bem de sauacutede nos uacuteltimos 6 meses Sim ( ) Natildeo ( )

Data da coleta

Responsaacutevel pela coleta

COLETA DE AMOSTRA DE CABELO

ANEXO II

INFORMACcedilOtildeES ADICIONAIS SOBRE OS DOADORES E AS AMOSTRAS DE

CABELO COLETADAS

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

1 Feminino 62 Cacheado Castanho Escuro

2 Feminino 27 Cacheado Castanho Escuro

3 Feminino 17 Liso Castanho Escuro

4 Feminino 10 Cacheado Castanho Escuro

5 Feminino 58 Liso Castanho Escuro

6 Feminino 7 Cacheado Castanho Escuro

7 Masculino 17 Liso Castanho Claro

8 Feminino 39 Liso Castanho Escuro

Pessoas que Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

9 Feminino 41 Cacheado Castanho Escuro

10 Feminino 17 Ondulado Castanho Claro

11 Masculino 1 Cacheado Castanho Escuro

12 Feminino 11 Liso Castanho Escuro

13 Masculino 21 Liso Castanho Escuro

14 Masculino 42 Cacheado Preto

15 Masculino 6 Liso Preto

16 Masculino 14 Liso Preto

Pessoas que Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

ANEXO III

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DE POCcedilO (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 1

Amostra 2

Amostra 3

Amostra 4

Amostra 5

Amostra 6

Amostra 7

Amostra 8

ANEXO IV

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DISTRIBUIacuteDA PELA CEDAE (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 9

Amostra 10

Amostra 11

Amostra 12

Amostra 13

Amostra 14

Amostra 15

Amostra 16

Page 12: Dissertação Priscilla Velasco da Paixão

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 Desenho esquemaacutetico de um fio de cabelo18

Figura 2 Esquema das fases de crescimento do cabelo19

Figura 3 Estrutura secundaacuteria (α-heacutelice) da α-queratina19

Figura 4 Estrutura da Cisteiacutena e da Cistina21

Figura 5 Reservatoacuterio Paraibuna localizado na Bacia do Rio Paraiacuteba do Sul25

Figura 6 Poccedilo subterracircneo em Duque de Caxias26

Figura 7 Esquema do princiacutepio da Fluorescecircncia de Raios X27

Figura 8 Efeito Auger28

Figura 9 Espalhamento Compton e Rayleigh29

Figura 10 Instrumentaccedilatildeo do Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X por Dispersatildeo de

Comprimento de Onda - S8 TIGER - BRUKER29

Figura 11 Espalhamento elaacutestico em acircngulo de retroespalhamento de um iacuteon de massa M1

por um aacutetomo de massa M2 com M2gtM134

Figura 12 Esquema de um espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford de

um filme fino AB sobre um substrato C ainda mais leve36

Figura 13 Esquema dos componentes presentes na instrumentaccedilatildeo utilizada em anaacutelises por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford38

Figura 14 Mapa com os pontos de coleta de amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua

de poccedilo em destaque a localizaccedilatildeo das residecircncias com os poccedilos40

Figura 15 Coleta de amostra de cabelo na regiatildeo occipital da cabeccedila41

Figura 16 Lavagem das amostras de cabelo42

Figura 17 Amostra de cabelo em porta-amostra do equipamento de Fluorescecircncia de Raios

X42

Figura 18 Amostra de cabelo no porta-amostra do equipamento de Espectrometria de

Retroespalhamento Rutherford43

Figura 19 Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X - S8 TIGER - BRUKER44

Figura 20 Acelerador de iacuteons Tandetron - HVEE 3 MV onde foi feita a anaacutelise por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford44

Figura 21 Espectro de Fluorescecircncia de Raios X completo da amostra 245

Figura 22 Espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da amostra 2

(grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)50

Figura 23 Ampliaccedilatildeo I do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)50

Figura 24 Ampliaccedilatildeo II do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)51

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 Composiccedilatildeo de aminoaacutecidos no cabelo20

Tabela 2 Elementos traccedilo essenciais e algumas de suas funccedilotildees bioloacutegicas22

Tabela 3 Elementos traccedilo natildeo essenciais e suas toxicidades24

Tabela 4 Energia em keV das principais linhas de emissatildeo de raios x dos elementos

analisados46

Tabela 5 Concentraccedilatildeo dos elementos nas amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua

de poccedilo47

Tabela 6 Concentraccedilatildeo dos elementos nas amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua

distribuiacuteda pela CEDAE48

LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS

AAS - Atomic Absorption Spectroscopy (Espectroscopia de Absorccedilatildeo Atocircmica)

CEDAE - Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos do Rio de Janeiro

CONAMA - Conselho Nacional do Meio Ambiente

ERD - Elastic Recoil Detection (Anaacutelise por Detecccedilatildeo de Recuo Elaacutestico)

IAEA - International Atomic Energy Agency (Agecircncia Internacional de Energia Atocircmica)

IBGE - Instituto Brasileiro de Geografia e Estatiacutestica

ICP-AES - Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry (Espectrometria de

Emissatildeo Atocircmica com Plasma Indutivamente Acoplado)

ICP-MS - Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (Espectrometria de Massa com

Plasma Indutivamente Acoplado)

ICP-OES - Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometry (Espectrometria de

Emissatildeo Oacuteptica com Plasma Acoplado Indutivamente)

LIFE - Laboratoacuterio de Impacto de Foacutetons e Eleacutetrons

NAA - Neutron Activation Analysis (Anaacutelise por Ativaccedilatildeo de Necircutrons)

PET ndash Pentaeritriato

PHA - Pulse Height Analyzer (Analisador de Altura de Pulso)

PIXE - Proton Induced X-Ray Emission (Emissatildeo de Raios X Induzidos por Proacutetons)

RBS - Rutherford Backscattering Spectrometry (Espectrometria de Retroespalhamento

Rutherford)

UFRGS - Universidade Federal do Rio Grande do Sul

UFRJ - Universidade Federal do Rio de Janeiro

WDXRF - Wavelength Dispersive X-ray Fluorescence (Fluorescecircncia de Raios X por

Dispersatildeo de Comprimento de Onda)

XRF - X-Ray Fluorescence (Fluorescecircncia de Raios X)

16

10 INTRODUCcedilAtildeO

A determinaccedilatildeo de elementos traccedilo em cabelo tem sido assunto de estudo em

diversas aacutereas da ciecircncia dentre elas o monitoramento de exposiccedilatildeo ambiental e ocupacional

avaliaccedilatildeo da intoxicaccedilatildeo por metais toacutexicos avaliaccedilatildeo do estado nutricional diagnoacutestico e

prevenccedilatildeo de doenccedilas e nas ciecircncias forenses Isto se deve ao fato do cabelo ser considerado

um ldquodosiacutemetro bioloacutegicordquo que reflete a exposiccedilatildeo e absorccedilatildeo do indiviacuteduo a determinado

elemento ou seja a concentraccedilatildeo dos elementos traccedilo no cabelo indica a concentraccedilatildeo dos

mesmos no organismo [1-5]

Frente agrave anaacutelise de outros materiais bioloacutegicos como urina e sangue o cabelo tem a

vantagem da facilidade de amostragem (sem dor ou trauma para o indiviacuteduo) facilidade de

armazenamento transporte e manuseio possibilidade de obtenccedilatildeo de um registro histoacuterico de

exposiccedilatildeo aos elementos em questatildeo aleacutem da estabilidade estrutural da amostra permitindo o

diagnoacutestico por um periacuteodo maior de tempo (meses a anos) [1-46]

Haacute muita controveacutersia na literatura quanto aos dados disponiacuteveis em relaccedilatildeo agrave anaacutelise

elementar em cabelos no tocante agrave falta de um procedimento padratildeo de anaacutelise com uma

etapa de lavagem que seja completamente eficiente em eliminar a contaminaccedilatildeo exoacutegena (ar

aacutegua cosmeacuteticos entre outros) da contaminaccedilatildeo endoacutegena (incorporado ao fio do cabelo

durante a primeira fase de crescimento) [1-3]

Nas uacuteltimas deacutecadas vaacuterios estudos relacionados agrave determinaccedilatildeo elementar de

cabelos com foco em quiacutemica ambiental e ciecircncia meacutedica foram realizados Dentre as teacutecnicas

mais utilizadas encontram-se Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry

(ICP-AES) [13] Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (ICP-MS) [1378]

Neutron Activation Analysis (NAA) [15] Atomic Absorption Spectroscopy (AAS) [15] X-

Ray Fluorescence (XRF) [59-11] e Proton Induced X-Ray Emission (PIXE) [612]

Encontramos na literatura apenas um relato anterior sobre a anaacutelise por RBS de amostras de

cabelo em que a RBS foi utilizada para determinar os principais componentes de cabelo (C

N O e S) Os mesmos autores tambeacutem utilizaram PIXE para determinar elementos em

concentraccedilatildeo mais baixa e Elastic Recoil Detection (ERD) para determinar Hidrogecircnio [6]

Em trabalho de Iniciaccedilatildeo Cientiacutefica feito por mim com orientaccedilatildeo da Prof Dr Lola

Maria Braga Gomes do Departamento de Quiacutemica Analiacutetica-UFRJ em 2012 foram realizadas

anaacutelises da qualidade da aacutegua de 6 poccedilos subterracircneos na localidade Chaacutecaras Arcampo na

cidade de Duque de Caxias-RJ Foram determinados por ICP-OES os seguintes elementos

Cr Mn Fe Ni Cu Zn Ar Cd e Pb Constatou-se a presenccedila de chumbo em valores ateacute 55

vezes acima do permitido pelos Padrotildees de Qualidade de Aacutegua Subterracircnea do CONAMA

[13]

O presente trabalho foi realizado com a intenccedilatildeo de verificar quais elementos

estariam presentes nas amostras de cabelo das pessoas daquela localidade e que ingerem esse

tipo de aacutegua Dentro do nosso conhecimento esta eacute a primeira vez em que XRF e RBS satildeo

conjuntamente aplicados para a determinaccedilatildeo de elementos traccedilo presentes em amostras de

cabelo

Considera-se este trabalho relevante tanto para servir como fonte de dados quanto

para o seu possiacutevel uso no acircmbito social principalmente no que diz respeito ao abastecimento

de aacutegua e a sauacutede de parte da populaccedilatildeo que consome diariamente uma aacutegua sem tratamento

20 OBJETIVO

O presente trabalho tem como objetivo utilizar as teacutecnicas de Fluorescecircncia de

Raios X (XRF) e Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford (RBS) para determinar e

comparar elementos presentes em amostras de cabelo de dois grupos de pessoas que vivem na

Regiatildeo Metropolitana do Rio de Janeiro No primeiro grupo estatildeo pessoas que ingerem aacutegua

de poccedilo enquanto no segundo grupo estatildeo pessoas que ingerem aacutegua tratada e distribuiacuteda pela

Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos (CEDAE) do Rio de Janeiro

30 REVISAtildeO BIBLIOGRAacuteFICA E FUNDAMENTOS TEOacuteRICOS

31 O Cabelo

O cabelo possui uma funccedilatildeo esteacutetica com papel importante nos atributos da beleza

mas tem como principal funccedilatildeo a proteccedilatildeo da cabeccedila dos raios solares Esse processo eacute

realizado atraveacutes de receptores nervosos que agem como sensores teacutermicos capazes de

aumentar a proteccedilatildeo quando necessaacuterio [1214]

A composiccedilatildeo do cabelo eacute de aproximadamente 80 de proteiacutenas 15 de aacutegua e

aproximadamente 5 de lipiacutedios e constituintes inorgacircnicos O cabelo eacute basicamente

constituiacutedo por trecircs camadas cutiacutecula (camada externa) coacutertex (parte intermediaacuteria) e medula

(parte mais interna) (Fig 1) A cutiacutecula eacute formada por vaacuterias subcamadas separadas por um

complexo de ceacutelulas alongadas e justapostas que envolvem o coacutertex O coacutertex eacute o principal

constituinte do cabelo formado por um conjunto de ceacutelulas ciliacutendricas denominadas matriz e

perfeitamente ligadas umas as outras Na matriz encontram-se a α-queratina e outras

proteiacutenas A medula apresenta-se em pequena quantidade e pode estar ausente em alguns tipos

de cabelo Eacute composta por ceacutelulas anucleadas contendo lipiacutedeos e granulaccedilotildees pigmentadas

[1214]

Figura 1 Desenho esquemaacutetico de um fio de cabelo

Fonte http ltwwwartistasdocabelocombrgt Acesso em 30072015

O fio de cabelo desenvolve-se a partir de cavidades denominadas foliacuteculos pilosos

localizados de 3 a 5 mm abaixo da superfiacutecie da pele A taxa de crescimento meacutedio do fio eacute de

cerca de 1 cm por mecircs e cada fio pode ter de 15 a 120 microm de diacircmetro dependendo do tipo de

cabelo O ciclo de crescimento do cabelo eacute dividido em trecircs estaacutegios (Fig2)

Anaacutegeno ocorre o crescimento ativo do cabelo com irrigaccedilatildeo sanguiacutenea atraveacutes dos

foliacuteculos capilares na regiatildeo da papila Pode durar ateacute 7 anos Em um adulto cerca de

90 dos fios encontram-se neste estaacutegio

Cataacutegeno ocorre uma transiccedilatildeo entre o crescimento do fio e seu teacutermino dura apenas

algumas semanas O cabelo para de receber irrigaccedilatildeo sanguiacutenea para de crescer e a

parte mais profunda do foliacuteculo piloso fica mais proacutexima da superfiacutecie da pele

Teloacutegeno ocorre a queda do fio iniciando o crescimento de outro fio atraveacutes de um

foliacuteculo novo que surge no mesmo local [1214]

Figura 2 Esquema das fases de crescimento do cabelo

Fonte httpltwwwtratamentocalviciecombrartigo_02phpgt Acesso em 30072015

A α-queratina eacute uma proteiacutena que apresenta uma estrutura secundaacuteria (α-heacutelice) em

um arranjo helicoidal estabilizado por pontes de hidrogecircnio (Figura 3) e eacute responsaacutevel por dar

sustentaccedilatildeo ao cabelo Ela fica imersa na matriz e eacute composta por uma sequecircncia de

aminoaacutecidos (Tabela 1) sendo a cisteiacutena o principal desses

Figura 3 Estrutura secundaacuteria (α-heacutelice) da α-queratina

Fonte httpltwwwslideplayercombrgt Acesso em 27092015

Tabela 1 Composiccedilatildeo de aminoaacutecidos no cabelo normal Fonte [15]

Ligaccedilotildees quiacutemicas cruzadas entre as cadeias polimeacutericas de α-queratina formam

pontes dissulfeto (-S-S-) que datildeo origem aos resiacuteduos de cistina (Fig4) Como estatildeo em

grande quantidade na composiccedilatildeo do cabelo formam uma rede de alta resistecircncia e datildeo o

formato ao fio A reduccedilatildeo dessas ligaccedilotildees causa mudanccedilas nas propriedades mecacircnicas do fio

Cortes histoloacutegicos evidenciaram elevada atividade de metais pesados na α-queratina [114]

Aminoaacutecido Quantidade Residual ()

Aacutecido Aspaacutertico 49

Aacutecido Glutacircmico 114

Alanina 46

Arginina 58

Cisteiacutena 178

Fenilalanina 16

Glicina 64

Histidina 09

Isoleucina 26

Leucina 58

Lisina 27

Metionina 06

Prolina 84

Serina 117

Tirosina 2

Treonina 68

Valina 58

Figura 4 Estrutura da Cisteiacutena e da Cistina Reaccedilatildeo de oxi-reduccedilatildeo formando a ponte

dissulfeto Adaptado de httpltbiocienciascpoblogspotcombr201211resumo-

proteinashtmlgt

A incorporaccedilatildeo de elementos ao cabelo pode ocorrer por dois meios exoacutegeno e

endoacutegeno A incorporaccedilatildeo endoacutegena ocorre no primeiro estaacutegio de crescimento do fio onde o

foliacuteculo capilar encontra-se em contato com as glacircndulas secretoras e vasos sanguiacuteneos

Assim os elementos quiacutemicos que circulam no organismo atraveacutes dos fluidos podem

incorporar-se ao cabelo Estima-se que o periacuteodo entre a absorccedilatildeo pelo indiviacuteduo e a

incorporaccedilatildeo de elementos no cabelo seja de 30 dias Um modelo mais simples sugere que a

incorporaccedilatildeo endoacutegena ocorra de forma passiva isto eacute por difusatildeo [1] Os metais ligam-se

aos aminoaacutecidos atraveacutes de seus grupos funcionais como sulfidrila (-SH) amina (-NH2)

hidroxila (-OH) e carboxila (-COOH) nos quais a forccedila destas ligaccedilotildees dependeraacute da

estrutura eletrocircnica externa do metal [14]

Na incorporaccedilatildeo exoacutegena os elementos quiacutemicos satildeo levados ao cabelo por fatores

externos como aacutegua poeira fumaccedila cosmeacuteticos entre outros Os elementos podem ligar-se agrave

cutiacutecula do fio capilar principalmente se as cutiacuteculas estiverem danificadas [14]

32 Elementos Essenciais e Natildeo Essenciais e a Sauacutede Humana

Os elementos traccedilos podem ser divididos em essenciais e natildeo essenciais de acordo

com a importacircncia nutricional e a influecircncia no organismo dos seres vivos Os elementos

traccedilo essenciais satildeo considerados beneacuteficos e indispensaacuteveis para os seres vivos dentro de

uma faixa especiacutefica de concentraccedilatildeo Na Tabela 2 estatildeo listados os elementos traccedilo

essenciais e suas respectivas funccedilotildees bioloacutegicas [214]

Tabela 2 Elementos traccedilo essenciais e algumas de suas funccedilotildees bioloacutegicas

Adaptado de [14 16]

B Previne a osteoporose em mulheres na fase poacutes-menopausa

CaImportante na coagulaccedilatildeo sanguinea na contraccedilatildeo muscular transmissatildeo nervosa e

formaccedilatildeo de ossos e dentes

Cl Presente no suco gaacutestrico manteacutem o equilibrio hidrico e de eletroacutelitos

Co Constituinte da vitamina B12

Cr Importante no metabolismo da glicose

Cu Cofator em enzimas redox e no transporte de O2

F Prevenccedilatildeo das patologias bucodentaacuteria e oacutessea atua tambeacutem nos tecidos celulares

Fe Cofator em muitas enzimas e proteiacutenas heme

IPresente na estrutura de dois fatores hormonais da glacircndula tireoacuteide (tiroxina e

triiodotiroxina)

KImportante na regulaccedilatildeo da atividade neuromuscular crescimento celular e equiliacutebrio

osmoacutetico

MgRegula diversas reaccedilotildees enzimaacuteticas e age sobre as trocas iocircnicas da membrana

celular

MnCofator em muitas enzimas auxilia na reduccedilatildeo de accedilucar no sangue e a regular o

funcionamento do sistema reprodutivo

Elementos Essenciais e suas Funccedilotildees Bioloacutegicas

Os elementos traccedilo natildeo essenciais satildeo aqueles que natildeo apresentam nenhuma funccedilatildeo

no metabolismo das espeacutecies animais e vegetais e quando estatildeo em alta concentraccedilatildeo podem

provocar efeitos negativos ao organismo dos seres vivos Na Tabela 3 estatildeo listados alguns

elementos traccedilo natildeo essenciais e suas toxicidades [214]

Mo Cofator em enzimas que metabolizam os aminoaacutecidos metionina e cistina

NaAtua no controle osmoacutetico volume plasmaacutetico transmissatildeo de impulsos nervosos e

controle da contraccedilatildeo muscular

Ni A essencialidade eacute provaacutevel mas ainda natildeo estaacute estabelecida

PAtua na formaccedilatildeo dos ossos e dentes participa da estrutura das membranas

celulares e do processo de absorccedilatildeo renal da glicose

SParticipa da construccedilatildeo das proteiacutenas e no metabolismo energeacutetico faz parte de

algumas vitaminas (tiamina e biotina)

SeParticipaccedilatildeo na siacutentese de hormocircnios tireoideanos na accedilatildeo antioxidante e eacute cofator

em enzimas

Si Atua na estrutura da derme promovendo sua elasticidade

Sn A essencialidade eacute provaacutevel mas ainda natildeo estaacute estabelecida

V A essencialidade eacute provaacutevel mas ainda natildeo estaacute estabelecida

ZnCofator em algumas enzimas e na insulina tambeacutem exerce influecircncia no metabolismo

dos aacutecidos nucleiacutecos

Tabela 3 Elementos traccedilo natildeo essenciais e suas toxicidades Adaptado de [14]

Os termos macrominerais e microminerais (ou elementos-traccedilo) tambeacutem satildeo muito

utilizados no meio cientiacutefico principalmente na aacuterea de nutriccedilatildeo Os macrominerais satildeo

aqueles elementos encontrados em altas concentraccedilotildees nas amostras geralmente acima de

1 ou cuja necessidade diaacuteria no organismo seja maior que 100 mg No cabelo satildeo

considerados macrominerais por exemplo Ca P S Mg Na K e Cl Jaacute os microminerais satildeo

aqueles encontrados em baixas concentraccedilotildees na amostra (ppm ou ppb) ou cuja necessidade

no organismo seja inferior a 100 mg por dia No cabelo podem ser citados os seguintes

microminerais Fe Zn Cu Mn I Cr Se F Co Ni Si e Mo [114]

33 Abastecimento de Aacutegua na Regiatildeo de Amostragem

No Estado do Rio de Janeiro a captaccedilatildeo tratamento aduccedilatildeo e distribuiccedilatildeo das redes

de aacutegua ficam a cargo da CEDAE ndash Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos No presente

momento a CEDAE abastece cerca de 9 milhotildees de pessoas em 64 dos 92 municiacutepios do

Estado sendo Duque de Caxias um desses [17]

O abastecimento de aacutegua pela CEDAE na cidade de Duque de Caxias nunca ocorreu

de forma contiacutenua e natildeo haacute garantia da manutenccedilatildeo da qualidade da aacutegua ateacute a chegada ao

Al

Causa ao organismo anemia enfraquecimento dos ossos e muacutesculos

dificuldade no metabolismo do caacutelcio alteraccedilotildees hepatoloacutegicas e

renais dores de cabeccedila e nervosismo

AsInterrompe a expressatildeo de diversos genes em especial aqueles que

participam das vias de transduccedilatildeo de sinal

CdOcasiona perda de peso hemorragia danos ao sistema respiratoacuterio

hepatoloacutegico e renal

PbGera alteraccedilotildees cardiovasculares gastrointestinais hematoloacutegicas

renais neuroloacutegicas e imunoloacutegicas

Elementos Natildeo Essenciais e suas Toxicidades

consumidor Segundo dados do CENSO-2010 dos 269353 domiciacutelios estabelecidos no

municiacutepio de Duque de Caxias apenas 63 alegaram receber aacutegua de redes de distribuiccedilatildeo

[18] Diante do cenaacuterio atual em que o Sudeste vive a maior crise hiacutedrica dos uacuteltimos cem

anos devido agrave escassez de chuvas os reservatoacuterios que abastecem o estado do Rio de Janeiro

encontram-se em niacuteveis muito baixos e alguns deles chegaram ao volume morto (reserva

teacutecnica) Com isso o abastecimento de aacutegua para a populaccedilatildeo estaacute a cada dia mais escasso

Na Figura 5 apresenta-se uma foto da situaccedilatildeo do maior reservatoacuterio da Bacia do Rio Paraiacuteba

do Sul (em fevereiro deste ano) Este reservatoacuterio alimenta a Estaccedilatildeo de Tratamento de Aacutegua

do Guandu que por sua vez eacute responsaacutevel pelo abastecimento de toda a Regiatildeo Metropolitana

do Rio de Janeiro [19]

Figura 5 Reservatoacuterio Paraibuna localizado na Bacia do Rio Paraiacuteba do Sul apoacutes estiagem dos uacuteltimos anos

Na foto o reservatoacuterio estaacute com -056 da capacidade (volume morto) 03022015 Fonte http

ltogloboglobocomrionivel-de-reservatorios-do-rio-paraiba-do-sul-apresentam-leve-melhora-apos-chuvas-

fortes-15229418gt Acesso em 30072015

Devido aos fatores mencionados aliados agrave facilidade de manutenccedilatildeo e ao baixo custo

de perfuraccedilatildeo a utilizaccedilatildeo de aacutegua de poccedilo subterracircneo (Figura 6) eacute cada vez mais requisitada

para suprir as carecircncias de abastecimento No Brasil o aquiacutefero subterracircneo abastece cerca de

19 do total dos domiciacutelios particulares enquanto que no municiacutepio de Duque de Caxias este

percentual atinge os 35 segundo o CENSO-2010 [18]

Figura 6 Poccedilo subterracircneo em Duque de Caxias

34 Fluorescecircncia de Raios X - Teoria

A Espectroscopia de Fluorescecircncia de Raios X eacute uma teacutecnica natildeo destrutiva que

permite a identificaccedilatildeo simultacircnea (qualitativa e quantitativa) de elementos presentes em uma

amostra A teacutecnica baseia-se no fato dos elementos quiacutemicos emitirem radiaccedilotildees

caracteriacutesticas quando submetidos a uma excitaccedilatildeo adequada [20-23]

As amostras satildeo irradiadas com foacutetons (feixe de raios x) gerados por uma fonte Esse

feixe de raios x primaacuterio possui energia suficiente para ejetar eleacutetrons de camadas internas do

aacutetomo (camadas com maior energia de ligaccedilatildeo) transferindo energia para este eleacutetron que eacute

ejetado como fotoeleacutetron O aacutetomo fica instaacutevel (excitado) com uma vacacircncia na camada

interna Com o intuito de diminuir a energia do sistema eleacutetrons de outras camadas

preenchem essa lacuna A diferenccedila de energia entre os niacuteveis da transiccedilatildeo eletrocircnica eacute

liberada atraveacutes da emissatildeo de um foacuteton de raios x (fluorescecircncia ou raio x secundaacuterio) que

tem energia caracteriacutestica para cada elemento como ilustrado na Figura 7 A energia do raio x

caracteriacutestico eacute fornecida pela Equaccedilatildeo 1 [20-23]

Ex = Eni - Enf (Eq1)

Onde

Ex = energia do raio x caracteriacutestico emitido

Eni Enf = energia dos estados eletrocircnicos inicial e final respectivamente

Figura 7 Esquema do princiacutepio da Fluorescecircncia de Raios X

Fonteltwwwshimadzucombrgt Acesso em 30072015

A radiaccedilatildeo caracteriacutestica eacute nomeada de acordo com o niacutevel de onde se apresenta a

vacacircncia (K L M) e de qual niacutevel (α β) e subniacutevel (1 2) proveacutem o eleacutetron que iraacute

ocupar essa lacuna Por exemplo a vacacircncia originada na camada K pode ser preenchida por

eleacutetrons de dois subniacuteveis da camada L o que origina as linhas espectrais Kα1 e Kα2 Se a

vacacircncia da camada K fosse ocupada por um eleacutetron da M teria-se o Kβ e assim por diante

[23]

Com isso os elementos em uma amostra podem ser identificados atraveacutes da medida

do comprimento de onda (ou energia) dessas radiaccedilotildees caracteriacutesticas e as concentraccedilotildees

mensuradas pela intensidade dessas radiaccedilotildees [2123]

Quando um feixe de raios x incide sobre um determinado material diversas formas

de interaccedilatildeo entre a radiaccedilatildeo e a mateacuteria podem ocorrer tais como o Efeito Auger e os

espalhamentos Rayleigh e Compton [20-23]

O processo de relaxaccedilatildeo natildeo-radiativa ou Efeito Auger ocorre quando o aacutetomo

excitado emite um eleacutetron (eleacutetron Auger) ao inveacutes do processo de fluorescecircncia (Figura 8)

Esses dois processos de relaxaccedilatildeo do sistema satildeo concorrentes e a predominacircncia de um ou de

outro depende do numero atocircmico O Efeito Auger prevalece em elementos com baixo

nuacutemero atocircmico (Zlt20) [21]

Figura 8 Efeito Auger [20]

O fenocircmeno de espalhamento de raios x eacute importante em espectroscopia pois eacute

responsaacutevel pela intensidade da radiaccedilatildeo de fundo (background) presente em uma

determinada medida Ele eacute a soma dos efeitos de dois fenocircmenos o espalhamento coerente

elaacutestico ou Rayleigh no qual os raios x primaacuterios satildeo defletidos sem perda de energia isto eacute

sem alteraccedilatildeo no comprimento de onda (λ) e o espalhamento incoerente inelaacutestico ou

Compton no qual foacutetons de raios x primaacuterio satildeo defletidos com perda de energia e com

ejeccedilatildeo de um fotoeleacutetron (Figura 9) [21]

Figura 9 Espalhamento Compton e Rayleigh [21]

35 Fluorescecircncia de Raios X - Instrumentaccedilatildeo

Na Figura 10 pode ser observado um esquema com os principais componentes do

espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X por Dispersatildeo de Comprimento de Onda

(WDXRF - Wavelength Dispersive X-ray Fluorescence) utilizado neste trabalho Suas

funccedilotildees seratildeo descritas em seguida [23]

Figura 10 Instrumentaccedilatildeo do Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X por Dispersatildeo de

Comprimento de Onda - S8 TIGER - BRUKER [23]

Tubo de Raios X

A radiaccedilatildeo incidente eacute produzida em um tubo de raios x consistindo em uma ampola

de vidro ou de metal sob alto vaacutecuo com um filamento de tungstecircnio em uma extremidade

denominado caacutetodo e um alvo de metal na outra extremidade denominado acircnodo

O filamento eacute aquecido por uma corrente eleacutetrica e emite eleacutetrons (emissatildeo

termiocircnica) Os eleacutetrons satildeo acelerados rumo a um acircnodo (alvo) empregando-se uma

diferenccedila de potencial (10-70 kV) Raios x primaacuterios satildeo produzidos quando esses eleacutetrons

com alta velocidade colidem com o material alvo Com o impacto a maior parte da energia

cineacutetica dos eleacutetrons eacute convertida em calor exigindo que o acircnodo seja resfriado de forma

eficiente Apenas uma pequena parte (02-05 dependendo do tipo do alvo) da energia

eletrocircnica eacute convertida em raios x uacuteteis

Essa radiaccedilatildeo consiste em um Contiacutenuo ou Bremsstrahlung e linhas de raios x

caracteriacutesticas do material alvo (aleacutem de linhas caracteriacutesticas de quaisquer contaminantes

presentes) Assim o espectro primaacuterio de um tubo de raios x convencional consiste em linhas

caracteriacutesticas do material do acircnodo (por exemplo Rh) superpostas a um contiacutenuo de

radiaccedilatildeo

Os tubos de raios x satildeo geralmente isolados atraveacutes de uma janela de beriacutelio pois

esse elemento apresenta baixa absorccedilatildeo de raios x e alta resistecircncia mecacircnica para suportar as

diferenccedilas de pressatildeo

Filtros do Feixe Primaacuterio

O espectro primaacuterio pode natildeo conter apenas as linhas do elemento-alvo mas tambeacutem

as linhas de impurezas como Fe Cr ou Cu presentes em vaacuterias partes do tubo Desta forma o

niacutevel de fundo (background) na posiccedilatildeo desses elementos no espectro pode ser elevado

Filtros de feixe primaacuterio satildeo utilizados para filtrar as linhas caracteriacutesticas do tubo se

o mesmo elemento estiver presente na amostra ou se houver sobreposiccedilatildeo por uma linha do

tubo em linhas de elementos da amostra No equipamento em que foram feitas as anaacutelises satildeo

utilizados (automaticamente) os filtros de Cu de 200 microm de espessura e o de Al de 500 microm de

espessura

Maacutescara

Delimita a aacuterea da amostra que seraacute irradiada

Selo de vaacutecuo (Vacuum seal )

Protege o sistema de detecccedilatildeo dos foacutetons de raios x de qualquer vazamento de

amostra

Goniocircmetro

Em equipamentos de dispersatildeo sequencial empregam-se uma ldquogeometria do feixe

paralelordquo ou uma ldquogeometria de cristal planardquo permitindo que os acircngulos do cristal e do

detector sejam selecionados por um aparelho chamado goniocircmetro

O goniocircmetro eacute uma estrutura de rotaccedilatildeo que permite que o cristal e o detector

possuam um movimento angular acoplado θ a 2θ entre eles

Colimador

Colima o feixe divergente de raios x emitido pela amostra Satildeo normalmente feitos

de uma seacuterie de lacircminas paralelas O comprimento e o espaccedilamento entre as lacircminas

determinam a divergecircncia angular admitida pelo colimador Essa divergecircncia angular

juntamente com o cristal determina a resoluccedilatildeo final do espectro

Pode-se melhorar a resoluccedilatildeo fechando o colimador para minimizar a divergecircncia

Poreacutem com isso a intensidade tambeacutem diminui Assim torna-se necessaacuterio um equiliacutebrio

entre a resoluccedilatildeo final (necessaacuteria para evitar sobreposiccedilotildees espectrais importantes) e a

sensibilidade (relacionada com a intensidade)

Cristal

Separa os vaacuterios comprimentos de onda emitidos pela amostra A lei de Bragg

(equaccedilatildeo 2) propotildee que se um plano cristalino tiver um espaccedilamento interplanar (d) refletindo

um comprimento de raios x (λ) essa onda difere em caminho percorrido por uma distacircncia

(2dsenθ) da onda refletida pelo plano adjacente Quando esse caminho percorrido difere por

um nuacutemero inteiro de comprimento de onda tem-se uma interferecircncia construtiva e os raios x

refletidos satildeo reforccedilados Caso contraacuterio tem-se uma interferecircncia destrutiva e os raios x

refletidos se anulam A equaccedilatildeo de Bragg (2)

119899120582 = 2119889119904119890119899120579 (Eq 2)

Onde

n = nuacutemero inteiro (1 2 3) chamado Ordem de Difraccedilatildeo

d = espaccedilamento interplanos no cristal utilizado

θ = acircngulo de Bragg ou acircngulo de difraccedilatildeo

λ = comprimento de onda da linha espectral

Dessa forma para um dado plano cristalino e uma dada ordem de difraccedilatildeo cada

comprimento de onda no espectro de XRF incidente eacute difratado em um uacutenico acircngulo O

comprimento de onda maacuteximo que o proacuteprio plano cristalino pode difratar eacute 2d (quando senθ

assume o valor maacuteximo de 1) Portanto eacute necessaacuterio um cristal ou um plano cristalino com

diferentes valores de 2d para cobrir diferentes intervalos de comprimento de onda em toda a

tabela perioacutedica No espectrocircmetro utilizado neste trabalho foram usados os seguintes cristais

XS-55 (multicamada de WSi) do C ateacute o Mg PET (Pentaeritriato) do Al ateacute o Ti e LiF 200

do K ateacute o U

Detector

Converte os foacutetons de raios x em pulsos de tensatildeo mensuraacuteveis Satildeo utilizados dois

detectores para cobrir todos os elementos do Be ao U Detector de fluxo proporcional

(preenchido com Ar) para elementos do Be ao Cr e o detector de cintilaccedilatildeo de NaI(Tl) para

elementos do Mn ao U

Detectores de fluxo proporcional

Satildeo detectores de radiaccedilatildeo que operam a partir da ionizaccedilatildeo de gases Satildeo

constituiacutedos por um conjunto de eletrodos e um gaacutes Quando o gaacutes eacute colocado entre dois

eletrodos aos quais eacute aplicada certa diferenccedila de potencial os caacutetions e eleacutetrons produzidos

pela passagem de radiaccedilatildeo seratildeo atraiacutedos pelos eletrodos de carga oposta e por eles seratildeo

coletados Na regiatildeo de verdadeira proporcionalidade (Equaccedilatildeo 3) a razatildeo entre a carga

coletada pelos eletrodos e a carga gerada pela ionizaccedilatildeo primaacuteria manteacutem-se constante para as

diferenccedilas de potencial (∆V) aplicadas e com um capacitor de capacitacircncia (C)

Quando a radiaccedilatildeo atravessa esse tipo de detector e produz pares iocircnicos (formados

por eleacutetrons e caacutetions do gaacutes) esses caacutetions (ionizaccedilatildeo primaacuteria) satildeo acelerados adquirindo

energia suficiente para produzir novos pares iocircnicos (ionizaccedilatildeo secundaacuteria) por colisatildeo com

moleacuteculas inicialmente neutras do gaacutes Assim haacute uma multiplicaccedilatildeo do nuacutemero de pares

original A carga coletada eacute igual agrave carga produzida pela radiaccedilatildeo (Q) multiplicada por um

fator (M) denominado ldquoganhordquo

∆119881 = (119872119876)

119862 (Eq 3)

Portanto o sinal produzido tem altura proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo incidente

Detectores de cintilaccedilatildeo

O cintilador eacute uma substacircncia soacutelida ou liacutequida na qual a energia de radiaccedilatildeo

incidente eacute transferida aos eleacutetrons do material sendo depois emitida na forma de radiaccedilatildeo

eletromagneacutetica de frequecircncia menor (visiacutevel ou ultravioleta)

O detector de cintilaccedilatildeo utilizado eacute constituiacutedo por um cristal de NaI(Tl) (iodeto de

soacutedio ativado com 1 de iodeto de taacutelio) no qual ocorre a emissatildeo de radiaccedilatildeo de frequecircncia

menor aleacutem de um fotomultiplicador onde essa radiaccedilatildeo luminosa eacute transformada em pulso

eleacutetrico e amplificada

O mecanismo de cintilaccedilatildeo nos cristais inorgacircnicos baseia-se na propriedade dos

semicondutores terem banda de valecircncia e banda de conduccedilatildeo Na banda de valecircncia os

eleacutetrons estatildeo essencialmente ligados aos siacutetios do cristal Jaacute na banda de conduccedilatildeo os

eleacutetrons tecircm energia suficiente para migrar atraveacutes do cristal No cristal puro natildeo satildeo

encontrados eleacutetrons na banda proibida

Ao incidir uma radiaccedilatildeo no cristal pode ocorrer excitaccedilatildeo de eleacutetrons ateacute a banda de

conduccedilatildeo deixando lacunas na banda de valecircncia (normalmente preenchida)

No cristal puro a energia necessaacuteria para formar um par eleacutetronlacuna eacute

aproximadamente a mesma liberada quando esse par se recombina Assim os espectros de

absorccedilatildeo e emissatildeo superpotildeem-se ocorrendo autoabsorccedilatildeo da radiaccedilatildeo luminosa produzida

Se o cristal for ativado a emissatildeo pode ocorrer via um siacutetio do ativador para o qual a energia

de transiccedilatildeo eacute menor do que a necessaacuteria para a criaccedilatildeo do par eleacutetronlacuna Desse modo o

espectro emitido eacute deslocado para comprimentos de onda maiores e natildeo causa nova absorccedilatildeo

No tubo fotomultiplicador converte-se a radiaccedilatildeo de baixa intensidade produzida no

cintilador em um sinal eleacutetrico uacutetil agrave detecccedilatildeo e contagem de radiaccedilatildeo

Analisador de altura de pulso (PHA)

A energia do foacuteton incidente de raios x determina o tamanho do pulso de tensatildeo

produzido pelo detector O analisador de altura de pulso faz uso dessa propriedade a fim de

selecionar apenas um intervalo estreito de pulsos de voltagem rejeitando todos os pulsos com

intensidades fora do intervalo escolhido

Ao final utiliza-se o meacutetodo de integraccedilatildeo dos recebidos em um integrador

eletrocircnico Se N representa o nuacutemero de contagens em um tempo de integraccedilatildeo t segundos

entatildeo a taxa de contagem eacute Nt contagens por segundo (cps)

36 Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford - Teoria

A teacutecnica de RBS consiste em incidir partiacuteculas monoenergeacuteticas de um feixe de iacuteons

(geralmente iacuteons He+) de alta energia em um alvo estacionaacuterio Ao colidirem com os aacutetomos

do alvo as partiacuteculas satildeo elasticamente espalhadas no campo eleacutetrico do nuacutecleo do aacutetomo e

chegam a um detector por um acircngulo de retroespalhamento Na Figura 11 apresenta-se um

esquema de espalhamento elaacutestico [25-27]

Figura 11 Espalhamento elaacutestico em acircngulo de retroespalhamento de um iacuteon de massa M1

por um aacutetomo de massa M2 com M2gtM1 [25]

O detector ao receber as partiacuteculas espalhadas produz um pulso ou sinal que eacute entatildeo

processado por um analisador multicanal e classificado conforme a amplitude que

corresponde a uma escala em energia Como resultado as informaccedilotildees sobre a composiccedilatildeo

elementar do aacutetomo alvo satildeo obtidas a partir de um espectro de contagens em funccedilatildeo da

energia das partiacuteculas retroespalhadas detectadas [25]

O fator cinemaacutetico (K) eacute responsaacutevel pela anaacutelise elementar qualitativa Essa

grandeza depende da razatildeo entre as energias das partiacuteculas incidentes antes (E0) e depois (E)

do espalhamento (Equaccedilatildeo 4)

119870 = 119864

1198640 (Eq 4)

Considerando as conservaccedilotildees de energia e do momentum na colisatildeo elaacutestica obteacutem-

se a relaccedilatildeo entre o fator cinemaacutetico (K) a massa atocircmica da partiacutecula incidente (M1) a massa

atocircmica do aacutetomo alvo (M2) e o acircngulo de espalhamento (θ) (Eq 5)

119870 = [1198721 119888119900119904120579+ (1198722

2minus 11987212 1199041198901198992120579)

12

1198721+ 1198722]

2

(Eq 5)

Os valores de M1 θ e E0 satildeo preacute-fixados conhecendo E determina-se K e por

conseguinte determina-se M2

A Figura 12 apresenta um esquema do espectro de RBS de um filme fino de

composiccedilatildeo geneacuterica AB onde a massa de A eacute maior do que a massa de B depositado em um

substrato C ainda mais leve

Figura 12 Esquema de um espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford de

um filme fino AB sobre um substrato C ainda mais leve [27]

A resoluccedilatildeo em massa da teacutecnica eacute a diferenccedila miacutenima de massa entre dois aacutetomos-

alvo para que sinais resolvidos possam ser observados no espectro A discriminaccedilatildeo em massa

eacute maacutexima para θ = 180deg razatildeo pela qual satildeo utilizados acircngulos elevados experimentalmente

Pode-se melhorar a resoluccedilatildeo em massa na RBS aumentando a energia e a massa dos aacutetomos

incidentes e melhorando a resoluccedilatildeo do sistema de detecccedilatildeo com o cuidado para natildeo degradar

os detectores [25]

Outra grandeza importante em RBS eacute a seccedilatildeo de choque de espalhamento (σ) que eacute

uma medida da probabilidade de ocorrer o espalhamento e que atribui o caraacuteter quantitativo agrave

teacutecnica [25] Considerando um nuacutemero de partiacuteculas espalhadas (H) sobre um detector tem-se

a Equaccedilatildeo 6

119867 = 119876119873119905 ⟨119889120590

119889120570⟩Ω (Eq 6)

Onde

Q = nuacutemero de partiacuteculas que atinge a amostra

N = densidade volumeacutetrica dos aacutetomos alvo

t = espessura do alvo

⟨119889120590

119889120570⟩ = seccedilatildeo de choque meacutedia de espalhamento

Ω = acircngulo soacutelido do detector em relaccedilatildeo ao feixe

Para acircngulos pequenos tem-se ⟨119889120590

119889120570⟩ = (

119889120590

119889120570)120579

= σ (Eq 7)

Logo 119867 = 119876119873119905120590120570 (Eq 8)

Na Equaccedilatildeo 8 conhecendo o nuacutemero de partiacuteculas que atinge o alvo Q e o detector

H pode-se determinar o numero de aacutetomos por unidade de aacuterea da amostra (Nt) desde que se

conheccedila o acircngulo soacutelido de detecccedilatildeo Ω e a seccedilatildeo de choque de espalhamento (σ) Para uma

colisatildeo elaacutestica entre dois aacutetomos com nuacutemeros atocircmicos Z1 e Z2 (do aacutetomo incidente e do

aacutetomo alvo respectivamente) em que a forccedila de interaccedilatildeo eacute a repulsatildeo eletrostaacutetica dos

nuacutecleos a seccedilatildeo de choque de espalhamento diferencial (por unidade de acircngulo soacutelido) eacute dada

pela Foacutermula de Rutherford (Equaccedilatildeo 9)

119889120590

119889120570= (

119885111988521198902

4119864)2

4

1199041198901198994120579

[1minus ((

11987211198722) 119904119890119899120579)

2

]

12

+cos120579

[1minus ((11987211198722)119904119890119899 120579)

2

]

12

2

(Eq 9)

Em siacutentese a razatildeo entre as concentraccedilotildees relativas dos elementos A e B na

superfiacutecie de uma amostra 119873119860119860119861(119909)

119873119861119860119861(119909)

pode ser calculada com o auxiacutelio de um programa

computacional ou atraveacutes da medida de altura dos degraus obtidos no espectro sendo

calculadas com as Equaccedilotildees 10 e 11

(119889120590

119889120570)119861

(119889120590

119889120570)119860

= Ji (Eq 10)

119873119860119860119861(119909)

119873119861119860119861(119909)

= 119867119860119860119861

119867119861119860119861 119869119894 (Eq 11)

37 Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford - Instrumentaccedilatildeo

Na Figura 13 pode ser observado um esquema com os principais componentes da

instrumentaccedilatildeo utilizada em anaacutelises por RBS que seratildeo descritos em seguida de acordo com

o equipamento utilizado para a realizaccedilatildeo deste trabalho e com informaccedilotildees obtidas na

referecircncia [25]

Figura 13 Esquema dos componentes presentes na instrumentaccedilatildeo utilizada em anaacutelises por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford Fonte Adaptado de [25]

O Laboratoacuterio de Implantaccedilatildeo Iocircnica da Universidade Federal do Rio Grande do Sul

possui um acelerador Tandetron equipado com fontes de iacuteons dos tipos sputtering e de

plasma com tecnologia ldquotandemrdquo com 3MV de tensatildeo maacutexima no terminal e cinco estaccedilotildees

experimentais de linhas distintas incluindo a de RBS

Fonte de iacuteons

Fonte de Plasma um gaacutes ou um vapor eacute ionizado por meio de campos

eletromagneacuteticos na faixa de radiofrequecircncia ou ao ser atravessado por corrente eleacutetrica

Fonte de ldquoSputteringrdquo os iacuteons satildeo produzidos por transferecircncia de momentum

quando da colisatildeo de um feixe primaacuterio (geralmente Cs+) com um alvo soacutelido

Aceleradores ldquotandemrdquo

Neste tipo de acelerador iacuteons positivos deixam a fonte passam por uma troca de

carga (com vapor de Liacutetio ou outro elemento eletropositivo) e satildeo conduzidos com carga

negativa ao tubo acelerador onde satildeo atraiacutedos por um terminal positivo No caso dos iacuteons

produzidos serem originalmente negativos a troca de carga eacute suprimida Junto ao terminal

positivo passam por uma seccedilatildeo contendo um gaacutes ou vapor (N2 no presente caso) ou por uma

folha muito fina de carbono para que os iacuteons emergentes tenham perdido os eleacutetrons Com

carga positiva satildeo novamente acelerados agora por repulsatildeo do terminal Diferenccedilas de

potencial da ordem de vaacuterios milhotildees de volts satildeo obtidas utilizando circuitos multiplicadores

de voltagem que multiplicam e retificam a tensatildeo produzida por um transformador Seguindo

o tubo acelerador geralmente encontra-se um segundo eletroiacutematilde que permite direcionar o

feixe de iacuteons para uma das estaccedilotildees experimentais de acordo com as espeacutecies a serem

detectadas (no presente caso partiacuteculas retroespalhadas)

Detectores de estado soacutelido com junccedilotildees p-n obtidas por implantaccedilatildeo iocircnica

A junccedilatildeo p-n sob polarizaccedilatildeo reversa permite a coleta de cargas geradas na

produccedilatildeo de pares eleacutetron-lacuna Esse fenocircmeno ocorre quando um iacuteon atravessa um

semicondutor excitando eleacutetrons da banda de valecircncia para a banda de conduccedilatildeo que entatildeo

satildeo coletados no acircnodo Dessa forma o nuacutemero de eleacutetrons coletados no acircnodo eacute proporcional

ao nuacutemero de pares de eleacutetron-lacuna produzidos o qual eacute proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo

incidente desde que o iacuteon seja totalmente freado dentro do volume ativo do detector

Analisador multicanal (MCA) no modo de anaacutelise de intensidade de pulso

O MCA consta de uma sequecircncia de registradores onde cada pulso de entrada uma

vez digitalizado por um conversor analoacutegico-digital (ADC) eacute analisado com relaccedilatildeo a sua

amplitude (modo PHA) sob o controle de um discriminador Na sequecircncia o canal de

memoacuteria correspondente tem seu conteuacutedo incrementado em uma unidade Com isso

acumulam-se em um canal especiacutefico todos os pulsos de entrada de um pequeno intervalo de

amplitudes ou energias dos iacuteons incidentes Ao final com a soma dos pulsos recebidos em

cada canal obteacutem-se um histograma do nuacutemero de pulsos em funccedilatildeo de suas amplitudes ou

energias dos iacuteons incidentes

40 METODOLOGIA

41 Amostragem

Amostras de cabelo de 16 pessoas foram coletadas Os doadores foram entrevistados

seguindo o questionaacuterio disponiacutevel no ANEXO I e selecionados de acordo com os seguintes

criteacuterios possuiacuterem cabelos virgens (cabelos sem nenhum tipo de tratamento quiacutemico como

coloraccedilotildees tinturas alisantes entre outros) estarem saudaacuteveis serem natildeo fumantes e viverem

na Regiatildeo Metropolitana do Rio de Janeiro As amostras foram divididas em dois grupos de

oito o primeiro de pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo subterracircneo e o segundo com pessoas

que ingerem a aacutegua tratada e distribuiacuteda pela CEDAE

Foram analisadas amostras de cabelo de duas pessoas que consumiam a aacutegua do

mesmo poccedilo isto eacute duas amostras de cada residecircncia totalizando 4 poccedilos diferentes (a b c

d) na localidade Chaacutecaras Arcampo em Duque de Caxias ndash RJ (Figura 14)

Figura 14 Mapa com os pontos de coleta de amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua

de poccedilo em destaque a localizaccedilatildeo das residecircncias com os poccedilos

Fonte Google Earth Acesso em 30072015

As amostras foram coletadas na regiatildeo occipital da cabeccedila (nuca) como visto na

Figura 15 com o auxiacutelio de uma tesoura de accedilo inoxidaacutevel devidamente limpa com etanol

Essa regiatildeo eacute definida como padratildeo por ser menos suscetiacutevel a contaminaccedilatildeo exoacutegena e

tambeacutem por sempre existir cabelo em indiviacuteduos semicalvos [14] Em seguida as amostras

foram catalogadas e armazenadas em sacos plaacutesticos [5] Informaccedilotildees adicionais sobre o sexo

e a idade dos doadores e o tipo e cor das amostras de cabelo coletadas disponiacuteveis no ANEXO

II

Figura 15 Coleta de amostra de cabelo na regiatildeo occipital da cabeccedila

42 Lavagem das Amostras de Cabelo

Todas as amostras foram submetidas a uma sequecircncia de etapas de lavagem de 10

minutos cada utilizando acetona e aacutegua deionizada (Figura 16) Em seguida foram colocadas

para secar agrave temperatura ambiente de acordo com o procedimento recomendado pela Agecircncia

Internacional de Energia Atocircmica (IAEA) [5]

Figura 16 Lavagem das amostras de cabelo

As amostras analisadas por XRF foram colocadas diretamente no suporte do

equipamento Os fios foram colocados de maneira a se obter a superfiacutecie do porta-amostra

totalmente coberta pelo cabelo a qual em seguida foi coberta por um filme (Ultralenereg 4

microm de espessura) (Figura 17) Para a anaacutelise com o RBS o cabelo foi aderido ao suporte do

porta-amostra com o auxiacutelio de uma fita dupla face de carbono puro (Figura 18)

Figura 17 Amostra de cabelo em porta-amostra do equipamento de Fluorescecircncia de

Raios X

Figura 18 Amostra de cabelo no porta-amostra do equipamento de Espectrometria de

Retroespalhamento Rutherford

43 Paracircmetros Instrumentais

Anaacutelises semiquantitativas de XRF dos elementos presentes no cabelo foram

realizadas no Laboratoacuterio de Impacto de Foacutetons e Eleacutetrons (LIFE) na Universidade Federal do

Rio de Janeiro (UFRJ) Utilizou-se o Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios-X S8 TIGER

ndash BRUKER (Figura 19) na faixa de energia de 05 a 56 keV acircnodo de Rh trabalhando com 1

kW de potecircncia com uma janela de Be de 76 microm atraveacutes do software Quant-Express no

meacutetodo Best Detection O tempo de aquisiccedilatildeo para cada amostra foi de aproximadamente 20

minutos

Os dados por RBS foram realizados no Laboratoacuterio de Implantaccedilatildeo Iocircnica na

Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) Utilizou-se um acelerador de iacuteons

Tandetron - HVEE 3 MV (Figura 20) usando 2000 keV de iacuteons He+ incidentes e detecccedilatildeo de

partiacuteculas retroespalhadas a 165deg

Figura 19 Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X - S8 TIGER - BRUKER

Figura 20 Acelerador de iacuteons Tandetron - HVEE 3 MV onde foi feita a anaacutelise por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford

50 RESULTADOS E DISCUSSOtildeES

51 Anaacutelise por XRF

O espectro completo de XRF da amostra 2 referente ao cabelo de uma pessoa que

ingere aacutegua de poccedilo eacute mostrado na Figura 21 conforme obtido diretamente do equipamento

Eacute possiacutevel identificar as linhas de excitaccedilatildeo do Rh e as linhas de espalhamento Compton e

Rayleigh Os espectros ampliados somente na regiatildeo de interesse com as linhas de

fluorescecircncia Kα e Kβ atribuiacutedas agrave maioria dos elementos (exceto para o chumbo em que se

detectam as linhas Lα e Lβ) e sem as linhas de Rh de todas as amostras analisadas encontram-

se nos ANEXOS III e IV Os elementos analisados e a energia de suas linhas de emissatildeo de

fluorescecircncia Kα e Kβ satildeo apresentados na Tabela 4

Figura 21 Espectro de Fluorescecircncia de Raios X completo da amostra 2

Tabela 4 Energia em keV das principais linhas de emissatildeo de raios x dos elementos

analisados Adaptado de [26]

Os elementos observados e as concentraccedilotildees semiquantitativas das amostras de

cabelo das pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo e das amostras de cabelo das pessoas que

ingerem aacutegua distribuiacuteda pela CEDAE satildeo apresentados respectivamente nas Tabelas 5 e 6

Kα Kβ

Al 1487 1557

Si 1740 1836

P 2014 2139

S 2308 2464

Cl 2622 2816

Ca 3692 4013

Mn 5899 6490

Fe 6404 7058

Cu 8048 8905

Zn 8639 9572

Pb (Linhas Lα e Lβ) 10552 12614

Elementos

Analisados

Energia (keV) das Linhas de

Emissatildeo de Raios X

Tabela 5 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (1 a 8) que

ingerem aacutegua de poccedilo As concentraccedilotildees dos elementos foram normalizadas de modo que a

soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da matriz orgacircnica em conjunto

seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo ldquoa b c drdquo correlacionam a amostra

de cabelo com o poccedilo do qual o indiviacuteduo ingere aacutegua

1 2 3 4 5 6 7 8

Al 002 003 003 34 ppm natildeo det 006 natildeo det 001

Si 001 54 ppm 006 46 ppm 005 002 002 54 ppm

P 003 003 54 ppm 002 001 46 ppm natildeo det 004

S 117 071 115 118 166 135 151 098

Cl 003 65 ppm 002 002 natildeo det 003 natildeo det 61 ppm

Ca 003 003 80 ppm 002 004 002 008 008

Mn 73 ppm 78 ppm 58 ppm 10 ppm natildeo det 91 ppm natildeo det 54 ppm

Fe 001 001 92 ppm 29 ppm 38 ppm 001 27 ppm 83 ppm

Cu 44 ppm 41 ppm 46 ppm 31 ppm natildeo det 44 ppm 37 ppm 36 ppm

Zn 77 ppm 002 91 ppm 82 ppm 41 ppm 92 ppm 40 ppm 98 ppm

Pb 10 ppm 9 ppm 12 ppm 10 ppm natildeo det 10 ppm natildeo det 9 ppm

a b c d

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Elementos

Tabela 6 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (9 a 16)

que ingerem aacutegua tratada e distribuiacuteda pela CEDAE As concentraccedilotildees dos elementos foram

normalizadas de modo que a soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da

matriz orgacircnica em conjunto seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo

9 10 11 12 13 14 15 16

Al 001 36 ppm natildeo det 002 61 ppm 90 ppm 002 natildeo det

Si natildeo det 35 ppm natildeo det 40 ppm 79 ppm 60 ppm natildeo det natildeo det

P 003 34 ppm 003 002 natildeo det 46 ppm natildeo det 41 ppm

S 111 106 116 152 136 145 155 128

Cl 52 ppm 001 002 003 004 005 014 009

Ca 006 004 002 002 001 001 001 001

Mn 51 ppm 9 ppm 32 ppm natildeo det 24 ppm 57 ppm natildeo det 30 ppm

Fe 82 ppm 30 ppm 57 ppm 56 ppm 59 ppm 90 ppm 52 ppm 54 ppm

Cu 31 ppm 51 ppm 28 ppm 27 ppm 31 ppm 44 ppm 14 ppm 29 ppm

Zn 001 001 92 ppm 86 ppm 001 001 42 ppm 001

Pb natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det

Elementos

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

Na anaacutelise semiquantitativa por XRF pode-se verificar a presenccedila de elevadas

concentraccedilotildees de enxofre o que jaacute era esperado visto que este elemento faz parte da estrutura

da cisteiacutena o aminoaacutecido em maior quantidade na composiccedilatildeo do cabelo

Os elementos Ca Zn e Fe foram detectados em todas as amostras dos dois grupos O

Ca aparece na maior parte das amostras em concentraccedilotildees da ordem de enquanto que o Zn

e o Fe da ordem de ppm Os elementos Al P Mn Cl Si e Cu aparecem na maioria das

amostras em ambos os grupos No entanto o Pb foi observado em concentraccedilotildees da ordem de

ppm somente em amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo

Para as amostras 5 7 e 15 utilizou-se um porta amostra com maacutescara de 8 mm de

diacircmetro ao inveacutes da maacutescara de 34 mm utilizada para as outras amostras devido a pouca

quantidade de cabelo coletado Agrave vantagem de poder utilizar menos amostra com a maacutescara

de 8 mm contrapotildee-se um aumento do ruiacutedo de fundo e a consequente perda da sensibilidade

na anaacutelise Tal fato pode provavelmente justificar a quantidade menor de elementos

observados nessas amostras em comparaccedilatildeo com as demais incluindo a ausecircncia do elemento

chumbo nas amostras 5 e 7 jaacute que o mesmo aparece nas amostras 6 e 8 das pessoas que

bebem a mesma aacutegua dos poccedilos c e d respectivamente

52 Anaacutelise por RBS

Apresenta-se na Figura 22 o espectro de RBS da amostra 2 adquirido durante 8

horas de anaacutelise e apoacutes tratamento dos dados atraveacutes do programa computacional OriginPro 8

Duas ampliaccedilotildees (I e II) nas regiotildees de mais alta energia satildeo apresentadas nas Figuras 23 e

24 Observou-se a presenccedila dos elementos C N O Si S Cl Ti Cu Zn e Pb

As energias dos iacuteons He+ retroespalhados a partir da interaccedilatildeo com os nuacutecleos de Pb

e Hg satildeo muito proacuteximas tornando difiacutecil a resoluccedilatildeo dos sinais No entanto o Hg natildeo foi

observado em nenhuma das amostras por XRF enquanto o Pb pode ser detectado claramente

Conclui-se portanto que o degrau no espectro eacute correspondente ao Pb

Utilizando-se o caacutelculo da seccedilatildeo de choque de espalhamento Rutherford foi possiacutevel

obter uma anaacutelise quantitativa relativa da amostra 2 Para isso foi escolhido o enxofre como

elemento padratildeo devido ao fato do S estar presente em todas as amostras de cabelo e ser

facilmente detectaacutevel por ambas as teacutecnicas Para cada aacutetomo de S na amostra de cabelo as

seguintes proporccedilotildees atocircmicas foram obtidas 115 x 102 C 274 x 10

1 N 157 x 10

1 O 479 x

10-1

Si 641 x 10-1

Cl 454 x 10-2

Ti 162 x 10-2

Cu 265 x 10-2

Zn e 504 x 10-4

Pb

Figura 22 Espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da amostra 2

(grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 23 Ampliaccedilatildeo I do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 24 Ampliaccedilatildeo II do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

60 CONCLUSOtildeES

As teacutecnicas de XRF e RBS mostraram-se eficientes e complementares na

determinaccedilatildeo de vaacuterios elementos presentes em amostras de cabelo humano Atraveacutes das duas

teacutecnicas foi possiacutevel detectar de forma semiquantitativa a presenccedila de elementos desde o Al

ateacute o Pb Por RBS tambeacutem foram detectados elementos mais leves como C N e O A

utilizaccedilatildeo conjunta das duas teacutecnicas permitiu a identificaccedilatildeo inequiacutevoca de Pb no espectro de

RBS

Eacute evidente que as concentraccedilotildees dos elementos nas amostras de cabelo dependem de

diversos fatores tais como o tipo de alimentaccedilatildeo idade sexo ambiente em que o indiviacuteduo

vive e podem ser provenientes de meios exoacutegenos e endoacutegenos Entretanto considerando o

natildeo aparecimento do Pb em nenhuma das amostras de cabelo das pessoas que ingerem aacutegua

distribuiacuteda pela CEDAE aleacutem das anaacutelises preacutevias da aacutegua dos poccedilos da aacuterea em estudo eacute

possiacutevel afirmar que existe uma elevada possibilidade da aacutegua de poccedilo estaacute atuando como

uma fonte de contaminaccedilatildeo de Pb para as pessoas Como o Pb eacute um elemento toacutexico com

propriedade de bioacumulaccedilatildeo sua presenccedila pode gerar danos irreversiacuteveis aos organismos

vivos

70 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS

Como sugestotildees deste estudo podemos indicar

Realizar uma anaacutelise quantitativa de um nuacutemero mais amplo de amostras

Efetuar uma comparaccedilatildeo com materiais de referecircncia certificados a fim de

determinar com um grau de confiabilidade mais elevado se as quantidades de

chumbo detectadas nas amostras de cabelo estatildeo acima do intervalo de valores

considerados aceitaacuteveis

80 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

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[24] O espectrocircmetro de fluorescecircncia de raios-x Thermo ARL 9900 PUC-Rio ndash

Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em lthttpwwwmaxwellvracpuc-

riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 08 de agosto de 2015

[25] KRUG C Superfiacutecies porosas recobertas com metalocenos anaacutelise multivariada

envolvendo caracterizaccedilatildeo com feixe de iacuteons Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Fiacutesica Instituto

de Fiacutesica Universidade Federal do Rio Grande do Sul ndash UFRGS Porto Alegre 2000

[26] TABACNIKS M H Anaacutelise de filmes finos por PIXE e RBS Instituto de Fiacutesica da

Universidade de Satildeo Paulo Disponiacutevel em ltwww2ifuspbr~lamfipixeamprbspdfgt Acesso

em julho de 2015

[27] ALMEIDA C R Efeito de tratamentos teacutermico e quiacutemico de aerogeacuteis de oacutexido de

estanho Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Engenharia Eleacutetrica Universidade Federal de Santa

Catarina Florianoacutepolis 2013

[28] ATTWOOD D T HENKE B L et al X-Ray Data Booklet Lawrence Berkeley

Laboratory University of California Berkeley California 1986

ANEXO I

MODELO DO QUESTIONAacuteRIO PREENCHIDO ANTES DA COLETA DAS AMOSTRAS

DE CABELO

Coacutedigo da amostra

Nome

Idade (anos)

Endereccedilo

Fuma Sim ( ) Natildeo ( )

Ingere aacutegua de que tipo (poccedilo CEDAE) Poccedilo ( ) CEDAE ( )

Fez algum tipo de tratamento quiacutemico no cabelo

(coloraccedilatildeo alisamento etc)Sim ( ) Natildeo ( )

Qual Quando foi a uacuteltima vez

Esteve bem de sauacutede nos uacuteltimos 6 meses Sim ( ) Natildeo ( )

Data da coleta

Responsaacutevel pela coleta

COLETA DE AMOSTRA DE CABELO

ANEXO II

INFORMACcedilOtildeES ADICIONAIS SOBRE OS DOADORES E AS AMOSTRAS DE

CABELO COLETADAS

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

1 Feminino 62 Cacheado Castanho Escuro

2 Feminino 27 Cacheado Castanho Escuro

3 Feminino 17 Liso Castanho Escuro

4 Feminino 10 Cacheado Castanho Escuro

5 Feminino 58 Liso Castanho Escuro

6 Feminino 7 Cacheado Castanho Escuro

7 Masculino 17 Liso Castanho Claro

8 Feminino 39 Liso Castanho Escuro

Pessoas que Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

9 Feminino 41 Cacheado Castanho Escuro

10 Feminino 17 Ondulado Castanho Claro

11 Masculino 1 Cacheado Castanho Escuro

12 Feminino 11 Liso Castanho Escuro

13 Masculino 21 Liso Castanho Escuro

14 Masculino 42 Cacheado Preto

15 Masculino 6 Liso Preto

16 Masculino 14 Liso Preto

Pessoas que Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

ANEXO III

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DE POCcedilO (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 1

Amostra 2

Amostra 3

Amostra 4

Amostra 5

Amostra 6

Amostra 7

Amostra 8

ANEXO IV

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DISTRIBUIacuteDA PELA CEDAE (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 9

Amostra 10

Amostra 11

Amostra 12

Amostra 13

Amostra 14

Amostra 15

Amostra 16

Page 13: Dissertação Priscilla Velasco da Paixão

Figura 15 Coleta de amostra de cabelo na regiatildeo occipital da cabeccedila41

Figura 16 Lavagem das amostras de cabelo42

Figura 17 Amostra de cabelo em porta-amostra do equipamento de Fluorescecircncia de Raios

X42

Figura 18 Amostra de cabelo no porta-amostra do equipamento de Espectrometria de

Retroespalhamento Rutherford43

Figura 19 Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X - S8 TIGER - BRUKER44

Figura 20 Acelerador de iacuteons Tandetron - HVEE 3 MV onde foi feita a anaacutelise por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford44

Figura 21 Espectro de Fluorescecircncia de Raios X completo da amostra 245

Figura 22 Espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da amostra 2

(grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)50

Figura 23 Ampliaccedilatildeo I do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)50

Figura 24 Ampliaccedilatildeo II do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)51

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 Composiccedilatildeo de aminoaacutecidos no cabelo20

Tabela 2 Elementos traccedilo essenciais e algumas de suas funccedilotildees bioloacutegicas22

Tabela 3 Elementos traccedilo natildeo essenciais e suas toxicidades24

Tabela 4 Energia em keV das principais linhas de emissatildeo de raios x dos elementos

analisados46

Tabela 5 Concentraccedilatildeo dos elementos nas amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua

de poccedilo47

Tabela 6 Concentraccedilatildeo dos elementos nas amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua

distribuiacuteda pela CEDAE48

LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS

AAS - Atomic Absorption Spectroscopy (Espectroscopia de Absorccedilatildeo Atocircmica)

CEDAE - Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos do Rio de Janeiro

CONAMA - Conselho Nacional do Meio Ambiente

ERD - Elastic Recoil Detection (Anaacutelise por Detecccedilatildeo de Recuo Elaacutestico)

IAEA - International Atomic Energy Agency (Agecircncia Internacional de Energia Atocircmica)

IBGE - Instituto Brasileiro de Geografia e Estatiacutestica

ICP-AES - Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry (Espectrometria de

Emissatildeo Atocircmica com Plasma Indutivamente Acoplado)

ICP-MS - Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (Espectrometria de Massa com

Plasma Indutivamente Acoplado)

ICP-OES - Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometry (Espectrometria de

Emissatildeo Oacuteptica com Plasma Acoplado Indutivamente)

LIFE - Laboratoacuterio de Impacto de Foacutetons e Eleacutetrons

NAA - Neutron Activation Analysis (Anaacutelise por Ativaccedilatildeo de Necircutrons)

PET ndash Pentaeritriato

PHA - Pulse Height Analyzer (Analisador de Altura de Pulso)

PIXE - Proton Induced X-Ray Emission (Emissatildeo de Raios X Induzidos por Proacutetons)

RBS - Rutherford Backscattering Spectrometry (Espectrometria de Retroespalhamento

Rutherford)

UFRGS - Universidade Federal do Rio Grande do Sul

UFRJ - Universidade Federal do Rio de Janeiro

WDXRF - Wavelength Dispersive X-ray Fluorescence (Fluorescecircncia de Raios X por

Dispersatildeo de Comprimento de Onda)

XRF - X-Ray Fluorescence (Fluorescecircncia de Raios X)

16

10 INTRODUCcedilAtildeO

A determinaccedilatildeo de elementos traccedilo em cabelo tem sido assunto de estudo em

diversas aacutereas da ciecircncia dentre elas o monitoramento de exposiccedilatildeo ambiental e ocupacional

avaliaccedilatildeo da intoxicaccedilatildeo por metais toacutexicos avaliaccedilatildeo do estado nutricional diagnoacutestico e

prevenccedilatildeo de doenccedilas e nas ciecircncias forenses Isto se deve ao fato do cabelo ser considerado

um ldquodosiacutemetro bioloacutegicordquo que reflete a exposiccedilatildeo e absorccedilatildeo do indiviacuteduo a determinado

elemento ou seja a concentraccedilatildeo dos elementos traccedilo no cabelo indica a concentraccedilatildeo dos

mesmos no organismo [1-5]

Frente agrave anaacutelise de outros materiais bioloacutegicos como urina e sangue o cabelo tem a

vantagem da facilidade de amostragem (sem dor ou trauma para o indiviacuteduo) facilidade de

armazenamento transporte e manuseio possibilidade de obtenccedilatildeo de um registro histoacuterico de

exposiccedilatildeo aos elementos em questatildeo aleacutem da estabilidade estrutural da amostra permitindo o

diagnoacutestico por um periacuteodo maior de tempo (meses a anos) [1-46]

Haacute muita controveacutersia na literatura quanto aos dados disponiacuteveis em relaccedilatildeo agrave anaacutelise

elementar em cabelos no tocante agrave falta de um procedimento padratildeo de anaacutelise com uma

etapa de lavagem que seja completamente eficiente em eliminar a contaminaccedilatildeo exoacutegena (ar

aacutegua cosmeacuteticos entre outros) da contaminaccedilatildeo endoacutegena (incorporado ao fio do cabelo

durante a primeira fase de crescimento) [1-3]

Nas uacuteltimas deacutecadas vaacuterios estudos relacionados agrave determinaccedilatildeo elementar de

cabelos com foco em quiacutemica ambiental e ciecircncia meacutedica foram realizados Dentre as teacutecnicas

mais utilizadas encontram-se Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry

(ICP-AES) [13] Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (ICP-MS) [1378]

Neutron Activation Analysis (NAA) [15] Atomic Absorption Spectroscopy (AAS) [15] X-

Ray Fluorescence (XRF) [59-11] e Proton Induced X-Ray Emission (PIXE) [612]

Encontramos na literatura apenas um relato anterior sobre a anaacutelise por RBS de amostras de

cabelo em que a RBS foi utilizada para determinar os principais componentes de cabelo (C

N O e S) Os mesmos autores tambeacutem utilizaram PIXE para determinar elementos em

concentraccedilatildeo mais baixa e Elastic Recoil Detection (ERD) para determinar Hidrogecircnio [6]

Em trabalho de Iniciaccedilatildeo Cientiacutefica feito por mim com orientaccedilatildeo da Prof Dr Lola

Maria Braga Gomes do Departamento de Quiacutemica Analiacutetica-UFRJ em 2012 foram realizadas

anaacutelises da qualidade da aacutegua de 6 poccedilos subterracircneos na localidade Chaacutecaras Arcampo na

cidade de Duque de Caxias-RJ Foram determinados por ICP-OES os seguintes elementos

Cr Mn Fe Ni Cu Zn Ar Cd e Pb Constatou-se a presenccedila de chumbo em valores ateacute 55

vezes acima do permitido pelos Padrotildees de Qualidade de Aacutegua Subterracircnea do CONAMA

[13]

O presente trabalho foi realizado com a intenccedilatildeo de verificar quais elementos

estariam presentes nas amostras de cabelo das pessoas daquela localidade e que ingerem esse

tipo de aacutegua Dentro do nosso conhecimento esta eacute a primeira vez em que XRF e RBS satildeo

conjuntamente aplicados para a determinaccedilatildeo de elementos traccedilo presentes em amostras de

cabelo

Considera-se este trabalho relevante tanto para servir como fonte de dados quanto

para o seu possiacutevel uso no acircmbito social principalmente no que diz respeito ao abastecimento

de aacutegua e a sauacutede de parte da populaccedilatildeo que consome diariamente uma aacutegua sem tratamento

20 OBJETIVO

O presente trabalho tem como objetivo utilizar as teacutecnicas de Fluorescecircncia de

Raios X (XRF) e Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford (RBS) para determinar e

comparar elementos presentes em amostras de cabelo de dois grupos de pessoas que vivem na

Regiatildeo Metropolitana do Rio de Janeiro No primeiro grupo estatildeo pessoas que ingerem aacutegua

de poccedilo enquanto no segundo grupo estatildeo pessoas que ingerem aacutegua tratada e distribuiacuteda pela

Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos (CEDAE) do Rio de Janeiro

30 REVISAtildeO BIBLIOGRAacuteFICA E FUNDAMENTOS TEOacuteRICOS

31 O Cabelo

O cabelo possui uma funccedilatildeo esteacutetica com papel importante nos atributos da beleza

mas tem como principal funccedilatildeo a proteccedilatildeo da cabeccedila dos raios solares Esse processo eacute

realizado atraveacutes de receptores nervosos que agem como sensores teacutermicos capazes de

aumentar a proteccedilatildeo quando necessaacuterio [1214]

A composiccedilatildeo do cabelo eacute de aproximadamente 80 de proteiacutenas 15 de aacutegua e

aproximadamente 5 de lipiacutedios e constituintes inorgacircnicos O cabelo eacute basicamente

constituiacutedo por trecircs camadas cutiacutecula (camada externa) coacutertex (parte intermediaacuteria) e medula

(parte mais interna) (Fig 1) A cutiacutecula eacute formada por vaacuterias subcamadas separadas por um

complexo de ceacutelulas alongadas e justapostas que envolvem o coacutertex O coacutertex eacute o principal

constituinte do cabelo formado por um conjunto de ceacutelulas ciliacutendricas denominadas matriz e

perfeitamente ligadas umas as outras Na matriz encontram-se a α-queratina e outras

proteiacutenas A medula apresenta-se em pequena quantidade e pode estar ausente em alguns tipos

de cabelo Eacute composta por ceacutelulas anucleadas contendo lipiacutedeos e granulaccedilotildees pigmentadas

[1214]

Figura 1 Desenho esquemaacutetico de um fio de cabelo

Fonte http ltwwwartistasdocabelocombrgt Acesso em 30072015

O fio de cabelo desenvolve-se a partir de cavidades denominadas foliacuteculos pilosos

localizados de 3 a 5 mm abaixo da superfiacutecie da pele A taxa de crescimento meacutedio do fio eacute de

cerca de 1 cm por mecircs e cada fio pode ter de 15 a 120 microm de diacircmetro dependendo do tipo de

cabelo O ciclo de crescimento do cabelo eacute dividido em trecircs estaacutegios (Fig2)

Anaacutegeno ocorre o crescimento ativo do cabelo com irrigaccedilatildeo sanguiacutenea atraveacutes dos

foliacuteculos capilares na regiatildeo da papila Pode durar ateacute 7 anos Em um adulto cerca de

90 dos fios encontram-se neste estaacutegio

Cataacutegeno ocorre uma transiccedilatildeo entre o crescimento do fio e seu teacutermino dura apenas

algumas semanas O cabelo para de receber irrigaccedilatildeo sanguiacutenea para de crescer e a

parte mais profunda do foliacuteculo piloso fica mais proacutexima da superfiacutecie da pele

Teloacutegeno ocorre a queda do fio iniciando o crescimento de outro fio atraveacutes de um

foliacuteculo novo que surge no mesmo local [1214]

Figura 2 Esquema das fases de crescimento do cabelo

Fonte httpltwwwtratamentocalviciecombrartigo_02phpgt Acesso em 30072015

A α-queratina eacute uma proteiacutena que apresenta uma estrutura secundaacuteria (α-heacutelice) em

um arranjo helicoidal estabilizado por pontes de hidrogecircnio (Figura 3) e eacute responsaacutevel por dar

sustentaccedilatildeo ao cabelo Ela fica imersa na matriz e eacute composta por uma sequecircncia de

aminoaacutecidos (Tabela 1) sendo a cisteiacutena o principal desses

Figura 3 Estrutura secundaacuteria (α-heacutelice) da α-queratina

Fonte httpltwwwslideplayercombrgt Acesso em 27092015

Tabela 1 Composiccedilatildeo de aminoaacutecidos no cabelo normal Fonte [15]

Ligaccedilotildees quiacutemicas cruzadas entre as cadeias polimeacutericas de α-queratina formam

pontes dissulfeto (-S-S-) que datildeo origem aos resiacuteduos de cistina (Fig4) Como estatildeo em

grande quantidade na composiccedilatildeo do cabelo formam uma rede de alta resistecircncia e datildeo o

formato ao fio A reduccedilatildeo dessas ligaccedilotildees causa mudanccedilas nas propriedades mecacircnicas do fio

Cortes histoloacutegicos evidenciaram elevada atividade de metais pesados na α-queratina [114]

Aminoaacutecido Quantidade Residual ()

Aacutecido Aspaacutertico 49

Aacutecido Glutacircmico 114

Alanina 46

Arginina 58

Cisteiacutena 178

Fenilalanina 16

Glicina 64

Histidina 09

Isoleucina 26

Leucina 58

Lisina 27

Metionina 06

Prolina 84

Serina 117

Tirosina 2

Treonina 68

Valina 58

Figura 4 Estrutura da Cisteiacutena e da Cistina Reaccedilatildeo de oxi-reduccedilatildeo formando a ponte

dissulfeto Adaptado de httpltbiocienciascpoblogspotcombr201211resumo-

proteinashtmlgt

A incorporaccedilatildeo de elementos ao cabelo pode ocorrer por dois meios exoacutegeno e

endoacutegeno A incorporaccedilatildeo endoacutegena ocorre no primeiro estaacutegio de crescimento do fio onde o

foliacuteculo capilar encontra-se em contato com as glacircndulas secretoras e vasos sanguiacuteneos

Assim os elementos quiacutemicos que circulam no organismo atraveacutes dos fluidos podem

incorporar-se ao cabelo Estima-se que o periacuteodo entre a absorccedilatildeo pelo indiviacuteduo e a

incorporaccedilatildeo de elementos no cabelo seja de 30 dias Um modelo mais simples sugere que a

incorporaccedilatildeo endoacutegena ocorra de forma passiva isto eacute por difusatildeo [1] Os metais ligam-se

aos aminoaacutecidos atraveacutes de seus grupos funcionais como sulfidrila (-SH) amina (-NH2)

hidroxila (-OH) e carboxila (-COOH) nos quais a forccedila destas ligaccedilotildees dependeraacute da

estrutura eletrocircnica externa do metal [14]

Na incorporaccedilatildeo exoacutegena os elementos quiacutemicos satildeo levados ao cabelo por fatores

externos como aacutegua poeira fumaccedila cosmeacuteticos entre outros Os elementos podem ligar-se agrave

cutiacutecula do fio capilar principalmente se as cutiacuteculas estiverem danificadas [14]

32 Elementos Essenciais e Natildeo Essenciais e a Sauacutede Humana

Os elementos traccedilos podem ser divididos em essenciais e natildeo essenciais de acordo

com a importacircncia nutricional e a influecircncia no organismo dos seres vivos Os elementos

traccedilo essenciais satildeo considerados beneacuteficos e indispensaacuteveis para os seres vivos dentro de

uma faixa especiacutefica de concentraccedilatildeo Na Tabela 2 estatildeo listados os elementos traccedilo

essenciais e suas respectivas funccedilotildees bioloacutegicas [214]

Tabela 2 Elementos traccedilo essenciais e algumas de suas funccedilotildees bioloacutegicas

Adaptado de [14 16]

B Previne a osteoporose em mulheres na fase poacutes-menopausa

CaImportante na coagulaccedilatildeo sanguinea na contraccedilatildeo muscular transmissatildeo nervosa e

formaccedilatildeo de ossos e dentes

Cl Presente no suco gaacutestrico manteacutem o equilibrio hidrico e de eletroacutelitos

Co Constituinte da vitamina B12

Cr Importante no metabolismo da glicose

Cu Cofator em enzimas redox e no transporte de O2

F Prevenccedilatildeo das patologias bucodentaacuteria e oacutessea atua tambeacutem nos tecidos celulares

Fe Cofator em muitas enzimas e proteiacutenas heme

IPresente na estrutura de dois fatores hormonais da glacircndula tireoacuteide (tiroxina e

triiodotiroxina)

KImportante na regulaccedilatildeo da atividade neuromuscular crescimento celular e equiliacutebrio

osmoacutetico

MgRegula diversas reaccedilotildees enzimaacuteticas e age sobre as trocas iocircnicas da membrana

celular

MnCofator em muitas enzimas auxilia na reduccedilatildeo de accedilucar no sangue e a regular o

funcionamento do sistema reprodutivo

Elementos Essenciais e suas Funccedilotildees Bioloacutegicas

Os elementos traccedilo natildeo essenciais satildeo aqueles que natildeo apresentam nenhuma funccedilatildeo

no metabolismo das espeacutecies animais e vegetais e quando estatildeo em alta concentraccedilatildeo podem

provocar efeitos negativos ao organismo dos seres vivos Na Tabela 3 estatildeo listados alguns

elementos traccedilo natildeo essenciais e suas toxicidades [214]

Mo Cofator em enzimas que metabolizam os aminoaacutecidos metionina e cistina

NaAtua no controle osmoacutetico volume plasmaacutetico transmissatildeo de impulsos nervosos e

controle da contraccedilatildeo muscular

Ni A essencialidade eacute provaacutevel mas ainda natildeo estaacute estabelecida

PAtua na formaccedilatildeo dos ossos e dentes participa da estrutura das membranas

celulares e do processo de absorccedilatildeo renal da glicose

SParticipa da construccedilatildeo das proteiacutenas e no metabolismo energeacutetico faz parte de

algumas vitaminas (tiamina e biotina)

SeParticipaccedilatildeo na siacutentese de hormocircnios tireoideanos na accedilatildeo antioxidante e eacute cofator

em enzimas

Si Atua na estrutura da derme promovendo sua elasticidade

Sn A essencialidade eacute provaacutevel mas ainda natildeo estaacute estabelecida

V A essencialidade eacute provaacutevel mas ainda natildeo estaacute estabelecida

ZnCofator em algumas enzimas e na insulina tambeacutem exerce influecircncia no metabolismo

dos aacutecidos nucleiacutecos

Tabela 3 Elementos traccedilo natildeo essenciais e suas toxicidades Adaptado de [14]

Os termos macrominerais e microminerais (ou elementos-traccedilo) tambeacutem satildeo muito

utilizados no meio cientiacutefico principalmente na aacuterea de nutriccedilatildeo Os macrominerais satildeo

aqueles elementos encontrados em altas concentraccedilotildees nas amostras geralmente acima de

1 ou cuja necessidade diaacuteria no organismo seja maior que 100 mg No cabelo satildeo

considerados macrominerais por exemplo Ca P S Mg Na K e Cl Jaacute os microminerais satildeo

aqueles encontrados em baixas concentraccedilotildees na amostra (ppm ou ppb) ou cuja necessidade

no organismo seja inferior a 100 mg por dia No cabelo podem ser citados os seguintes

microminerais Fe Zn Cu Mn I Cr Se F Co Ni Si e Mo [114]

33 Abastecimento de Aacutegua na Regiatildeo de Amostragem

No Estado do Rio de Janeiro a captaccedilatildeo tratamento aduccedilatildeo e distribuiccedilatildeo das redes

de aacutegua ficam a cargo da CEDAE ndash Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos No presente

momento a CEDAE abastece cerca de 9 milhotildees de pessoas em 64 dos 92 municiacutepios do

Estado sendo Duque de Caxias um desses [17]

O abastecimento de aacutegua pela CEDAE na cidade de Duque de Caxias nunca ocorreu

de forma contiacutenua e natildeo haacute garantia da manutenccedilatildeo da qualidade da aacutegua ateacute a chegada ao

Al

Causa ao organismo anemia enfraquecimento dos ossos e muacutesculos

dificuldade no metabolismo do caacutelcio alteraccedilotildees hepatoloacutegicas e

renais dores de cabeccedila e nervosismo

AsInterrompe a expressatildeo de diversos genes em especial aqueles que

participam das vias de transduccedilatildeo de sinal

CdOcasiona perda de peso hemorragia danos ao sistema respiratoacuterio

hepatoloacutegico e renal

PbGera alteraccedilotildees cardiovasculares gastrointestinais hematoloacutegicas

renais neuroloacutegicas e imunoloacutegicas

Elementos Natildeo Essenciais e suas Toxicidades

consumidor Segundo dados do CENSO-2010 dos 269353 domiciacutelios estabelecidos no

municiacutepio de Duque de Caxias apenas 63 alegaram receber aacutegua de redes de distribuiccedilatildeo

[18] Diante do cenaacuterio atual em que o Sudeste vive a maior crise hiacutedrica dos uacuteltimos cem

anos devido agrave escassez de chuvas os reservatoacuterios que abastecem o estado do Rio de Janeiro

encontram-se em niacuteveis muito baixos e alguns deles chegaram ao volume morto (reserva

teacutecnica) Com isso o abastecimento de aacutegua para a populaccedilatildeo estaacute a cada dia mais escasso

Na Figura 5 apresenta-se uma foto da situaccedilatildeo do maior reservatoacuterio da Bacia do Rio Paraiacuteba

do Sul (em fevereiro deste ano) Este reservatoacuterio alimenta a Estaccedilatildeo de Tratamento de Aacutegua

do Guandu que por sua vez eacute responsaacutevel pelo abastecimento de toda a Regiatildeo Metropolitana

do Rio de Janeiro [19]

Figura 5 Reservatoacuterio Paraibuna localizado na Bacia do Rio Paraiacuteba do Sul apoacutes estiagem dos uacuteltimos anos

Na foto o reservatoacuterio estaacute com -056 da capacidade (volume morto) 03022015 Fonte http

ltogloboglobocomrionivel-de-reservatorios-do-rio-paraiba-do-sul-apresentam-leve-melhora-apos-chuvas-

fortes-15229418gt Acesso em 30072015

Devido aos fatores mencionados aliados agrave facilidade de manutenccedilatildeo e ao baixo custo

de perfuraccedilatildeo a utilizaccedilatildeo de aacutegua de poccedilo subterracircneo (Figura 6) eacute cada vez mais requisitada

para suprir as carecircncias de abastecimento No Brasil o aquiacutefero subterracircneo abastece cerca de

19 do total dos domiciacutelios particulares enquanto que no municiacutepio de Duque de Caxias este

percentual atinge os 35 segundo o CENSO-2010 [18]

Figura 6 Poccedilo subterracircneo em Duque de Caxias

34 Fluorescecircncia de Raios X - Teoria

A Espectroscopia de Fluorescecircncia de Raios X eacute uma teacutecnica natildeo destrutiva que

permite a identificaccedilatildeo simultacircnea (qualitativa e quantitativa) de elementos presentes em uma

amostra A teacutecnica baseia-se no fato dos elementos quiacutemicos emitirem radiaccedilotildees

caracteriacutesticas quando submetidos a uma excitaccedilatildeo adequada [20-23]

As amostras satildeo irradiadas com foacutetons (feixe de raios x) gerados por uma fonte Esse

feixe de raios x primaacuterio possui energia suficiente para ejetar eleacutetrons de camadas internas do

aacutetomo (camadas com maior energia de ligaccedilatildeo) transferindo energia para este eleacutetron que eacute

ejetado como fotoeleacutetron O aacutetomo fica instaacutevel (excitado) com uma vacacircncia na camada

interna Com o intuito de diminuir a energia do sistema eleacutetrons de outras camadas

preenchem essa lacuna A diferenccedila de energia entre os niacuteveis da transiccedilatildeo eletrocircnica eacute

liberada atraveacutes da emissatildeo de um foacuteton de raios x (fluorescecircncia ou raio x secundaacuterio) que

tem energia caracteriacutestica para cada elemento como ilustrado na Figura 7 A energia do raio x

caracteriacutestico eacute fornecida pela Equaccedilatildeo 1 [20-23]

Ex = Eni - Enf (Eq1)

Onde

Ex = energia do raio x caracteriacutestico emitido

Eni Enf = energia dos estados eletrocircnicos inicial e final respectivamente

Figura 7 Esquema do princiacutepio da Fluorescecircncia de Raios X

Fonteltwwwshimadzucombrgt Acesso em 30072015

A radiaccedilatildeo caracteriacutestica eacute nomeada de acordo com o niacutevel de onde se apresenta a

vacacircncia (K L M) e de qual niacutevel (α β) e subniacutevel (1 2) proveacutem o eleacutetron que iraacute

ocupar essa lacuna Por exemplo a vacacircncia originada na camada K pode ser preenchida por

eleacutetrons de dois subniacuteveis da camada L o que origina as linhas espectrais Kα1 e Kα2 Se a

vacacircncia da camada K fosse ocupada por um eleacutetron da M teria-se o Kβ e assim por diante

[23]

Com isso os elementos em uma amostra podem ser identificados atraveacutes da medida

do comprimento de onda (ou energia) dessas radiaccedilotildees caracteriacutesticas e as concentraccedilotildees

mensuradas pela intensidade dessas radiaccedilotildees [2123]

Quando um feixe de raios x incide sobre um determinado material diversas formas

de interaccedilatildeo entre a radiaccedilatildeo e a mateacuteria podem ocorrer tais como o Efeito Auger e os

espalhamentos Rayleigh e Compton [20-23]

O processo de relaxaccedilatildeo natildeo-radiativa ou Efeito Auger ocorre quando o aacutetomo

excitado emite um eleacutetron (eleacutetron Auger) ao inveacutes do processo de fluorescecircncia (Figura 8)

Esses dois processos de relaxaccedilatildeo do sistema satildeo concorrentes e a predominacircncia de um ou de

outro depende do numero atocircmico O Efeito Auger prevalece em elementos com baixo

nuacutemero atocircmico (Zlt20) [21]

Figura 8 Efeito Auger [20]

O fenocircmeno de espalhamento de raios x eacute importante em espectroscopia pois eacute

responsaacutevel pela intensidade da radiaccedilatildeo de fundo (background) presente em uma

determinada medida Ele eacute a soma dos efeitos de dois fenocircmenos o espalhamento coerente

elaacutestico ou Rayleigh no qual os raios x primaacuterios satildeo defletidos sem perda de energia isto eacute

sem alteraccedilatildeo no comprimento de onda (λ) e o espalhamento incoerente inelaacutestico ou

Compton no qual foacutetons de raios x primaacuterio satildeo defletidos com perda de energia e com

ejeccedilatildeo de um fotoeleacutetron (Figura 9) [21]

Figura 9 Espalhamento Compton e Rayleigh [21]

35 Fluorescecircncia de Raios X - Instrumentaccedilatildeo

Na Figura 10 pode ser observado um esquema com os principais componentes do

espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X por Dispersatildeo de Comprimento de Onda

(WDXRF - Wavelength Dispersive X-ray Fluorescence) utilizado neste trabalho Suas

funccedilotildees seratildeo descritas em seguida [23]

Figura 10 Instrumentaccedilatildeo do Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X por Dispersatildeo de

Comprimento de Onda - S8 TIGER - BRUKER [23]

Tubo de Raios X

A radiaccedilatildeo incidente eacute produzida em um tubo de raios x consistindo em uma ampola

de vidro ou de metal sob alto vaacutecuo com um filamento de tungstecircnio em uma extremidade

denominado caacutetodo e um alvo de metal na outra extremidade denominado acircnodo

O filamento eacute aquecido por uma corrente eleacutetrica e emite eleacutetrons (emissatildeo

termiocircnica) Os eleacutetrons satildeo acelerados rumo a um acircnodo (alvo) empregando-se uma

diferenccedila de potencial (10-70 kV) Raios x primaacuterios satildeo produzidos quando esses eleacutetrons

com alta velocidade colidem com o material alvo Com o impacto a maior parte da energia

cineacutetica dos eleacutetrons eacute convertida em calor exigindo que o acircnodo seja resfriado de forma

eficiente Apenas uma pequena parte (02-05 dependendo do tipo do alvo) da energia

eletrocircnica eacute convertida em raios x uacuteteis

Essa radiaccedilatildeo consiste em um Contiacutenuo ou Bremsstrahlung e linhas de raios x

caracteriacutesticas do material alvo (aleacutem de linhas caracteriacutesticas de quaisquer contaminantes

presentes) Assim o espectro primaacuterio de um tubo de raios x convencional consiste em linhas

caracteriacutesticas do material do acircnodo (por exemplo Rh) superpostas a um contiacutenuo de

radiaccedilatildeo

Os tubos de raios x satildeo geralmente isolados atraveacutes de uma janela de beriacutelio pois

esse elemento apresenta baixa absorccedilatildeo de raios x e alta resistecircncia mecacircnica para suportar as

diferenccedilas de pressatildeo

Filtros do Feixe Primaacuterio

O espectro primaacuterio pode natildeo conter apenas as linhas do elemento-alvo mas tambeacutem

as linhas de impurezas como Fe Cr ou Cu presentes em vaacuterias partes do tubo Desta forma o

niacutevel de fundo (background) na posiccedilatildeo desses elementos no espectro pode ser elevado

Filtros de feixe primaacuterio satildeo utilizados para filtrar as linhas caracteriacutesticas do tubo se

o mesmo elemento estiver presente na amostra ou se houver sobreposiccedilatildeo por uma linha do

tubo em linhas de elementos da amostra No equipamento em que foram feitas as anaacutelises satildeo

utilizados (automaticamente) os filtros de Cu de 200 microm de espessura e o de Al de 500 microm de

espessura

Maacutescara

Delimita a aacuterea da amostra que seraacute irradiada

Selo de vaacutecuo (Vacuum seal )

Protege o sistema de detecccedilatildeo dos foacutetons de raios x de qualquer vazamento de

amostra

Goniocircmetro

Em equipamentos de dispersatildeo sequencial empregam-se uma ldquogeometria do feixe

paralelordquo ou uma ldquogeometria de cristal planardquo permitindo que os acircngulos do cristal e do

detector sejam selecionados por um aparelho chamado goniocircmetro

O goniocircmetro eacute uma estrutura de rotaccedilatildeo que permite que o cristal e o detector

possuam um movimento angular acoplado θ a 2θ entre eles

Colimador

Colima o feixe divergente de raios x emitido pela amostra Satildeo normalmente feitos

de uma seacuterie de lacircminas paralelas O comprimento e o espaccedilamento entre as lacircminas

determinam a divergecircncia angular admitida pelo colimador Essa divergecircncia angular

juntamente com o cristal determina a resoluccedilatildeo final do espectro

Pode-se melhorar a resoluccedilatildeo fechando o colimador para minimizar a divergecircncia

Poreacutem com isso a intensidade tambeacutem diminui Assim torna-se necessaacuterio um equiliacutebrio

entre a resoluccedilatildeo final (necessaacuteria para evitar sobreposiccedilotildees espectrais importantes) e a

sensibilidade (relacionada com a intensidade)

Cristal

Separa os vaacuterios comprimentos de onda emitidos pela amostra A lei de Bragg

(equaccedilatildeo 2) propotildee que se um plano cristalino tiver um espaccedilamento interplanar (d) refletindo

um comprimento de raios x (λ) essa onda difere em caminho percorrido por uma distacircncia

(2dsenθ) da onda refletida pelo plano adjacente Quando esse caminho percorrido difere por

um nuacutemero inteiro de comprimento de onda tem-se uma interferecircncia construtiva e os raios x

refletidos satildeo reforccedilados Caso contraacuterio tem-se uma interferecircncia destrutiva e os raios x

refletidos se anulam A equaccedilatildeo de Bragg (2)

119899120582 = 2119889119904119890119899120579 (Eq 2)

Onde

n = nuacutemero inteiro (1 2 3) chamado Ordem de Difraccedilatildeo

d = espaccedilamento interplanos no cristal utilizado

θ = acircngulo de Bragg ou acircngulo de difraccedilatildeo

λ = comprimento de onda da linha espectral

Dessa forma para um dado plano cristalino e uma dada ordem de difraccedilatildeo cada

comprimento de onda no espectro de XRF incidente eacute difratado em um uacutenico acircngulo O

comprimento de onda maacuteximo que o proacuteprio plano cristalino pode difratar eacute 2d (quando senθ

assume o valor maacuteximo de 1) Portanto eacute necessaacuterio um cristal ou um plano cristalino com

diferentes valores de 2d para cobrir diferentes intervalos de comprimento de onda em toda a

tabela perioacutedica No espectrocircmetro utilizado neste trabalho foram usados os seguintes cristais

XS-55 (multicamada de WSi) do C ateacute o Mg PET (Pentaeritriato) do Al ateacute o Ti e LiF 200

do K ateacute o U

Detector

Converte os foacutetons de raios x em pulsos de tensatildeo mensuraacuteveis Satildeo utilizados dois

detectores para cobrir todos os elementos do Be ao U Detector de fluxo proporcional

(preenchido com Ar) para elementos do Be ao Cr e o detector de cintilaccedilatildeo de NaI(Tl) para

elementos do Mn ao U

Detectores de fluxo proporcional

Satildeo detectores de radiaccedilatildeo que operam a partir da ionizaccedilatildeo de gases Satildeo

constituiacutedos por um conjunto de eletrodos e um gaacutes Quando o gaacutes eacute colocado entre dois

eletrodos aos quais eacute aplicada certa diferenccedila de potencial os caacutetions e eleacutetrons produzidos

pela passagem de radiaccedilatildeo seratildeo atraiacutedos pelos eletrodos de carga oposta e por eles seratildeo

coletados Na regiatildeo de verdadeira proporcionalidade (Equaccedilatildeo 3) a razatildeo entre a carga

coletada pelos eletrodos e a carga gerada pela ionizaccedilatildeo primaacuteria manteacutem-se constante para as

diferenccedilas de potencial (∆V) aplicadas e com um capacitor de capacitacircncia (C)

Quando a radiaccedilatildeo atravessa esse tipo de detector e produz pares iocircnicos (formados

por eleacutetrons e caacutetions do gaacutes) esses caacutetions (ionizaccedilatildeo primaacuteria) satildeo acelerados adquirindo

energia suficiente para produzir novos pares iocircnicos (ionizaccedilatildeo secundaacuteria) por colisatildeo com

moleacuteculas inicialmente neutras do gaacutes Assim haacute uma multiplicaccedilatildeo do nuacutemero de pares

original A carga coletada eacute igual agrave carga produzida pela radiaccedilatildeo (Q) multiplicada por um

fator (M) denominado ldquoganhordquo

∆119881 = (119872119876)

119862 (Eq 3)

Portanto o sinal produzido tem altura proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo incidente

Detectores de cintilaccedilatildeo

O cintilador eacute uma substacircncia soacutelida ou liacutequida na qual a energia de radiaccedilatildeo

incidente eacute transferida aos eleacutetrons do material sendo depois emitida na forma de radiaccedilatildeo

eletromagneacutetica de frequecircncia menor (visiacutevel ou ultravioleta)

O detector de cintilaccedilatildeo utilizado eacute constituiacutedo por um cristal de NaI(Tl) (iodeto de

soacutedio ativado com 1 de iodeto de taacutelio) no qual ocorre a emissatildeo de radiaccedilatildeo de frequecircncia

menor aleacutem de um fotomultiplicador onde essa radiaccedilatildeo luminosa eacute transformada em pulso

eleacutetrico e amplificada

O mecanismo de cintilaccedilatildeo nos cristais inorgacircnicos baseia-se na propriedade dos

semicondutores terem banda de valecircncia e banda de conduccedilatildeo Na banda de valecircncia os

eleacutetrons estatildeo essencialmente ligados aos siacutetios do cristal Jaacute na banda de conduccedilatildeo os

eleacutetrons tecircm energia suficiente para migrar atraveacutes do cristal No cristal puro natildeo satildeo

encontrados eleacutetrons na banda proibida

Ao incidir uma radiaccedilatildeo no cristal pode ocorrer excitaccedilatildeo de eleacutetrons ateacute a banda de

conduccedilatildeo deixando lacunas na banda de valecircncia (normalmente preenchida)

No cristal puro a energia necessaacuteria para formar um par eleacutetronlacuna eacute

aproximadamente a mesma liberada quando esse par se recombina Assim os espectros de

absorccedilatildeo e emissatildeo superpotildeem-se ocorrendo autoabsorccedilatildeo da radiaccedilatildeo luminosa produzida

Se o cristal for ativado a emissatildeo pode ocorrer via um siacutetio do ativador para o qual a energia

de transiccedilatildeo eacute menor do que a necessaacuteria para a criaccedilatildeo do par eleacutetronlacuna Desse modo o

espectro emitido eacute deslocado para comprimentos de onda maiores e natildeo causa nova absorccedilatildeo

No tubo fotomultiplicador converte-se a radiaccedilatildeo de baixa intensidade produzida no

cintilador em um sinal eleacutetrico uacutetil agrave detecccedilatildeo e contagem de radiaccedilatildeo

Analisador de altura de pulso (PHA)

A energia do foacuteton incidente de raios x determina o tamanho do pulso de tensatildeo

produzido pelo detector O analisador de altura de pulso faz uso dessa propriedade a fim de

selecionar apenas um intervalo estreito de pulsos de voltagem rejeitando todos os pulsos com

intensidades fora do intervalo escolhido

Ao final utiliza-se o meacutetodo de integraccedilatildeo dos recebidos em um integrador

eletrocircnico Se N representa o nuacutemero de contagens em um tempo de integraccedilatildeo t segundos

entatildeo a taxa de contagem eacute Nt contagens por segundo (cps)

36 Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford - Teoria

A teacutecnica de RBS consiste em incidir partiacuteculas monoenergeacuteticas de um feixe de iacuteons

(geralmente iacuteons He+) de alta energia em um alvo estacionaacuterio Ao colidirem com os aacutetomos

do alvo as partiacuteculas satildeo elasticamente espalhadas no campo eleacutetrico do nuacutecleo do aacutetomo e

chegam a um detector por um acircngulo de retroespalhamento Na Figura 11 apresenta-se um

esquema de espalhamento elaacutestico [25-27]

Figura 11 Espalhamento elaacutestico em acircngulo de retroespalhamento de um iacuteon de massa M1

por um aacutetomo de massa M2 com M2gtM1 [25]

O detector ao receber as partiacuteculas espalhadas produz um pulso ou sinal que eacute entatildeo

processado por um analisador multicanal e classificado conforme a amplitude que

corresponde a uma escala em energia Como resultado as informaccedilotildees sobre a composiccedilatildeo

elementar do aacutetomo alvo satildeo obtidas a partir de um espectro de contagens em funccedilatildeo da

energia das partiacuteculas retroespalhadas detectadas [25]

O fator cinemaacutetico (K) eacute responsaacutevel pela anaacutelise elementar qualitativa Essa

grandeza depende da razatildeo entre as energias das partiacuteculas incidentes antes (E0) e depois (E)

do espalhamento (Equaccedilatildeo 4)

119870 = 119864

1198640 (Eq 4)

Considerando as conservaccedilotildees de energia e do momentum na colisatildeo elaacutestica obteacutem-

se a relaccedilatildeo entre o fator cinemaacutetico (K) a massa atocircmica da partiacutecula incidente (M1) a massa

atocircmica do aacutetomo alvo (M2) e o acircngulo de espalhamento (θ) (Eq 5)

119870 = [1198721 119888119900119904120579+ (1198722

2minus 11987212 1199041198901198992120579)

12

1198721+ 1198722]

2

(Eq 5)

Os valores de M1 θ e E0 satildeo preacute-fixados conhecendo E determina-se K e por

conseguinte determina-se M2

A Figura 12 apresenta um esquema do espectro de RBS de um filme fino de

composiccedilatildeo geneacuterica AB onde a massa de A eacute maior do que a massa de B depositado em um

substrato C ainda mais leve

Figura 12 Esquema de um espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford de

um filme fino AB sobre um substrato C ainda mais leve [27]

A resoluccedilatildeo em massa da teacutecnica eacute a diferenccedila miacutenima de massa entre dois aacutetomos-

alvo para que sinais resolvidos possam ser observados no espectro A discriminaccedilatildeo em massa

eacute maacutexima para θ = 180deg razatildeo pela qual satildeo utilizados acircngulos elevados experimentalmente

Pode-se melhorar a resoluccedilatildeo em massa na RBS aumentando a energia e a massa dos aacutetomos

incidentes e melhorando a resoluccedilatildeo do sistema de detecccedilatildeo com o cuidado para natildeo degradar

os detectores [25]

Outra grandeza importante em RBS eacute a seccedilatildeo de choque de espalhamento (σ) que eacute

uma medida da probabilidade de ocorrer o espalhamento e que atribui o caraacuteter quantitativo agrave

teacutecnica [25] Considerando um nuacutemero de partiacuteculas espalhadas (H) sobre um detector tem-se

a Equaccedilatildeo 6

119867 = 119876119873119905 ⟨119889120590

119889120570⟩Ω (Eq 6)

Onde

Q = nuacutemero de partiacuteculas que atinge a amostra

N = densidade volumeacutetrica dos aacutetomos alvo

t = espessura do alvo

⟨119889120590

119889120570⟩ = seccedilatildeo de choque meacutedia de espalhamento

Ω = acircngulo soacutelido do detector em relaccedilatildeo ao feixe

Para acircngulos pequenos tem-se ⟨119889120590

119889120570⟩ = (

119889120590

119889120570)120579

= σ (Eq 7)

Logo 119867 = 119876119873119905120590120570 (Eq 8)

Na Equaccedilatildeo 8 conhecendo o nuacutemero de partiacuteculas que atinge o alvo Q e o detector

H pode-se determinar o numero de aacutetomos por unidade de aacuterea da amostra (Nt) desde que se

conheccedila o acircngulo soacutelido de detecccedilatildeo Ω e a seccedilatildeo de choque de espalhamento (σ) Para uma

colisatildeo elaacutestica entre dois aacutetomos com nuacutemeros atocircmicos Z1 e Z2 (do aacutetomo incidente e do

aacutetomo alvo respectivamente) em que a forccedila de interaccedilatildeo eacute a repulsatildeo eletrostaacutetica dos

nuacutecleos a seccedilatildeo de choque de espalhamento diferencial (por unidade de acircngulo soacutelido) eacute dada

pela Foacutermula de Rutherford (Equaccedilatildeo 9)

119889120590

119889120570= (

119885111988521198902

4119864)2

4

1199041198901198994120579

[1minus ((

11987211198722) 119904119890119899120579)

2

]

12

+cos120579

[1minus ((11987211198722)119904119890119899 120579)

2

]

12

2

(Eq 9)

Em siacutentese a razatildeo entre as concentraccedilotildees relativas dos elementos A e B na

superfiacutecie de uma amostra 119873119860119860119861(119909)

119873119861119860119861(119909)

pode ser calculada com o auxiacutelio de um programa

computacional ou atraveacutes da medida de altura dos degraus obtidos no espectro sendo

calculadas com as Equaccedilotildees 10 e 11

(119889120590

119889120570)119861

(119889120590

119889120570)119860

= Ji (Eq 10)

119873119860119860119861(119909)

119873119861119860119861(119909)

= 119867119860119860119861

119867119861119860119861 119869119894 (Eq 11)

37 Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford - Instrumentaccedilatildeo

Na Figura 13 pode ser observado um esquema com os principais componentes da

instrumentaccedilatildeo utilizada em anaacutelises por RBS que seratildeo descritos em seguida de acordo com

o equipamento utilizado para a realizaccedilatildeo deste trabalho e com informaccedilotildees obtidas na

referecircncia [25]

Figura 13 Esquema dos componentes presentes na instrumentaccedilatildeo utilizada em anaacutelises por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford Fonte Adaptado de [25]

O Laboratoacuterio de Implantaccedilatildeo Iocircnica da Universidade Federal do Rio Grande do Sul

possui um acelerador Tandetron equipado com fontes de iacuteons dos tipos sputtering e de

plasma com tecnologia ldquotandemrdquo com 3MV de tensatildeo maacutexima no terminal e cinco estaccedilotildees

experimentais de linhas distintas incluindo a de RBS

Fonte de iacuteons

Fonte de Plasma um gaacutes ou um vapor eacute ionizado por meio de campos

eletromagneacuteticos na faixa de radiofrequecircncia ou ao ser atravessado por corrente eleacutetrica

Fonte de ldquoSputteringrdquo os iacuteons satildeo produzidos por transferecircncia de momentum

quando da colisatildeo de um feixe primaacuterio (geralmente Cs+) com um alvo soacutelido

Aceleradores ldquotandemrdquo

Neste tipo de acelerador iacuteons positivos deixam a fonte passam por uma troca de

carga (com vapor de Liacutetio ou outro elemento eletropositivo) e satildeo conduzidos com carga

negativa ao tubo acelerador onde satildeo atraiacutedos por um terminal positivo No caso dos iacuteons

produzidos serem originalmente negativos a troca de carga eacute suprimida Junto ao terminal

positivo passam por uma seccedilatildeo contendo um gaacutes ou vapor (N2 no presente caso) ou por uma

folha muito fina de carbono para que os iacuteons emergentes tenham perdido os eleacutetrons Com

carga positiva satildeo novamente acelerados agora por repulsatildeo do terminal Diferenccedilas de

potencial da ordem de vaacuterios milhotildees de volts satildeo obtidas utilizando circuitos multiplicadores

de voltagem que multiplicam e retificam a tensatildeo produzida por um transformador Seguindo

o tubo acelerador geralmente encontra-se um segundo eletroiacutematilde que permite direcionar o

feixe de iacuteons para uma das estaccedilotildees experimentais de acordo com as espeacutecies a serem

detectadas (no presente caso partiacuteculas retroespalhadas)

Detectores de estado soacutelido com junccedilotildees p-n obtidas por implantaccedilatildeo iocircnica

A junccedilatildeo p-n sob polarizaccedilatildeo reversa permite a coleta de cargas geradas na

produccedilatildeo de pares eleacutetron-lacuna Esse fenocircmeno ocorre quando um iacuteon atravessa um

semicondutor excitando eleacutetrons da banda de valecircncia para a banda de conduccedilatildeo que entatildeo

satildeo coletados no acircnodo Dessa forma o nuacutemero de eleacutetrons coletados no acircnodo eacute proporcional

ao nuacutemero de pares de eleacutetron-lacuna produzidos o qual eacute proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo

incidente desde que o iacuteon seja totalmente freado dentro do volume ativo do detector

Analisador multicanal (MCA) no modo de anaacutelise de intensidade de pulso

O MCA consta de uma sequecircncia de registradores onde cada pulso de entrada uma

vez digitalizado por um conversor analoacutegico-digital (ADC) eacute analisado com relaccedilatildeo a sua

amplitude (modo PHA) sob o controle de um discriminador Na sequecircncia o canal de

memoacuteria correspondente tem seu conteuacutedo incrementado em uma unidade Com isso

acumulam-se em um canal especiacutefico todos os pulsos de entrada de um pequeno intervalo de

amplitudes ou energias dos iacuteons incidentes Ao final com a soma dos pulsos recebidos em

cada canal obteacutem-se um histograma do nuacutemero de pulsos em funccedilatildeo de suas amplitudes ou

energias dos iacuteons incidentes

40 METODOLOGIA

41 Amostragem

Amostras de cabelo de 16 pessoas foram coletadas Os doadores foram entrevistados

seguindo o questionaacuterio disponiacutevel no ANEXO I e selecionados de acordo com os seguintes

criteacuterios possuiacuterem cabelos virgens (cabelos sem nenhum tipo de tratamento quiacutemico como

coloraccedilotildees tinturas alisantes entre outros) estarem saudaacuteveis serem natildeo fumantes e viverem

na Regiatildeo Metropolitana do Rio de Janeiro As amostras foram divididas em dois grupos de

oito o primeiro de pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo subterracircneo e o segundo com pessoas

que ingerem a aacutegua tratada e distribuiacuteda pela CEDAE

Foram analisadas amostras de cabelo de duas pessoas que consumiam a aacutegua do

mesmo poccedilo isto eacute duas amostras de cada residecircncia totalizando 4 poccedilos diferentes (a b c

d) na localidade Chaacutecaras Arcampo em Duque de Caxias ndash RJ (Figura 14)

Figura 14 Mapa com os pontos de coleta de amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua

de poccedilo em destaque a localizaccedilatildeo das residecircncias com os poccedilos

Fonte Google Earth Acesso em 30072015

As amostras foram coletadas na regiatildeo occipital da cabeccedila (nuca) como visto na

Figura 15 com o auxiacutelio de uma tesoura de accedilo inoxidaacutevel devidamente limpa com etanol

Essa regiatildeo eacute definida como padratildeo por ser menos suscetiacutevel a contaminaccedilatildeo exoacutegena e

tambeacutem por sempre existir cabelo em indiviacuteduos semicalvos [14] Em seguida as amostras

foram catalogadas e armazenadas em sacos plaacutesticos [5] Informaccedilotildees adicionais sobre o sexo

e a idade dos doadores e o tipo e cor das amostras de cabelo coletadas disponiacuteveis no ANEXO

II

Figura 15 Coleta de amostra de cabelo na regiatildeo occipital da cabeccedila

42 Lavagem das Amostras de Cabelo

Todas as amostras foram submetidas a uma sequecircncia de etapas de lavagem de 10

minutos cada utilizando acetona e aacutegua deionizada (Figura 16) Em seguida foram colocadas

para secar agrave temperatura ambiente de acordo com o procedimento recomendado pela Agecircncia

Internacional de Energia Atocircmica (IAEA) [5]

Figura 16 Lavagem das amostras de cabelo

As amostras analisadas por XRF foram colocadas diretamente no suporte do

equipamento Os fios foram colocados de maneira a se obter a superfiacutecie do porta-amostra

totalmente coberta pelo cabelo a qual em seguida foi coberta por um filme (Ultralenereg 4

microm de espessura) (Figura 17) Para a anaacutelise com o RBS o cabelo foi aderido ao suporte do

porta-amostra com o auxiacutelio de uma fita dupla face de carbono puro (Figura 18)

Figura 17 Amostra de cabelo em porta-amostra do equipamento de Fluorescecircncia de

Raios X

Figura 18 Amostra de cabelo no porta-amostra do equipamento de Espectrometria de

Retroespalhamento Rutherford

43 Paracircmetros Instrumentais

Anaacutelises semiquantitativas de XRF dos elementos presentes no cabelo foram

realizadas no Laboratoacuterio de Impacto de Foacutetons e Eleacutetrons (LIFE) na Universidade Federal do

Rio de Janeiro (UFRJ) Utilizou-se o Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios-X S8 TIGER

ndash BRUKER (Figura 19) na faixa de energia de 05 a 56 keV acircnodo de Rh trabalhando com 1

kW de potecircncia com uma janela de Be de 76 microm atraveacutes do software Quant-Express no

meacutetodo Best Detection O tempo de aquisiccedilatildeo para cada amostra foi de aproximadamente 20

minutos

Os dados por RBS foram realizados no Laboratoacuterio de Implantaccedilatildeo Iocircnica na

Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) Utilizou-se um acelerador de iacuteons

Tandetron - HVEE 3 MV (Figura 20) usando 2000 keV de iacuteons He+ incidentes e detecccedilatildeo de

partiacuteculas retroespalhadas a 165deg

Figura 19 Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X - S8 TIGER - BRUKER

Figura 20 Acelerador de iacuteons Tandetron - HVEE 3 MV onde foi feita a anaacutelise por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford

50 RESULTADOS E DISCUSSOtildeES

51 Anaacutelise por XRF

O espectro completo de XRF da amostra 2 referente ao cabelo de uma pessoa que

ingere aacutegua de poccedilo eacute mostrado na Figura 21 conforme obtido diretamente do equipamento

Eacute possiacutevel identificar as linhas de excitaccedilatildeo do Rh e as linhas de espalhamento Compton e

Rayleigh Os espectros ampliados somente na regiatildeo de interesse com as linhas de

fluorescecircncia Kα e Kβ atribuiacutedas agrave maioria dos elementos (exceto para o chumbo em que se

detectam as linhas Lα e Lβ) e sem as linhas de Rh de todas as amostras analisadas encontram-

se nos ANEXOS III e IV Os elementos analisados e a energia de suas linhas de emissatildeo de

fluorescecircncia Kα e Kβ satildeo apresentados na Tabela 4

Figura 21 Espectro de Fluorescecircncia de Raios X completo da amostra 2

Tabela 4 Energia em keV das principais linhas de emissatildeo de raios x dos elementos

analisados Adaptado de [26]

Os elementos observados e as concentraccedilotildees semiquantitativas das amostras de

cabelo das pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo e das amostras de cabelo das pessoas que

ingerem aacutegua distribuiacuteda pela CEDAE satildeo apresentados respectivamente nas Tabelas 5 e 6

Kα Kβ

Al 1487 1557

Si 1740 1836

P 2014 2139

S 2308 2464

Cl 2622 2816

Ca 3692 4013

Mn 5899 6490

Fe 6404 7058

Cu 8048 8905

Zn 8639 9572

Pb (Linhas Lα e Lβ) 10552 12614

Elementos

Analisados

Energia (keV) das Linhas de

Emissatildeo de Raios X

Tabela 5 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (1 a 8) que

ingerem aacutegua de poccedilo As concentraccedilotildees dos elementos foram normalizadas de modo que a

soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da matriz orgacircnica em conjunto

seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo ldquoa b c drdquo correlacionam a amostra

de cabelo com o poccedilo do qual o indiviacuteduo ingere aacutegua

1 2 3 4 5 6 7 8

Al 002 003 003 34 ppm natildeo det 006 natildeo det 001

Si 001 54 ppm 006 46 ppm 005 002 002 54 ppm

P 003 003 54 ppm 002 001 46 ppm natildeo det 004

S 117 071 115 118 166 135 151 098

Cl 003 65 ppm 002 002 natildeo det 003 natildeo det 61 ppm

Ca 003 003 80 ppm 002 004 002 008 008

Mn 73 ppm 78 ppm 58 ppm 10 ppm natildeo det 91 ppm natildeo det 54 ppm

Fe 001 001 92 ppm 29 ppm 38 ppm 001 27 ppm 83 ppm

Cu 44 ppm 41 ppm 46 ppm 31 ppm natildeo det 44 ppm 37 ppm 36 ppm

Zn 77 ppm 002 91 ppm 82 ppm 41 ppm 92 ppm 40 ppm 98 ppm

Pb 10 ppm 9 ppm 12 ppm 10 ppm natildeo det 10 ppm natildeo det 9 ppm

a b c d

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Elementos

Tabela 6 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (9 a 16)

que ingerem aacutegua tratada e distribuiacuteda pela CEDAE As concentraccedilotildees dos elementos foram

normalizadas de modo que a soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da

matriz orgacircnica em conjunto seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo

9 10 11 12 13 14 15 16

Al 001 36 ppm natildeo det 002 61 ppm 90 ppm 002 natildeo det

Si natildeo det 35 ppm natildeo det 40 ppm 79 ppm 60 ppm natildeo det natildeo det

P 003 34 ppm 003 002 natildeo det 46 ppm natildeo det 41 ppm

S 111 106 116 152 136 145 155 128

Cl 52 ppm 001 002 003 004 005 014 009

Ca 006 004 002 002 001 001 001 001

Mn 51 ppm 9 ppm 32 ppm natildeo det 24 ppm 57 ppm natildeo det 30 ppm

Fe 82 ppm 30 ppm 57 ppm 56 ppm 59 ppm 90 ppm 52 ppm 54 ppm

Cu 31 ppm 51 ppm 28 ppm 27 ppm 31 ppm 44 ppm 14 ppm 29 ppm

Zn 001 001 92 ppm 86 ppm 001 001 42 ppm 001

Pb natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det

Elementos

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

Na anaacutelise semiquantitativa por XRF pode-se verificar a presenccedila de elevadas

concentraccedilotildees de enxofre o que jaacute era esperado visto que este elemento faz parte da estrutura

da cisteiacutena o aminoaacutecido em maior quantidade na composiccedilatildeo do cabelo

Os elementos Ca Zn e Fe foram detectados em todas as amostras dos dois grupos O

Ca aparece na maior parte das amostras em concentraccedilotildees da ordem de enquanto que o Zn

e o Fe da ordem de ppm Os elementos Al P Mn Cl Si e Cu aparecem na maioria das

amostras em ambos os grupos No entanto o Pb foi observado em concentraccedilotildees da ordem de

ppm somente em amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo

Para as amostras 5 7 e 15 utilizou-se um porta amostra com maacutescara de 8 mm de

diacircmetro ao inveacutes da maacutescara de 34 mm utilizada para as outras amostras devido a pouca

quantidade de cabelo coletado Agrave vantagem de poder utilizar menos amostra com a maacutescara

de 8 mm contrapotildee-se um aumento do ruiacutedo de fundo e a consequente perda da sensibilidade

na anaacutelise Tal fato pode provavelmente justificar a quantidade menor de elementos

observados nessas amostras em comparaccedilatildeo com as demais incluindo a ausecircncia do elemento

chumbo nas amostras 5 e 7 jaacute que o mesmo aparece nas amostras 6 e 8 das pessoas que

bebem a mesma aacutegua dos poccedilos c e d respectivamente

52 Anaacutelise por RBS

Apresenta-se na Figura 22 o espectro de RBS da amostra 2 adquirido durante 8

horas de anaacutelise e apoacutes tratamento dos dados atraveacutes do programa computacional OriginPro 8

Duas ampliaccedilotildees (I e II) nas regiotildees de mais alta energia satildeo apresentadas nas Figuras 23 e

24 Observou-se a presenccedila dos elementos C N O Si S Cl Ti Cu Zn e Pb

As energias dos iacuteons He+ retroespalhados a partir da interaccedilatildeo com os nuacutecleos de Pb

e Hg satildeo muito proacuteximas tornando difiacutecil a resoluccedilatildeo dos sinais No entanto o Hg natildeo foi

observado em nenhuma das amostras por XRF enquanto o Pb pode ser detectado claramente

Conclui-se portanto que o degrau no espectro eacute correspondente ao Pb

Utilizando-se o caacutelculo da seccedilatildeo de choque de espalhamento Rutherford foi possiacutevel

obter uma anaacutelise quantitativa relativa da amostra 2 Para isso foi escolhido o enxofre como

elemento padratildeo devido ao fato do S estar presente em todas as amostras de cabelo e ser

facilmente detectaacutevel por ambas as teacutecnicas Para cada aacutetomo de S na amostra de cabelo as

seguintes proporccedilotildees atocircmicas foram obtidas 115 x 102 C 274 x 10

1 N 157 x 10

1 O 479 x

10-1

Si 641 x 10-1

Cl 454 x 10-2

Ti 162 x 10-2

Cu 265 x 10-2

Zn e 504 x 10-4

Pb

Figura 22 Espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da amostra 2

(grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 23 Ampliaccedilatildeo I do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 24 Ampliaccedilatildeo II do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

60 CONCLUSOtildeES

As teacutecnicas de XRF e RBS mostraram-se eficientes e complementares na

determinaccedilatildeo de vaacuterios elementos presentes em amostras de cabelo humano Atraveacutes das duas

teacutecnicas foi possiacutevel detectar de forma semiquantitativa a presenccedila de elementos desde o Al

ateacute o Pb Por RBS tambeacutem foram detectados elementos mais leves como C N e O A

utilizaccedilatildeo conjunta das duas teacutecnicas permitiu a identificaccedilatildeo inequiacutevoca de Pb no espectro de

RBS

Eacute evidente que as concentraccedilotildees dos elementos nas amostras de cabelo dependem de

diversos fatores tais como o tipo de alimentaccedilatildeo idade sexo ambiente em que o indiviacuteduo

vive e podem ser provenientes de meios exoacutegenos e endoacutegenos Entretanto considerando o

natildeo aparecimento do Pb em nenhuma das amostras de cabelo das pessoas que ingerem aacutegua

distribuiacuteda pela CEDAE aleacutem das anaacutelises preacutevias da aacutegua dos poccedilos da aacuterea em estudo eacute

possiacutevel afirmar que existe uma elevada possibilidade da aacutegua de poccedilo estaacute atuando como

uma fonte de contaminaccedilatildeo de Pb para as pessoas Como o Pb eacute um elemento toacutexico com

propriedade de bioacumulaccedilatildeo sua presenccedila pode gerar danos irreversiacuteveis aos organismos

vivos

70 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS

Como sugestotildees deste estudo podemos indicar

Realizar uma anaacutelise quantitativa de um nuacutemero mais amplo de amostras

Efetuar uma comparaccedilatildeo com materiais de referecircncia certificados a fim de

determinar com um grau de confiabilidade mais elevado se as quantidades de

chumbo detectadas nas amostras de cabelo estatildeo acima do intervalo de valores

considerados aceitaacuteveis

80 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

[1] POZEBON D DRESSLER V L CURTIUS A J Anaacutelise de cabelo uma revisatildeo

dos procedimentos para a determinaccedilatildeo de elementos traccedilo e aplicaccedilotildees Quiacutem Nova

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[2] FRAZAtildeO S V Estudo da determinaccedilatildeo de elementos traccedilo em cabelos humanos

pelo meacutetodo de anaacutelise por ativaccedilatildeo de necircutrons Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Ciecircncias na

Aacuterea de Tecnologia Nuclear ndash Aplicaccedilotildees Instituto de Pesquisas Energeacuteticas e Nucleares ndash

Universidade de Satildeo Paulo - USP Satildeo Paulo 2008

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Reference intervals for minor and trace elements in human hair for the population of

Rio de Janeiro city Brazil Quiacutem Nova 2002 25 (1) 37-45

[4] KEMPSON I M SKINNER W M KIRKBRIDE K P The ocurrence and

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review Journal of Toxicology and Environmental Health 2007 B 10 611-622

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MATSUBARA J NIESE S SATP T WESENBERG G R MURAMATSU Y PARR

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burdens of environmental pollutants results from an IAEA co-ordinated research

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Proton-Induced X-ray Emission analysis of hair from occupationally exposed workers

Anal Chem198557 1075-1079

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1998 218 9-17

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nickel cuper zinc and lead in human scalp hair in Syrian occupationally exposed

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Fluorescence Spectrometry in multielemental analysis of hair and teeth Polish Journal of

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[12] WATT F LANDSBERG J P Nuclear microscopy biomedical applications

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[13] PAIXAtildeO P V GOMES L M B Anaacutelise de aacutegua de poccedilos subterracircneos na

localidade Chaacutecaras Arcampo em Duque de Caxias ndash RJ Relatoacuterio Final de Estaacutegio

Iniciaccedilatildeo Cientiacutefica Instituto de Quiacutemica ndash Universidade Federal do Rio de Janeiro ndash UFRJ

Rio de Janeiro 2012

[14] ANUNCIACcedilAtildeO D L R Anaacutelise de elementos maiores menores e traccedilo em

amostras de cabelo aplicado a triagem populacional com elevada incidecircncia de cacircncer

Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Quiacutemica Instituto de Quiacutemica ndash Universidade de Brasiacutelia

Brasiacutelia ndash Distrito Federal 2008

[15] TEGON E C Caracterizaccedilatildeo Quiacutemica do Enxofre e do Caacutelcio presentes em

amostras de cabelos empregando as teacutecnicas XRF e NEXAFS Projeto de Final de Curso

em Quiacutemica com Atribuiccedilotildees Tecnoloacutegicas Instituto de Quiacutemica ndash Universidade Federal do

Rio de Janeiro Rio de Janeiro 2013

[16] Dossiecirc os minerais na alimentaccedilatildeo Food Ingredients Brasil 2008 ndeg 4 48-65

Disponiacutevel em lt wwwrevista-ficommaterias52pdfgt Acesso em 30 de julho de 2015

[17] CEDAE Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos Disponiacutevel em

ltwwwcedaecombrgt Acesso em 30 de julho de 2015

[18] IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatiacutestica Censo Brasileiro de 2010 Rio de

Janeiro 2010 Disponiacutevel em ltwwwcenso2010ibgegovbrgt Acesso em 30 de julho de

2015

[19] RESENDE D ALENCAR E ALMEIDA R BERTA R Principal reservatoacuterio do

Paraiacuteba do Sul Paraibuna chega ao volume morto pela primeira vez Jornal O Globo 22

de janeiro de 2015 Disponiacutevel em httpogloboglobocomrioprincipal-reservatorio-do-

paraiba-do-sul-paraibuna-chega-ao-volume-morto-pela-primeira-vez-gt Acesso em 30 de

julho de 2015

[20] Fundamentos teoacutericos da teacutecnica de anaacutelise espectromeacutetrica por fluorescecircncia de

raios-x PUC-Rio ndash Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em

lthttpwwwmaxwellvracpuc-riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 30 de julho de 2015

[21] TASCH P DAMIANI F OLIVEIRA L C M IE - 607A Teacutecnicas de anaacutelise e

caracterizaccedilatildeo de materiais Universidade Estadual de Campinas ndash UNICAMP Campinas

2000

[22] FILHO V F N Teacutecnicas analiacuteticas nucleares de Fluorescecircncia de Raios ndashX por

Dispersatildeo de Enerdia (ED-XRF) e por Reflexatildeo Total (TXRF) Departamento de Ciecircncias

Exatas ESALQ Laboratoacuterio de Instrumentaccedilatildeo Nuclear CENA Universidade de Satildeo Paulo

ndash USP Satildeo Paulo 1999

[23] PERDONAacute C R Introduccedilatildeo a espectrometria de Fluorescecircncia de Raios-X Manual

Teacutecnico ndash BRUKER 2014

[24] O espectrocircmetro de fluorescecircncia de raios-x Thermo ARL 9900 PUC-Rio ndash

Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em lthttpwwwmaxwellvracpuc-

riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 08 de agosto de 2015

[25] KRUG C Superfiacutecies porosas recobertas com metalocenos anaacutelise multivariada

envolvendo caracterizaccedilatildeo com feixe de iacuteons Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Fiacutesica Instituto

de Fiacutesica Universidade Federal do Rio Grande do Sul ndash UFRGS Porto Alegre 2000

[26] TABACNIKS M H Anaacutelise de filmes finos por PIXE e RBS Instituto de Fiacutesica da

Universidade de Satildeo Paulo Disponiacutevel em ltwww2ifuspbr~lamfipixeamprbspdfgt Acesso

em julho de 2015

[27] ALMEIDA C R Efeito de tratamentos teacutermico e quiacutemico de aerogeacuteis de oacutexido de

estanho Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Engenharia Eleacutetrica Universidade Federal de Santa

Catarina Florianoacutepolis 2013

[28] ATTWOOD D T HENKE B L et al X-Ray Data Booklet Lawrence Berkeley

Laboratory University of California Berkeley California 1986

ANEXO I

MODELO DO QUESTIONAacuteRIO PREENCHIDO ANTES DA COLETA DAS AMOSTRAS

DE CABELO

Coacutedigo da amostra

Nome

Idade (anos)

Endereccedilo

Fuma Sim ( ) Natildeo ( )

Ingere aacutegua de que tipo (poccedilo CEDAE) Poccedilo ( ) CEDAE ( )

Fez algum tipo de tratamento quiacutemico no cabelo

(coloraccedilatildeo alisamento etc)Sim ( ) Natildeo ( )

Qual Quando foi a uacuteltima vez

Esteve bem de sauacutede nos uacuteltimos 6 meses Sim ( ) Natildeo ( )

Data da coleta

Responsaacutevel pela coleta

COLETA DE AMOSTRA DE CABELO

ANEXO II

INFORMACcedilOtildeES ADICIONAIS SOBRE OS DOADORES E AS AMOSTRAS DE

CABELO COLETADAS

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

1 Feminino 62 Cacheado Castanho Escuro

2 Feminino 27 Cacheado Castanho Escuro

3 Feminino 17 Liso Castanho Escuro

4 Feminino 10 Cacheado Castanho Escuro

5 Feminino 58 Liso Castanho Escuro

6 Feminino 7 Cacheado Castanho Escuro

7 Masculino 17 Liso Castanho Claro

8 Feminino 39 Liso Castanho Escuro

Pessoas que Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

9 Feminino 41 Cacheado Castanho Escuro

10 Feminino 17 Ondulado Castanho Claro

11 Masculino 1 Cacheado Castanho Escuro

12 Feminino 11 Liso Castanho Escuro

13 Masculino 21 Liso Castanho Escuro

14 Masculino 42 Cacheado Preto

15 Masculino 6 Liso Preto

16 Masculino 14 Liso Preto

Pessoas que Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

ANEXO III

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DE POCcedilO (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 1

Amostra 2

Amostra 3

Amostra 4

Amostra 5

Amostra 6

Amostra 7

Amostra 8

ANEXO IV

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DISTRIBUIacuteDA PELA CEDAE (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 9

Amostra 10

Amostra 11

Amostra 12

Amostra 13

Amostra 14

Amostra 15

Amostra 16

Page 14: Dissertação Priscilla Velasco da Paixão

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 Composiccedilatildeo de aminoaacutecidos no cabelo20

Tabela 2 Elementos traccedilo essenciais e algumas de suas funccedilotildees bioloacutegicas22

Tabela 3 Elementos traccedilo natildeo essenciais e suas toxicidades24

Tabela 4 Energia em keV das principais linhas de emissatildeo de raios x dos elementos

analisados46

Tabela 5 Concentraccedilatildeo dos elementos nas amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua

de poccedilo47

Tabela 6 Concentraccedilatildeo dos elementos nas amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua

distribuiacuteda pela CEDAE48

LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS

AAS - Atomic Absorption Spectroscopy (Espectroscopia de Absorccedilatildeo Atocircmica)

CEDAE - Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos do Rio de Janeiro

CONAMA - Conselho Nacional do Meio Ambiente

ERD - Elastic Recoil Detection (Anaacutelise por Detecccedilatildeo de Recuo Elaacutestico)

IAEA - International Atomic Energy Agency (Agecircncia Internacional de Energia Atocircmica)

IBGE - Instituto Brasileiro de Geografia e Estatiacutestica

ICP-AES - Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry (Espectrometria de

Emissatildeo Atocircmica com Plasma Indutivamente Acoplado)

ICP-MS - Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (Espectrometria de Massa com

Plasma Indutivamente Acoplado)

ICP-OES - Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometry (Espectrometria de

Emissatildeo Oacuteptica com Plasma Acoplado Indutivamente)

LIFE - Laboratoacuterio de Impacto de Foacutetons e Eleacutetrons

NAA - Neutron Activation Analysis (Anaacutelise por Ativaccedilatildeo de Necircutrons)

PET ndash Pentaeritriato

PHA - Pulse Height Analyzer (Analisador de Altura de Pulso)

PIXE - Proton Induced X-Ray Emission (Emissatildeo de Raios X Induzidos por Proacutetons)

RBS - Rutherford Backscattering Spectrometry (Espectrometria de Retroespalhamento

Rutherford)

UFRGS - Universidade Federal do Rio Grande do Sul

UFRJ - Universidade Federal do Rio de Janeiro

WDXRF - Wavelength Dispersive X-ray Fluorescence (Fluorescecircncia de Raios X por

Dispersatildeo de Comprimento de Onda)

XRF - X-Ray Fluorescence (Fluorescecircncia de Raios X)

16

10 INTRODUCcedilAtildeO

A determinaccedilatildeo de elementos traccedilo em cabelo tem sido assunto de estudo em

diversas aacutereas da ciecircncia dentre elas o monitoramento de exposiccedilatildeo ambiental e ocupacional

avaliaccedilatildeo da intoxicaccedilatildeo por metais toacutexicos avaliaccedilatildeo do estado nutricional diagnoacutestico e

prevenccedilatildeo de doenccedilas e nas ciecircncias forenses Isto se deve ao fato do cabelo ser considerado

um ldquodosiacutemetro bioloacutegicordquo que reflete a exposiccedilatildeo e absorccedilatildeo do indiviacuteduo a determinado

elemento ou seja a concentraccedilatildeo dos elementos traccedilo no cabelo indica a concentraccedilatildeo dos

mesmos no organismo [1-5]

Frente agrave anaacutelise de outros materiais bioloacutegicos como urina e sangue o cabelo tem a

vantagem da facilidade de amostragem (sem dor ou trauma para o indiviacuteduo) facilidade de

armazenamento transporte e manuseio possibilidade de obtenccedilatildeo de um registro histoacuterico de

exposiccedilatildeo aos elementos em questatildeo aleacutem da estabilidade estrutural da amostra permitindo o

diagnoacutestico por um periacuteodo maior de tempo (meses a anos) [1-46]

Haacute muita controveacutersia na literatura quanto aos dados disponiacuteveis em relaccedilatildeo agrave anaacutelise

elementar em cabelos no tocante agrave falta de um procedimento padratildeo de anaacutelise com uma

etapa de lavagem que seja completamente eficiente em eliminar a contaminaccedilatildeo exoacutegena (ar

aacutegua cosmeacuteticos entre outros) da contaminaccedilatildeo endoacutegena (incorporado ao fio do cabelo

durante a primeira fase de crescimento) [1-3]

Nas uacuteltimas deacutecadas vaacuterios estudos relacionados agrave determinaccedilatildeo elementar de

cabelos com foco em quiacutemica ambiental e ciecircncia meacutedica foram realizados Dentre as teacutecnicas

mais utilizadas encontram-se Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry

(ICP-AES) [13] Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (ICP-MS) [1378]

Neutron Activation Analysis (NAA) [15] Atomic Absorption Spectroscopy (AAS) [15] X-

Ray Fluorescence (XRF) [59-11] e Proton Induced X-Ray Emission (PIXE) [612]

Encontramos na literatura apenas um relato anterior sobre a anaacutelise por RBS de amostras de

cabelo em que a RBS foi utilizada para determinar os principais componentes de cabelo (C

N O e S) Os mesmos autores tambeacutem utilizaram PIXE para determinar elementos em

concentraccedilatildeo mais baixa e Elastic Recoil Detection (ERD) para determinar Hidrogecircnio [6]

Em trabalho de Iniciaccedilatildeo Cientiacutefica feito por mim com orientaccedilatildeo da Prof Dr Lola

Maria Braga Gomes do Departamento de Quiacutemica Analiacutetica-UFRJ em 2012 foram realizadas

anaacutelises da qualidade da aacutegua de 6 poccedilos subterracircneos na localidade Chaacutecaras Arcampo na

cidade de Duque de Caxias-RJ Foram determinados por ICP-OES os seguintes elementos

Cr Mn Fe Ni Cu Zn Ar Cd e Pb Constatou-se a presenccedila de chumbo em valores ateacute 55

vezes acima do permitido pelos Padrotildees de Qualidade de Aacutegua Subterracircnea do CONAMA

[13]

O presente trabalho foi realizado com a intenccedilatildeo de verificar quais elementos

estariam presentes nas amostras de cabelo das pessoas daquela localidade e que ingerem esse

tipo de aacutegua Dentro do nosso conhecimento esta eacute a primeira vez em que XRF e RBS satildeo

conjuntamente aplicados para a determinaccedilatildeo de elementos traccedilo presentes em amostras de

cabelo

Considera-se este trabalho relevante tanto para servir como fonte de dados quanto

para o seu possiacutevel uso no acircmbito social principalmente no que diz respeito ao abastecimento

de aacutegua e a sauacutede de parte da populaccedilatildeo que consome diariamente uma aacutegua sem tratamento

20 OBJETIVO

O presente trabalho tem como objetivo utilizar as teacutecnicas de Fluorescecircncia de

Raios X (XRF) e Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford (RBS) para determinar e

comparar elementos presentes em amostras de cabelo de dois grupos de pessoas que vivem na

Regiatildeo Metropolitana do Rio de Janeiro No primeiro grupo estatildeo pessoas que ingerem aacutegua

de poccedilo enquanto no segundo grupo estatildeo pessoas que ingerem aacutegua tratada e distribuiacuteda pela

Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos (CEDAE) do Rio de Janeiro

30 REVISAtildeO BIBLIOGRAacuteFICA E FUNDAMENTOS TEOacuteRICOS

31 O Cabelo

O cabelo possui uma funccedilatildeo esteacutetica com papel importante nos atributos da beleza

mas tem como principal funccedilatildeo a proteccedilatildeo da cabeccedila dos raios solares Esse processo eacute

realizado atraveacutes de receptores nervosos que agem como sensores teacutermicos capazes de

aumentar a proteccedilatildeo quando necessaacuterio [1214]

A composiccedilatildeo do cabelo eacute de aproximadamente 80 de proteiacutenas 15 de aacutegua e

aproximadamente 5 de lipiacutedios e constituintes inorgacircnicos O cabelo eacute basicamente

constituiacutedo por trecircs camadas cutiacutecula (camada externa) coacutertex (parte intermediaacuteria) e medula

(parte mais interna) (Fig 1) A cutiacutecula eacute formada por vaacuterias subcamadas separadas por um

complexo de ceacutelulas alongadas e justapostas que envolvem o coacutertex O coacutertex eacute o principal

constituinte do cabelo formado por um conjunto de ceacutelulas ciliacutendricas denominadas matriz e

perfeitamente ligadas umas as outras Na matriz encontram-se a α-queratina e outras

proteiacutenas A medula apresenta-se em pequena quantidade e pode estar ausente em alguns tipos

de cabelo Eacute composta por ceacutelulas anucleadas contendo lipiacutedeos e granulaccedilotildees pigmentadas

[1214]

Figura 1 Desenho esquemaacutetico de um fio de cabelo

Fonte http ltwwwartistasdocabelocombrgt Acesso em 30072015

O fio de cabelo desenvolve-se a partir de cavidades denominadas foliacuteculos pilosos

localizados de 3 a 5 mm abaixo da superfiacutecie da pele A taxa de crescimento meacutedio do fio eacute de

cerca de 1 cm por mecircs e cada fio pode ter de 15 a 120 microm de diacircmetro dependendo do tipo de

cabelo O ciclo de crescimento do cabelo eacute dividido em trecircs estaacutegios (Fig2)

Anaacutegeno ocorre o crescimento ativo do cabelo com irrigaccedilatildeo sanguiacutenea atraveacutes dos

foliacuteculos capilares na regiatildeo da papila Pode durar ateacute 7 anos Em um adulto cerca de

90 dos fios encontram-se neste estaacutegio

Cataacutegeno ocorre uma transiccedilatildeo entre o crescimento do fio e seu teacutermino dura apenas

algumas semanas O cabelo para de receber irrigaccedilatildeo sanguiacutenea para de crescer e a

parte mais profunda do foliacuteculo piloso fica mais proacutexima da superfiacutecie da pele

Teloacutegeno ocorre a queda do fio iniciando o crescimento de outro fio atraveacutes de um

foliacuteculo novo que surge no mesmo local [1214]

Figura 2 Esquema das fases de crescimento do cabelo

Fonte httpltwwwtratamentocalviciecombrartigo_02phpgt Acesso em 30072015

A α-queratina eacute uma proteiacutena que apresenta uma estrutura secundaacuteria (α-heacutelice) em

um arranjo helicoidal estabilizado por pontes de hidrogecircnio (Figura 3) e eacute responsaacutevel por dar

sustentaccedilatildeo ao cabelo Ela fica imersa na matriz e eacute composta por uma sequecircncia de

aminoaacutecidos (Tabela 1) sendo a cisteiacutena o principal desses

Figura 3 Estrutura secundaacuteria (α-heacutelice) da α-queratina

Fonte httpltwwwslideplayercombrgt Acesso em 27092015

Tabela 1 Composiccedilatildeo de aminoaacutecidos no cabelo normal Fonte [15]

Ligaccedilotildees quiacutemicas cruzadas entre as cadeias polimeacutericas de α-queratina formam

pontes dissulfeto (-S-S-) que datildeo origem aos resiacuteduos de cistina (Fig4) Como estatildeo em

grande quantidade na composiccedilatildeo do cabelo formam uma rede de alta resistecircncia e datildeo o

formato ao fio A reduccedilatildeo dessas ligaccedilotildees causa mudanccedilas nas propriedades mecacircnicas do fio

Cortes histoloacutegicos evidenciaram elevada atividade de metais pesados na α-queratina [114]

Aminoaacutecido Quantidade Residual ()

Aacutecido Aspaacutertico 49

Aacutecido Glutacircmico 114

Alanina 46

Arginina 58

Cisteiacutena 178

Fenilalanina 16

Glicina 64

Histidina 09

Isoleucina 26

Leucina 58

Lisina 27

Metionina 06

Prolina 84

Serina 117

Tirosina 2

Treonina 68

Valina 58

Figura 4 Estrutura da Cisteiacutena e da Cistina Reaccedilatildeo de oxi-reduccedilatildeo formando a ponte

dissulfeto Adaptado de httpltbiocienciascpoblogspotcombr201211resumo-

proteinashtmlgt

A incorporaccedilatildeo de elementos ao cabelo pode ocorrer por dois meios exoacutegeno e

endoacutegeno A incorporaccedilatildeo endoacutegena ocorre no primeiro estaacutegio de crescimento do fio onde o

foliacuteculo capilar encontra-se em contato com as glacircndulas secretoras e vasos sanguiacuteneos

Assim os elementos quiacutemicos que circulam no organismo atraveacutes dos fluidos podem

incorporar-se ao cabelo Estima-se que o periacuteodo entre a absorccedilatildeo pelo indiviacuteduo e a

incorporaccedilatildeo de elementos no cabelo seja de 30 dias Um modelo mais simples sugere que a

incorporaccedilatildeo endoacutegena ocorra de forma passiva isto eacute por difusatildeo [1] Os metais ligam-se

aos aminoaacutecidos atraveacutes de seus grupos funcionais como sulfidrila (-SH) amina (-NH2)

hidroxila (-OH) e carboxila (-COOH) nos quais a forccedila destas ligaccedilotildees dependeraacute da

estrutura eletrocircnica externa do metal [14]

Na incorporaccedilatildeo exoacutegena os elementos quiacutemicos satildeo levados ao cabelo por fatores

externos como aacutegua poeira fumaccedila cosmeacuteticos entre outros Os elementos podem ligar-se agrave

cutiacutecula do fio capilar principalmente se as cutiacuteculas estiverem danificadas [14]

32 Elementos Essenciais e Natildeo Essenciais e a Sauacutede Humana

Os elementos traccedilos podem ser divididos em essenciais e natildeo essenciais de acordo

com a importacircncia nutricional e a influecircncia no organismo dos seres vivos Os elementos

traccedilo essenciais satildeo considerados beneacuteficos e indispensaacuteveis para os seres vivos dentro de

uma faixa especiacutefica de concentraccedilatildeo Na Tabela 2 estatildeo listados os elementos traccedilo

essenciais e suas respectivas funccedilotildees bioloacutegicas [214]

Tabela 2 Elementos traccedilo essenciais e algumas de suas funccedilotildees bioloacutegicas

Adaptado de [14 16]

B Previne a osteoporose em mulheres na fase poacutes-menopausa

CaImportante na coagulaccedilatildeo sanguinea na contraccedilatildeo muscular transmissatildeo nervosa e

formaccedilatildeo de ossos e dentes

Cl Presente no suco gaacutestrico manteacutem o equilibrio hidrico e de eletroacutelitos

Co Constituinte da vitamina B12

Cr Importante no metabolismo da glicose

Cu Cofator em enzimas redox e no transporte de O2

F Prevenccedilatildeo das patologias bucodentaacuteria e oacutessea atua tambeacutem nos tecidos celulares

Fe Cofator em muitas enzimas e proteiacutenas heme

IPresente na estrutura de dois fatores hormonais da glacircndula tireoacuteide (tiroxina e

triiodotiroxina)

KImportante na regulaccedilatildeo da atividade neuromuscular crescimento celular e equiliacutebrio

osmoacutetico

MgRegula diversas reaccedilotildees enzimaacuteticas e age sobre as trocas iocircnicas da membrana

celular

MnCofator em muitas enzimas auxilia na reduccedilatildeo de accedilucar no sangue e a regular o

funcionamento do sistema reprodutivo

Elementos Essenciais e suas Funccedilotildees Bioloacutegicas

Os elementos traccedilo natildeo essenciais satildeo aqueles que natildeo apresentam nenhuma funccedilatildeo

no metabolismo das espeacutecies animais e vegetais e quando estatildeo em alta concentraccedilatildeo podem

provocar efeitos negativos ao organismo dos seres vivos Na Tabela 3 estatildeo listados alguns

elementos traccedilo natildeo essenciais e suas toxicidades [214]

Mo Cofator em enzimas que metabolizam os aminoaacutecidos metionina e cistina

NaAtua no controle osmoacutetico volume plasmaacutetico transmissatildeo de impulsos nervosos e

controle da contraccedilatildeo muscular

Ni A essencialidade eacute provaacutevel mas ainda natildeo estaacute estabelecida

PAtua na formaccedilatildeo dos ossos e dentes participa da estrutura das membranas

celulares e do processo de absorccedilatildeo renal da glicose

SParticipa da construccedilatildeo das proteiacutenas e no metabolismo energeacutetico faz parte de

algumas vitaminas (tiamina e biotina)

SeParticipaccedilatildeo na siacutentese de hormocircnios tireoideanos na accedilatildeo antioxidante e eacute cofator

em enzimas

Si Atua na estrutura da derme promovendo sua elasticidade

Sn A essencialidade eacute provaacutevel mas ainda natildeo estaacute estabelecida

V A essencialidade eacute provaacutevel mas ainda natildeo estaacute estabelecida

ZnCofator em algumas enzimas e na insulina tambeacutem exerce influecircncia no metabolismo

dos aacutecidos nucleiacutecos

Tabela 3 Elementos traccedilo natildeo essenciais e suas toxicidades Adaptado de [14]

Os termos macrominerais e microminerais (ou elementos-traccedilo) tambeacutem satildeo muito

utilizados no meio cientiacutefico principalmente na aacuterea de nutriccedilatildeo Os macrominerais satildeo

aqueles elementos encontrados em altas concentraccedilotildees nas amostras geralmente acima de

1 ou cuja necessidade diaacuteria no organismo seja maior que 100 mg No cabelo satildeo

considerados macrominerais por exemplo Ca P S Mg Na K e Cl Jaacute os microminerais satildeo

aqueles encontrados em baixas concentraccedilotildees na amostra (ppm ou ppb) ou cuja necessidade

no organismo seja inferior a 100 mg por dia No cabelo podem ser citados os seguintes

microminerais Fe Zn Cu Mn I Cr Se F Co Ni Si e Mo [114]

33 Abastecimento de Aacutegua na Regiatildeo de Amostragem

No Estado do Rio de Janeiro a captaccedilatildeo tratamento aduccedilatildeo e distribuiccedilatildeo das redes

de aacutegua ficam a cargo da CEDAE ndash Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos No presente

momento a CEDAE abastece cerca de 9 milhotildees de pessoas em 64 dos 92 municiacutepios do

Estado sendo Duque de Caxias um desses [17]

O abastecimento de aacutegua pela CEDAE na cidade de Duque de Caxias nunca ocorreu

de forma contiacutenua e natildeo haacute garantia da manutenccedilatildeo da qualidade da aacutegua ateacute a chegada ao

Al

Causa ao organismo anemia enfraquecimento dos ossos e muacutesculos

dificuldade no metabolismo do caacutelcio alteraccedilotildees hepatoloacutegicas e

renais dores de cabeccedila e nervosismo

AsInterrompe a expressatildeo de diversos genes em especial aqueles que

participam das vias de transduccedilatildeo de sinal

CdOcasiona perda de peso hemorragia danos ao sistema respiratoacuterio

hepatoloacutegico e renal

PbGera alteraccedilotildees cardiovasculares gastrointestinais hematoloacutegicas

renais neuroloacutegicas e imunoloacutegicas

Elementos Natildeo Essenciais e suas Toxicidades

consumidor Segundo dados do CENSO-2010 dos 269353 domiciacutelios estabelecidos no

municiacutepio de Duque de Caxias apenas 63 alegaram receber aacutegua de redes de distribuiccedilatildeo

[18] Diante do cenaacuterio atual em que o Sudeste vive a maior crise hiacutedrica dos uacuteltimos cem

anos devido agrave escassez de chuvas os reservatoacuterios que abastecem o estado do Rio de Janeiro

encontram-se em niacuteveis muito baixos e alguns deles chegaram ao volume morto (reserva

teacutecnica) Com isso o abastecimento de aacutegua para a populaccedilatildeo estaacute a cada dia mais escasso

Na Figura 5 apresenta-se uma foto da situaccedilatildeo do maior reservatoacuterio da Bacia do Rio Paraiacuteba

do Sul (em fevereiro deste ano) Este reservatoacuterio alimenta a Estaccedilatildeo de Tratamento de Aacutegua

do Guandu que por sua vez eacute responsaacutevel pelo abastecimento de toda a Regiatildeo Metropolitana

do Rio de Janeiro [19]

Figura 5 Reservatoacuterio Paraibuna localizado na Bacia do Rio Paraiacuteba do Sul apoacutes estiagem dos uacuteltimos anos

Na foto o reservatoacuterio estaacute com -056 da capacidade (volume morto) 03022015 Fonte http

ltogloboglobocomrionivel-de-reservatorios-do-rio-paraiba-do-sul-apresentam-leve-melhora-apos-chuvas-

fortes-15229418gt Acesso em 30072015

Devido aos fatores mencionados aliados agrave facilidade de manutenccedilatildeo e ao baixo custo

de perfuraccedilatildeo a utilizaccedilatildeo de aacutegua de poccedilo subterracircneo (Figura 6) eacute cada vez mais requisitada

para suprir as carecircncias de abastecimento No Brasil o aquiacutefero subterracircneo abastece cerca de

19 do total dos domiciacutelios particulares enquanto que no municiacutepio de Duque de Caxias este

percentual atinge os 35 segundo o CENSO-2010 [18]

Figura 6 Poccedilo subterracircneo em Duque de Caxias

34 Fluorescecircncia de Raios X - Teoria

A Espectroscopia de Fluorescecircncia de Raios X eacute uma teacutecnica natildeo destrutiva que

permite a identificaccedilatildeo simultacircnea (qualitativa e quantitativa) de elementos presentes em uma

amostra A teacutecnica baseia-se no fato dos elementos quiacutemicos emitirem radiaccedilotildees

caracteriacutesticas quando submetidos a uma excitaccedilatildeo adequada [20-23]

As amostras satildeo irradiadas com foacutetons (feixe de raios x) gerados por uma fonte Esse

feixe de raios x primaacuterio possui energia suficiente para ejetar eleacutetrons de camadas internas do

aacutetomo (camadas com maior energia de ligaccedilatildeo) transferindo energia para este eleacutetron que eacute

ejetado como fotoeleacutetron O aacutetomo fica instaacutevel (excitado) com uma vacacircncia na camada

interna Com o intuito de diminuir a energia do sistema eleacutetrons de outras camadas

preenchem essa lacuna A diferenccedila de energia entre os niacuteveis da transiccedilatildeo eletrocircnica eacute

liberada atraveacutes da emissatildeo de um foacuteton de raios x (fluorescecircncia ou raio x secundaacuterio) que

tem energia caracteriacutestica para cada elemento como ilustrado na Figura 7 A energia do raio x

caracteriacutestico eacute fornecida pela Equaccedilatildeo 1 [20-23]

Ex = Eni - Enf (Eq1)

Onde

Ex = energia do raio x caracteriacutestico emitido

Eni Enf = energia dos estados eletrocircnicos inicial e final respectivamente

Figura 7 Esquema do princiacutepio da Fluorescecircncia de Raios X

Fonteltwwwshimadzucombrgt Acesso em 30072015

A radiaccedilatildeo caracteriacutestica eacute nomeada de acordo com o niacutevel de onde se apresenta a

vacacircncia (K L M) e de qual niacutevel (α β) e subniacutevel (1 2) proveacutem o eleacutetron que iraacute

ocupar essa lacuna Por exemplo a vacacircncia originada na camada K pode ser preenchida por

eleacutetrons de dois subniacuteveis da camada L o que origina as linhas espectrais Kα1 e Kα2 Se a

vacacircncia da camada K fosse ocupada por um eleacutetron da M teria-se o Kβ e assim por diante

[23]

Com isso os elementos em uma amostra podem ser identificados atraveacutes da medida

do comprimento de onda (ou energia) dessas radiaccedilotildees caracteriacutesticas e as concentraccedilotildees

mensuradas pela intensidade dessas radiaccedilotildees [2123]

Quando um feixe de raios x incide sobre um determinado material diversas formas

de interaccedilatildeo entre a radiaccedilatildeo e a mateacuteria podem ocorrer tais como o Efeito Auger e os

espalhamentos Rayleigh e Compton [20-23]

O processo de relaxaccedilatildeo natildeo-radiativa ou Efeito Auger ocorre quando o aacutetomo

excitado emite um eleacutetron (eleacutetron Auger) ao inveacutes do processo de fluorescecircncia (Figura 8)

Esses dois processos de relaxaccedilatildeo do sistema satildeo concorrentes e a predominacircncia de um ou de

outro depende do numero atocircmico O Efeito Auger prevalece em elementos com baixo

nuacutemero atocircmico (Zlt20) [21]

Figura 8 Efeito Auger [20]

O fenocircmeno de espalhamento de raios x eacute importante em espectroscopia pois eacute

responsaacutevel pela intensidade da radiaccedilatildeo de fundo (background) presente em uma

determinada medida Ele eacute a soma dos efeitos de dois fenocircmenos o espalhamento coerente

elaacutestico ou Rayleigh no qual os raios x primaacuterios satildeo defletidos sem perda de energia isto eacute

sem alteraccedilatildeo no comprimento de onda (λ) e o espalhamento incoerente inelaacutestico ou

Compton no qual foacutetons de raios x primaacuterio satildeo defletidos com perda de energia e com

ejeccedilatildeo de um fotoeleacutetron (Figura 9) [21]

Figura 9 Espalhamento Compton e Rayleigh [21]

35 Fluorescecircncia de Raios X - Instrumentaccedilatildeo

Na Figura 10 pode ser observado um esquema com os principais componentes do

espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X por Dispersatildeo de Comprimento de Onda

(WDXRF - Wavelength Dispersive X-ray Fluorescence) utilizado neste trabalho Suas

funccedilotildees seratildeo descritas em seguida [23]

Figura 10 Instrumentaccedilatildeo do Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X por Dispersatildeo de

Comprimento de Onda - S8 TIGER - BRUKER [23]

Tubo de Raios X

A radiaccedilatildeo incidente eacute produzida em um tubo de raios x consistindo em uma ampola

de vidro ou de metal sob alto vaacutecuo com um filamento de tungstecircnio em uma extremidade

denominado caacutetodo e um alvo de metal na outra extremidade denominado acircnodo

O filamento eacute aquecido por uma corrente eleacutetrica e emite eleacutetrons (emissatildeo

termiocircnica) Os eleacutetrons satildeo acelerados rumo a um acircnodo (alvo) empregando-se uma

diferenccedila de potencial (10-70 kV) Raios x primaacuterios satildeo produzidos quando esses eleacutetrons

com alta velocidade colidem com o material alvo Com o impacto a maior parte da energia

cineacutetica dos eleacutetrons eacute convertida em calor exigindo que o acircnodo seja resfriado de forma

eficiente Apenas uma pequena parte (02-05 dependendo do tipo do alvo) da energia

eletrocircnica eacute convertida em raios x uacuteteis

Essa radiaccedilatildeo consiste em um Contiacutenuo ou Bremsstrahlung e linhas de raios x

caracteriacutesticas do material alvo (aleacutem de linhas caracteriacutesticas de quaisquer contaminantes

presentes) Assim o espectro primaacuterio de um tubo de raios x convencional consiste em linhas

caracteriacutesticas do material do acircnodo (por exemplo Rh) superpostas a um contiacutenuo de

radiaccedilatildeo

Os tubos de raios x satildeo geralmente isolados atraveacutes de uma janela de beriacutelio pois

esse elemento apresenta baixa absorccedilatildeo de raios x e alta resistecircncia mecacircnica para suportar as

diferenccedilas de pressatildeo

Filtros do Feixe Primaacuterio

O espectro primaacuterio pode natildeo conter apenas as linhas do elemento-alvo mas tambeacutem

as linhas de impurezas como Fe Cr ou Cu presentes em vaacuterias partes do tubo Desta forma o

niacutevel de fundo (background) na posiccedilatildeo desses elementos no espectro pode ser elevado

Filtros de feixe primaacuterio satildeo utilizados para filtrar as linhas caracteriacutesticas do tubo se

o mesmo elemento estiver presente na amostra ou se houver sobreposiccedilatildeo por uma linha do

tubo em linhas de elementos da amostra No equipamento em que foram feitas as anaacutelises satildeo

utilizados (automaticamente) os filtros de Cu de 200 microm de espessura e o de Al de 500 microm de

espessura

Maacutescara

Delimita a aacuterea da amostra que seraacute irradiada

Selo de vaacutecuo (Vacuum seal )

Protege o sistema de detecccedilatildeo dos foacutetons de raios x de qualquer vazamento de

amostra

Goniocircmetro

Em equipamentos de dispersatildeo sequencial empregam-se uma ldquogeometria do feixe

paralelordquo ou uma ldquogeometria de cristal planardquo permitindo que os acircngulos do cristal e do

detector sejam selecionados por um aparelho chamado goniocircmetro

O goniocircmetro eacute uma estrutura de rotaccedilatildeo que permite que o cristal e o detector

possuam um movimento angular acoplado θ a 2θ entre eles

Colimador

Colima o feixe divergente de raios x emitido pela amostra Satildeo normalmente feitos

de uma seacuterie de lacircminas paralelas O comprimento e o espaccedilamento entre as lacircminas

determinam a divergecircncia angular admitida pelo colimador Essa divergecircncia angular

juntamente com o cristal determina a resoluccedilatildeo final do espectro

Pode-se melhorar a resoluccedilatildeo fechando o colimador para minimizar a divergecircncia

Poreacutem com isso a intensidade tambeacutem diminui Assim torna-se necessaacuterio um equiliacutebrio

entre a resoluccedilatildeo final (necessaacuteria para evitar sobreposiccedilotildees espectrais importantes) e a

sensibilidade (relacionada com a intensidade)

Cristal

Separa os vaacuterios comprimentos de onda emitidos pela amostra A lei de Bragg

(equaccedilatildeo 2) propotildee que se um plano cristalino tiver um espaccedilamento interplanar (d) refletindo

um comprimento de raios x (λ) essa onda difere em caminho percorrido por uma distacircncia

(2dsenθ) da onda refletida pelo plano adjacente Quando esse caminho percorrido difere por

um nuacutemero inteiro de comprimento de onda tem-se uma interferecircncia construtiva e os raios x

refletidos satildeo reforccedilados Caso contraacuterio tem-se uma interferecircncia destrutiva e os raios x

refletidos se anulam A equaccedilatildeo de Bragg (2)

119899120582 = 2119889119904119890119899120579 (Eq 2)

Onde

n = nuacutemero inteiro (1 2 3) chamado Ordem de Difraccedilatildeo

d = espaccedilamento interplanos no cristal utilizado

θ = acircngulo de Bragg ou acircngulo de difraccedilatildeo

λ = comprimento de onda da linha espectral

Dessa forma para um dado plano cristalino e uma dada ordem de difraccedilatildeo cada

comprimento de onda no espectro de XRF incidente eacute difratado em um uacutenico acircngulo O

comprimento de onda maacuteximo que o proacuteprio plano cristalino pode difratar eacute 2d (quando senθ

assume o valor maacuteximo de 1) Portanto eacute necessaacuterio um cristal ou um plano cristalino com

diferentes valores de 2d para cobrir diferentes intervalos de comprimento de onda em toda a

tabela perioacutedica No espectrocircmetro utilizado neste trabalho foram usados os seguintes cristais

XS-55 (multicamada de WSi) do C ateacute o Mg PET (Pentaeritriato) do Al ateacute o Ti e LiF 200

do K ateacute o U

Detector

Converte os foacutetons de raios x em pulsos de tensatildeo mensuraacuteveis Satildeo utilizados dois

detectores para cobrir todos os elementos do Be ao U Detector de fluxo proporcional

(preenchido com Ar) para elementos do Be ao Cr e o detector de cintilaccedilatildeo de NaI(Tl) para

elementos do Mn ao U

Detectores de fluxo proporcional

Satildeo detectores de radiaccedilatildeo que operam a partir da ionizaccedilatildeo de gases Satildeo

constituiacutedos por um conjunto de eletrodos e um gaacutes Quando o gaacutes eacute colocado entre dois

eletrodos aos quais eacute aplicada certa diferenccedila de potencial os caacutetions e eleacutetrons produzidos

pela passagem de radiaccedilatildeo seratildeo atraiacutedos pelos eletrodos de carga oposta e por eles seratildeo

coletados Na regiatildeo de verdadeira proporcionalidade (Equaccedilatildeo 3) a razatildeo entre a carga

coletada pelos eletrodos e a carga gerada pela ionizaccedilatildeo primaacuteria manteacutem-se constante para as

diferenccedilas de potencial (∆V) aplicadas e com um capacitor de capacitacircncia (C)

Quando a radiaccedilatildeo atravessa esse tipo de detector e produz pares iocircnicos (formados

por eleacutetrons e caacutetions do gaacutes) esses caacutetions (ionizaccedilatildeo primaacuteria) satildeo acelerados adquirindo

energia suficiente para produzir novos pares iocircnicos (ionizaccedilatildeo secundaacuteria) por colisatildeo com

moleacuteculas inicialmente neutras do gaacutes Assim haacute uma multiplicaccedilatildeo do nuacutemero de pares

original A carga coletada eacute igual agrave carga produzida pela radiaccedilatildeo (Q) multiplicada por um

fator (M) denominado ldquoganhordquo

∆119881 = (119872119876)

119862 (Eq 3)

Portanto o sinal produzido tem altura proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo incidente

Detectores de cintilaccedilatildeo

O cintilador eacute uma substacircncia soacutelida ou liacutequida na qual a energia de radiaccedilatildeo

incidente eacute transferida aos eleacutetrons do material sendo depois emitida na forma de radiaccedilatildeo

eletromagneacutetica de frequecircncia menor (visiacutevel ou ultravioleta)

O detector de cintilaccedilatildeo utilizado eacute constituiacutedo por um cristal de NaI(Tl) (iodeto de

soacutedio ativado com 1 de iodeto de taacutelio) no qual ocorre a emissatildeo de radiaccedilatildeo de frequecircncia

menor aleacutem de um fotomultiplicador onde essa radiaccedilatildeo luminosa eacute transformada em pulso

eleacutetrico e amplificada

O mecanismo de cintilaccedilatildeo nos cristais inorgacircnicos baseia-se na propriedade dos

semicondutores terem banda de valecircncia e banda de conduccedilatildeo Na banda de valecircncia os

eleacutetrons estatildeo essencialmente ligados aos siacutetios do cristal Jaacute na banda de conduccedilatildeo os

eleacutetrons tecircm energia suficiente para migrar atraveacutes do cristal No cristal puro natildeo satildeo

encontrados eleacutetrons na banda proibida

Ao incidir uma radiaccedilatildeo no cristal pode ocorrer excitaccedilatildeo de eleacutetrons ateacute a banda de

conduccedilatildeo deixando lacunas na banda de valecircncia (normalmente preenchida)

No cristal puro a energia necessaacuteria para formar um par eleacutetronlacuna eacute

aproximadamente a mesma liberada quando esse par se recombina Assim os espectros de

absorccedilatildeo e emissatildeo superpotildeem-se ocorrendo autoabsorccedilatildeo da radiaccedilatildeo luminosa produzida

Se o cristal for ativado a emissatildeo pode ocorrer via um siacutetio do ativador para o qual a energia

de transiccedilatildeo eacute menor do que a necessaacuteria para a criaccedilatildeo do par eleacutetronlacuna Desse modo o

espectro emitido eacute deslocado para comprimentos de onda maiores e natildeo causa nova absorccedilatildeo

No tubo fotomultiplicador converte-se a radiaccedilatildeo de baixa intensidade produzida no

cintilador em um sinal eleacutetrico uacutetil agrave detecccedilatildeo e contagem de radiaccedilatildeo

Analisador de altura de pulso (PHA)

A energia do foacuteton incidente de raios x determina o tamanho do pulso de tensatildeo

produzido pelo detector O analisador de altura de pulso faz uso dessa propriedade a fim de

selecionar apenas um intervalo estreito de pulsos de voltagem rejeitando todos os pulsos com

intensidades fora do intervalo escolhido

Ao final utiliza-se o meacutetodo de integraccedilatildeo dos recebidos em um integrador

eletrocircnico Se N representa o nuacutemero de contagens em um tempo de integraccedilatildeo t segundos

entatildeo a taxa de contagem eacute Nt contagens por segundo (cps)

36 Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford - Teoria

A teacutecnica de RBS consiste em incidir partiacuteculas monoenergeacuteticas de um feixe de iacuteons

(geralmente iacuteons He+) de alta energia em um alvo estacionaacuterio Ao colidirem com os aacutetomos

do alvo as partiacuteculas satildeo elasticamente espalhadas no campo eleacutetrico do nuacutecleo do aacutetomo e

chegam a um detector por um acircngulo de retroespalhamento Na Figura 11 apresenta-se um

esquema de espalhamento elaacutestico [25-27]

Figura 11 Espalhamento elaacutestico em acircngulo de retroespalhamento de um iacuteon de massa M1

por um aacutetomo de massa M2 com M2gtM1 [25]

O detector ao receber as partiacuteculas espalhadas produz um pulso ou sinal que eacute entatildeo

processado por um analisador multicanal e classificado conforme a amplitude que

corresponde a uma escala em energia Como resultado as informaccedilotildees sobre a composiccedilatildeo

elementar do aacutetomo alvo satildeo obtidas a partir de um espectro de contagens em funccedilatildeo da

energia das partiacuteculas retroespalhadas detectadas [25]

O fator cinemaacutetico (K) eacute responsaacutevel pela anaacutelise elementar qualitativa Essa

grandeza depende da razatildeo entre as energias das partiacuteculas incidentes antes (E0) e depois (E)

do espalhamento (Equaccedilatildeo 4)

119870 = 119864

1198640 (Eq 4)

Considerando as conservaccedilotildees de energia e do momentum na colisatildeo elaacutestica obteacutem-

se a relaccedilatildeo entre o fator cinemaacutetico (K) a massa atocircmica da partiacutecula incidente (M1) a massa

atocircmica do aacutetomo alvo (M2) e o acircngulo de espalhamento (θ) (Eq 5)

119870 = [1198721 119888119900119904120579+ (1198722

2minus 11987212 1199041198901198992120579)

12

1198721+ 1198722]

2

(Eq 5)

Os valores de M1 θ e E0 satildeo preacute-fixados conhecendo E determina-se K e por

conseguinte determina-se M2

A Figura 12 apresenta um esquema do espectro de RBS de um filme fino de

composiccedilatildeo geneacuterica AB onde a massa de A eacute maior do que a massa de B depositado em um

substrato C ainda mais leve

Figura 12 Esquema de um espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford de

um filme fino AB sobre um substrato C ainda mais leve [27]

A resoluccedilatildeo em massa da teacutecnica eacute a diferenccedila miacutenima de massa entre dois aacutetomos-

alvo para que sinais resolvidos possam ser observados no espectro A discriminaccedilatildeo em massa

eacute maacutexima para θ = 180deg razatildeo pela qual satildeo utilizados acircngulos elevados experimentalmente

Pode-se melhorar a resoluccedilatildeo em massa na RBS aumentando a energia e a massa dos aacutetomos

incidentes e melhorando a resoluccedilatildeo do sistema de detecccedilatildeo com o cuidado para natildeo degradar

os detectores [25]

Outra grandeza importante em RBS eacute a seccedilatildeo de choque de espalhamento (σ) que eacute

uma medida da probabilidade de ocorrer o espalhamento e que atribui o caraacuteter quantitativo agrave

teacutecnica [25] Considerando um nuacutemero de partiacuteculas espalhadas (H) sobre um detector tem-se

a Equaccedilatildeo 6

119867 = 119876119873119905 ⟨119889120590

119889120570⟩Ω (Eq 6)

Onde

Q = nuacutemero de partiacuteculas que atinge a amostra

N = densidade volumeacutetrica dos aacutetomos alvo

t = espessura do alvo

⟨119889120590

119889120570⟩ = seccedilatildeo de choque meacutedia de espalhamento

Ω = acircngulo soacutelido do detector em relaccedilatildeo ao feixe

Para acircngulos pequenos tem-se ⟨119889120590

119889120570⟩ = (

119889120590

119889120570)120579

= σ (Eq 7)

Logo 119867 = 119876119873119905120590120570 (Eq 8)

Na Equaccedilatildeo 8 conhecendo o nuacutemero de partiacuteculas que atinge o alvo Q e o detector

H pode-se determinar o numero de aacutetomos por unidade de aacuterea da amostra (Nt) desde que se

conheccedila o acircngulo soacutelido de detecccedilatildeo Ω e a seccedilatildeo de choque de espalhamento (σ) Para uma

colisatildeo elaacutestica entre dois aacutetomos com nuacutemeros atocircmicos Z1 e Z2 (do aacutetomo incidente e do

aacutetomo alvo respectivamente) em que a forccedila de interaccedilatildeo eacute a repulsatildeo eletrostaacutetica dos

nuacutecleos a seccedilatildeo de choque de espalhamento diferencial (por unidade de acircngulo soacutelido) eacute dada

pela Foacutermula de Rutherford (Equaccedilatildeo 9)

119889120590

119889120570= (

119885111988521198902

4119864)2

4

1199041198901198994120579

[1minus ((

11987211198722) 119904119890119899120579)

2

]

12

+cos120579

[1minus ((11987211198722)119904119890119899 120579)

2

]

12

2

(Eq 9)

Em siacutentese a razatildeo entre as concentraccedilotildees relativas dos elementos A e B na

superfiacutecie de uma amostra 119873119860119860119861(119909)

119873119861119860119861(119909)

pode ser calculada com o auxiacutelio de um programa

computacional ou atraveacutes da medida de altura dos degraus obtidos no espectro sendo

calculadas com as Equaccedilotildees 10 e 11

(119889120590

119889120570)119861

(119889120590

119889120570)119860

= Ji (Eq 10)

119873119860119860119861(119909)

119873119861119860119861(119909)

= 119867119860119860119861

119867119861119860119861 119869119894 (Eq 11)

37 Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford - Instrumentaccedilatildeo

Na Figura 13 pode ser observado um esquema com os principais componentes da

instrumentaccedilatildeo utilizada em anaacutelises por RBS que seratildeo descritos em seguida de acordo com

o equipamento utilizado para a realizaccedilatildeo deste trabalho e com informaccedilotildees obtidas na

referecircncia [25]

Figura 13 Esquema dos componentes presentes na instrumentaccedilatildeo utilizada em anaacutelises por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford Fonte Adaptado de [25]

O Laboratoacuterio de Implantaccedilatildeo Iocircnica da Universidade Federal do Rio Grande do Sul

possui um acelerador Tandetron equipado com fontes de iacuteons dos tipos sputtering e de

plasma com tecnologia ldquotandemrdquo com 3MV de tensatildeo maacutexima no terminal e cinco estaccedilotildees

experimentais de linhas distintas incluindo a de RBS

Fonte de iacuteons

Fonte de Plasma um gaacutes ou um vapor eacute ionizado por meio de campos

eletromagneacuteticos na faixa de radiofrequecircncia ou ao ser atravessado por corrente eleacutetrica

Fonte de ldquoSputteringrdquo os iacuteons satildeo produzidos por transferecircncia de momentum

quando da colisatildeo de um feixe primaacuterio (geralmente Cs+) com um alvo soacutelido

Aceleradores ldquotandemrdquo

Neste tipo de acelerador iacuteons positivos deixam a fonte passam por uma troca de

carga (com vapor de Liacutetio ou outro elemento eletropositivo) e satildeo conduzidos com carga

negativa ao tubo acelerador onde satildeo atraiacutedos por um terminal positivo No caso dos iacuteons

produzidos serem originalmente negativos a troca de carga eacute suprimida Junto ao terminal

positivo passam por uma seccedilatildeo contendo um gaacutes ou vapor (N2 no presente caso) ou por uma

folha muito fina de carbono para que os iacuteons emergentes tenham perdido os eleacutetrons Com

carga positiva satildeo novamente acelerados agora por repulsatildeo do terminal Diferenccedilas de

potencial da ordem de vaacuterios milhotildees de volts satildeo obtidas utilizando circuitos multiplicadores

de voltagem que multiplicam e retificam a tensatildeo produzida por um transformador Seguindo

o tubo acelerador geralmente encontra-se um segundo eletroiacutematilde que permite direcionar o

feixe de iacuteons para uma das estaccedilotildees experimentais de acordo com as espeacutecies a serem

detectadas (no presente caso partiacuteculas retroespalhadas)

Detectores de estado soacutelido com junccedilotildees p-n obtidas por implantaccedilatildeo iocircnica

A junccedilatildeo p-n sob polarizaccedilatildeo reversa permite a coleta de cargas geradas na

produccedilatildeo de pares eleacutetron-lacuna Esse fenocircmeno ocorre quando um iacuteon atravessa um

semicondutor excitando eleacutetrons da banda de valecircncia para a banda de conduccedilatildeo que entatildeo

satildeo coletados no acircnodo Dessa forma o nuacutemero de eleacutetrons coletados no acircnodo eacute proporcional

ao nuacutemero de pares de eleacutetron-lacuna produzidos o qual eacute proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo

incidente desde que o iacuteon seja totalmente freado dentro do volume ativo do detector

Analisador multicanal (MCA) no modo de anaacutelise de intensidade de pulso

O MCA consta de uma sequecircncia de registradores onde cada pulso de entrada uma

vez digitalizado por um conversor analoacutegico-digital (ADC) eacute analisado com relaccedilatildeo a sua

amplitude (modo PHA) sob o controle de um discriminador Na sequecircncia o canal de

memoacuteria correspondente tem seu conteuacutedo incrementado em uma unidade Com isso

acumulam-se em um canal especiacutefico todos os pulsos de entrada de um pequeno intervalo de

amplitudes ou energias dos iacuteons incidentes Ao final com a soma dos pulsos recebidos em

cada canal obteacutem-se um histograma do nuacutemero de pulsos em funccedilatildeo de suas amplitudes ou

energias dos iacuteons incidentes

40 METODOLOGIA

41 Amostragem

Amostras de cabelo de 16 pessoas foram coletadas Os doadores foram entrevistados

seguindo o questionaacuterio disponiacutevel no ANEXO I e selecionados de acordo com os seguintes

criteacuterios possuiacuterem cabelos virgens (cabelos sem nenhum tipo de tratamento quiacutemico como

coloraccedilotildees tinturas alisantes entre outros) estarem saudaacuteveis serem natildeo fumantes e viverem

na Regiatildeo Metropolitana do Rio de Janeiro As amostras foram divididas em dois grupos de

oito o primeiro de pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo subterracircneo e o segundo com pessoas

que ingerem a aacutegua tratada e distribuiacuteda pela CEDAE

Foram analisadas amostras de cabelo de duas pessoas que consumiam a aacutegua do

mesmo poccedilo isto eacute duas amostras de cada residecircncia totalizando 4 poccedilos diferentes (a b c

d) na localidade Chaacutecaras Arcampo em Duque de Caxias ndash RJ (Figura 14)

Figura 14 Mapa com os pontos de coleta de amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua

de poccedilo em destaque a localizaccedilatildeo das residecircncias com os poccedilos

Fonte Google Earth Acesso em 30072015

As amostras foram coletadas na regiatildeo occipital da cabeccedila (nuca) como visto na

Figura 15 com o auxiacutelio de uma tesoura de accedilo inoxidaacutevel devidamente limpa com etanol

Essa regiatildeo eacute definida como padratildeo por ser menos suscetiacutevel a contaminaccedilatildeo exoacutegena e

tambeacutem por sempre existir cabelo em indiviacuteduos semicalvos [14] Em seguida as amostras

foram catalogadas e armazenadas em sacos plaacutesticos [5] Informaccedilotildees adicionais sobre o sexo

e a idade dos doadores e o tipo e cor das amostras de cabelo coletadas disponiacuteveis no ANEXO

II

Figura 15 Coleta de amostra de cabelo na regiatildeo occipital da cabeccedila

42 Lavagem das Amostras de Cabelo

Todas as amostras foram submetidas a uma sequecircncia de etapas de lavagem de 10

minutos cada utilizando acetona e aacutegua deionizada (Figura 16) Em seguida foram colocadas

para secar agrave temperatura ambiente de acordo com o procedimento recomendado pela Agecircncia

Internacional de Energia Atocircmica (IAEA) [5]

Figura 16 Lavagem das amostras de cabelo

As amostras analisadas por XRF foram colocadas diretamente no suporte do

equipamento Os fios foram colocados de maneira a se obter a superfiacutecie do porta-amostra

totalmente coberta pelo cabelo a qual em seguida foi coberta por um filme (Ultralenereg 4

microm de espessura) (Figura 17) Para a anaacutelise com o RBS o cabelo foi aderido ao suporte do

porta-amostra com o auxiacutelio de uma fita dupla face de carbono puro (Figura 18)

Figura 17 Amostra de cabelo em porta-amostra do equipamento de Fluorescecircncia de

Raios X

Figura 18 Amostra de cabelo no porta-amostra do equipamento de Espectrometria de

Retroespalhamento Rutherford

43 Paracircmetros Instrumentais

Anaacutelises semiquantitativas de XRF dos elementos presentes no cabelo foram

realizadas no Laboratoacuterio de Impacto de Foacutetons e Eleacutetrons (LIFE) na Universidade Federal do

Rio de Janeiro (UFRJ) Utilizou-se o Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios-X S8 TIGER

ndash BRUKER (Figura 19) na faixa de energia de 05 a 56 keV acircnodo de Rh trabalhando com 1

kW de potecircncia com uma janela de Be de 76 microm atraveacutes do software Quant-Express no

meacutetodo Best Detection O tempo de aquisiccedilatildeo para cada amostra foi de aproximadamente 20

minutos

Os dados por RBS foram realizados no Laboratoacuterio de Implantaccedilatildeo Iocircnica na

Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) Utilizou-se um acelerador de iacuteons

Tandetron - HVEE 3 MV (Figura 20) usando 2000 keV de iacuteons He+ incidentes e detecccedilatildeo de

partiacuteculas retroespalhadas a 165deg

Figura 19 Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X - S8 TIGER - BRUKER

Figura 20 Acelerador de iacuteons Tandetron - HVEE 3 MV onde foi feita a anaacutelise por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford

50 RESULTADOS E DISCUSSOtildeES

51 Anaacutelise por XRF

O espectro completo de XRF da amostra 2 referente ao cabelo de uma pessoa que

ingere aacutegua de poccedilo eacute mostrado na Figura 21 conforme obtido diretamente do equipamento

Eacute possiacutevel identificar as linhas de excitaccedilatildeo do Rh e as linhas de espalhamento Compton e

Rayleigh Os espectros ampliados somente na regiatildeo de interesse com as linhas de

fluorescecircncia Kα e Kβ atribuiacutedas agrave maioria dos elementos (exceto para o chumbo em que se

detectam as linhas Lα e Lβ) e sem as linhas de Rh de todas as amostras analisadas encontram-

se nos ANEXOS III e IV Os elementos analisados e a energia de suas linhas de emissatildeo de

fluorescecircncia Kα e Kβ satildeo apresentados na Tabela 4

Figura 21 Espectro de Fluorescecircncia de Raios X completo da amostra 2

Tabela 4 Energia em keV das principais linhas de emissatildeo de raios x dos elementos

analisados Adaptado de [26]

Os elementos observados e as concentraccedilotildees semiquantitativas das amostras de

cabelo das pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo e das amostras de cabelo das pessoas que

ingerem aacutegua distribuiacuteda pela CEDAE satildeo apresentados respectivamente nas Tabelas 5 e 6

Kα Kβ

Al 1487 1557

Si 1740 1836

P 2014 2139

S 2308 2464

Cl 2622 2816

Ca 3692 4013

Mn 5899 6490

Fe 6404 7058

Cu 8048 8905

Zn 8639 9572

Pb (Linhas Lα e Lβ) 10552 12614

Elementos

Analisados

Energia (keV) das Linhas de

Emissatildeo de Raios X

Tabela 5 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (1 a 8) que

ingerem aacutegua de poccedilo As concentraccedilotildees dos elementos foram normalizadas de modo que a

soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da matriz orgacircnica em conjunto

seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo ldquoa b c drdquo correlacionam a amostra

de cabelo com o poccedilo do qual o indiviacuteduo ingere aacutegua

1 2 3 4 5 6 7 8

Al 002 003 003 34 ppm natildeo det 006 natildeo det 001

Si 001 54 ppm 006 46 ppm 005 002 002 54 ppm

P 003 003 54 ppm 002 001 46 ppm natildeo det 004

S 117 071 115 118 166 135 151 098

Cl 003 65 ppm 002 002 natildeo det 003 natildeo det 61 ppm

Ca 003 003 80 ppm 002 004 002 008 008

Mn 73 ppm 78 ppm 58 ppm 10 ppm natildeo det 91 ppm natildeo det 54 ppm

Fe 001 001 92 ppm 29 ppm 38 ppm 001 27 ppm 83 ppm

Cu 44 ppm 41 ppm 46 ppm 31 ppm natildeo det 44 ppm 37 ppm 36 ppm

Zn 77 ppm 002 91 ppm 82 ppm 41 ppm 92 ppm 40 ppm 98 ppm

Pb 10 ppm 9 ppm 12 ppm 10 ppm natildeo det 10 ppm natildeo det 9 ppm

a b c d

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Elementos

Tabela 6 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (9 a 16)

que ingerem aacutegua tratada e distribuiacuteda pela CEDAE As concentraccedilotildees dos elementos foram

normalizadas de modo que a soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da

matriz orgacircnica em conjunto seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo

9 10 11 12 13 14 15 16

Al 001 36 ppm natildeo det 002 61 ppm 90 ppm 002 natildeo det

Si natildeo det 35 ppm natildeo det 40 ppm 79 ppm 60 ppm natildeo det natildeo det

P 003 34 ppm 003 002 natildeo det 46 ppm natildeo det 41 ppm

S 111 106 116 152 136 145 155 128

Cl 52 ppm 001 002 003 004 005 014 009

Ca 006 004 002 002 001 001 001 001

Mn 51 ppm 9 ppm 32 ppm natildeo det 24 ppm 57 ppm natildeo det 30 ppm

Fe 82 ppm 30 ppm 57 ppm 56 ppm 59 ppm 90 ppm 52 ppm 54 ppm

Cu 31 ppm 51 ppm 28 ppm 27 ppm 31 ppm 44 ppm 14 ppm 29 ppm

Zn 001 001 92 ppm 86 ppm 001 001 42 ppm 001

Pb natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det

Elementos

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

Na anaacutelise semiquantitativa por XRF pode-se verificar a presenccedila de elevadas

concentraccedilotildees de enxofre o que jaacute era esperado visto que este elemento faz parte da estrutura

da cisteiacutena o aminoaacutecido em maior quantidade na composiccedilatildeo do cabelo

Os elementos Ca Zn e Fe foram detectados em todas as amostras dos dois grupos O

Ca aparece na maior parte das amostras em concentraccedilotildees da ordem de enquanto que o Zn

e o Fe da ordem de ppm Os elementos Al P Mn Cl Si e Cu aparecem na maioria das

amostras em ambos os grupos No entanto o Pb foi observado em concentraccedilotildees da ordem de

ppm somente em amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo

Para as amostras 5 7 e 15 utilizou-se um porta amostra com maacutescara de 8 mm de

diacircmetro ao inveacutes da maacutescara de 34 mm utilizada para as outras amostras devido a pouca

quantidade de cabelo coletado Agrave vantagem de poder utilizar menos amostra com a maacutescara

de 8 mm contrapotildee-se um aumento do ruiacutedo de fundo e a consequente perda da sensibilidade

na anaacutelise Tal fato pode provavelmente justificar a quantidade menor de elementos

observados nessas amostras em comparaccedilatildeo com as demais incluindo a ausecircncia do elemento

chumbo nas amostras 5 e 7 jaacute que o mesmo aparece nas amostras 6 e 8 das pessoas que

bebem a mesma aacutegua dos poccedilos c e d respectivamente

52 Anaacutelise por RBS

Apresenta-se na Figura 22 o espectro de RBS da amostra 2 adquirido durante 8

horas de anaacutelise e apoacutes tratamento dos dados atraveacutes do programa computacional OriginPro 8

Duas ampliaccedilotildees (I e II) nas regiotildees de mais alta energia satildeo apresentadas nas Figuras 23 e

24 Observou-se a presenccedila dos elementos C N O Si S Cl Ti Cu Zn e Pb

As energias dos iacuteons He+ retroespalhados a partir da interaccedilatildeo com os nuacutecleos de Pb

e Hg satildeo muito proacuteximas tornando difiacutecil a resoluccedilatildeo dos sinais No entanto o Hg natildeo foi

observado em nenhuma das amostras por XRF enquanto o Pb pode ser detectado claramente

Conclui-se portanto que o degrau no espectro eacute correspondente ao Pb

Utilizando-se o caacutelculo da seccedilatildeo de choque de espalhamento Rutherford foi possiacutevel

obter uma anaacutelise quantitativa relativa da amostra 2 Para isso foi escolhido o enxofre como

elemento padratildeo devido ao fato do S estar presente em todas as amostras de cabelo e ser

facilmente detectaacutevel por ambas as teacutecnicas Para cada aacutetomo de S na amostra de cabelo as

seguintes proporccedilotildees atocircmicas foram obtidas 115 x 102 C 274 x 10

1 N 157 x 10

1 O 479 x

10-1

Si 641 x 10-1

Cl 454 x 10-2

Ti 162 x 10-2

Cu 265 x 10-2

Zn e 504 x 10-4

Pb

Figura 22 Espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da amostra 2

(grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 23 Ampliaccedilatildeo I do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 24 Ampliaccedilatildeo II do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

60 CONCLUSOtildeES

As teacutecnicas de XRF e RBS mostraram-se eficientes e complementares na

determinaccedilatildeo de vaacuterios elementos presentes em amostras de cabelo humano Atraveacutes das duas

teacutecnicas foi possiacutevel detectar de forma semiquantitativa a presenccedila de elementos desde o Al

ateacute o Pb Por RBS tambeacutem foram detectados elementos mais leves como C N e O A

utilizaccedilatildeo conjunta das duas teacutecnicas permitiu a identificaccedilatildeo inequiacutevoca de Pb no espectro de

RBS

Eacute evidente que as concentraccedilotildees dos elementos nas amostras de cabelo dependem de

diversos fatores tais como o tipo de alimentaccedilatildeo idade sexo ambiente em que o indiviacuteduo

vive e podem ser provenientes de meios exoacutegenos e endoacutegenos Entretanto considerando o

natildeo aparecimento do Pb em nenhuma das amostras de cabelo das pessoas que ingerem aacutegua

distribuiacuteda pela CEDAE aleacutem das anaacutelises preacutevias da aacutegua dos poccedilos da aacuterea em estudo eacute

possiacutevel afirmar que existe uma elevada possibilidade da aacutegua de poccedilo estaacute atuando como

uma fonte de contaminaccedilatildeo de Pb para as pessoas Como o Pb eacute um elemento toacutexico com

propriedade de bioacumulaccedilatildeo sua presenccedila pode gerar danos irreversiacuteveis aos organismos

vivos

70 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS

Como sugestotildees deste estudo podemos indicar

Realizar uma anaacutelise quantitativa de um nuacutemero mais amplo de amostras

Efetuar uma comparaccedilatildeo com materiais de referecircncia certificados a fim de

determinar com um grau de confiabilidade mais elevado se as quantidades de

chumbo detectadas nas amostras de cabelo estatildeo acima do intervalo de valores

considerados aceitaacuteveis

80 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

[1] POZEBON D DRESSLER V L CURTIUS A J Anaacutelise de cabelo uma revisatildeo

dos procedimentos para a determinaccedilatildeo de elementos traccedilo e aplicaccedilotildees Quiacutem Nova

1999 22 (6) 838-846

[2] FRAZAtildeO S V Estudo da determinaccedilatildeo de elementos traccedilo em cabelos humanos

pelo meacutetodo de anaacutelise por ativaccedilatildeo de necircutrons Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Ciecircncias na

Aacuterea de Tecnologia Nuclear ndash Aplicaccedilotildees Instituto de Pesquisas Energeacuteticas e Nucleares ndash

Universidade de Satildeo Paulo - USP Satildeo Paulo 2008

[3] CARNEIRO M T W D SILVEIRA C L P MIEKELEY N FORTES L M C

Reference intervals for minor and trace elements in human hair for the population of

Rio de Janeiro city Brazil Quiacutem Nova 2002 25 (1) 37-45

[4] KEMPSON I M SKINNER W M KIRKBRIDE K P The ocurrence and

incorporation of copper and zinc in hair and their potential role as bioindicators a

review Journal of Toxicology and Environmental Health 2007 B 10 611-622

[5] CORTES-TORO E DE GOEIJ J J M BASCO J CHENG Y KINOVA L

MATSUBARA J NIESE S SATP T WESENBERG G R MURAMATSU Y PARR

R M The significance of hair mineral analysis as a means for assessing internal body

burdens of environmental pollutants results from an IAEA co-ordinated research

programme Journal of Radionalytical and Nuclear Chemistry 1993 167 (2) 413-421

[6] CLAYTON E WOOLER K K Sample preparation and system calibration for

Proton-Induced X-ray Emission analysis of hair from occupationally exposed workers

Anal Chem198557 1075-1079

[7] MIEKELEY N CARNEIRO M T W D SILVEIRA C L P How reliable are

human hair reference intervals for trace elements The Science of the Total Environment

1998 218 9-17

[8] MIEKELEY N FORTES L M C SILVEIRA C L P LIMA M B Elemental

anomalies in hair as indicators of endocrinologic pathologies and deficiencies in calcium

and bone metabolism Journal of Trace Elements in Medicine and Biology 2001 15 46-55

[9] TORIBARA T Y JACKSON D A FRENCH W R THOMPSON A C

JACKLEVIC J M Nondestructive X-Ray Fluorescence Spectrometry for determination

of trace elements along a single strand of hair Anal Chem 1982 54 1844-1849

[10] KHUDER A BAKIR M A HASAN R MOHAMMAD A Determination of

nickel cuper zinc and lead in human scalp hair in Syrian occupationally exposed

workers by total reflection X-Ray Fluorescence Environ Monit Assess 2008 143 67-74

[11] BARANOWSKA I BARCHANSKI L BAK M SMOLEC B MZYK Z X-Ray

Fluorescence Spectrometry in multielemental analysis of hair and teeth Polish Journal of

Environmental Studies 2004 13 (6) 639-646

[12] WATT F LANDSBERG J P Nuclear microscopy biomedical applications

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research 1993 B 77 249-260

[13] PAIXAtildeO P V GOMES L M B Anaacutelise de aacutegua de poccedilos subterracircneos na

localidade Chaacutecaras Arcampo em Duque de Caxias ndash RJ Relatoacuterio Final de Estaacutegio

Iniciaccedilatildeo Cientiacutefica Instituto de Quiacutemica ndash Universidade Federal do Rio de Janeiro ndash UFRJ

Rio de Janeiro 2012

[14] ANUNCIACcedilAtildeO D L R Anaacutelise de elementos maiores menores e traccedilo em

amostras de cabelo aplicado a triagem populacional com elevada incidecircncia de cacircncer

Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Quiacutemica Instituto de Quiacutemica ndash Universidade de Brasiacutelia

Brasiacutelia ndash Distrito Federal 2008

[15] TEGON E C Caracterizaccedilatildeo Quiacutemica do Enxofre e do Caacutelcio presentes em

amostras de cabelos empregando as teacutecnicas XRF e NEXAFS Projeto de Final de Curso

em Quiacutemica com Atribuiccedilotildees Tecnoloacutegicas Instituto de Quiacutemica ndash Universidade Federal do

Rio de Janeiro Rio de Janeiro 2013

[16] Dossiecirc os minerais na alimentaccedilatildeo Food Ingredients Brasil 2008 ndeg 4 48-65

Disponiacutevel em lt wwwrevista-ficommaterias52pdfgt Acesso em 30 de julho de 2015

[17] CEDAE Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos Disponiacutevel em

ltwwwcedaecombrgt Acesso em 30 de julho de 2015

[18] IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatiacutestica Censo Brasileiro de 2010 Rio de

Janeiro 2010 Disponiacutevel em ltwwwcenso2010ibgegovbrgt Acesso em 30 de julho de

2015

[19] RESENDE D ALENCAR E ALMEIDA R BERTA R Principal reservatoacuterio do

Paraiacuteba do Sul Paraibuna chega ao volume morto pela primeira vez Jornal O Globo 22

de janeiro de 2015 Disponiacutevel em httpogloboglobocomrioprincipal-reservatorio-do-

paraiba-do-sul-paraibuna-chega-ao-volume-morto-pela-primeira-vez-gt Acesso em 30 de

julho de 2015

[20] Fundamentos teoacutericos da teacutecnica de anaacutelise espectromeacutetrica por fluorescecircncia de

raios-x PUC-Rio ndash Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em

lthttpwwwmaxwellvracpuc-riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 30 de julho de 2015

[21] TASCH P DAMIANI F OLIVEIRA L C M IE - 607A Teacutecnicas de anaacutelise e

caracterizaccedilatildeo de materiais Universidade Estadual de Campinas ndash UNICAMP Campinas

2000

[22] FILHO V F N Teacutecnicas analiacuteticas nucleares de Fluorescecircncia de Raios ndashX por

Dispersatildeo de Enerdia (ED-XRF) e por Reflexatildeo Total (TXRF) Departamento de Ciecircncias

Exatas ESALQ Laboratoacuterio de Instrumentaccedilatildeo Nuclear CENA Universidade de Satildeo Paulo

ndash USP Satildeo Paulo 1999

[23] PERDONAacute C R Introduccedilatildeo a espectrometria de Fluorescecircncia de Raios-X Manual

Teacutecnico ndash BRUKER 2014

[24] O espectrocircmetro de fluorescecircncia de raios-x Thermo ARL 9900 PUC-Rio ndash

Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em lthttpwwwmaxwellvracpuc-

riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 08 de agosto de 2015

[25] KRUG C Superfiacutecies porosas recobertas com metalocenos anaacutelise multivariada

envolvendo caracterizaccedilatildeo com feixe de iacuteons Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Fiacutesica Instituto

de Fiacutesica Universidade Federal do Rio Grande do Sul ndash UFRGS Porto Alegre 2000

[26] TABACNIKS M H Anaacutelise de filmes finos por PIXE e RBS Instituto de Fiacutesica da

Universidade de Satildeo Paulo Disponiacutevel em ltwww2ifuspbr~lamfipixeamprbspdfgt Acesso

em julho de 2015

[27] ALMEIDA C R Efeito de tratamentos teacutermico e quiacutemico de aerogeacuteis de oacutexido de

estanho Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Engenharia Eleacutetrica Universidade Federal de Santa

Catarina Florianoacutepolis 2013

[28] ATTWOOD D T HENKE B L et al X-Ray Data Booklet Lawrence Berkeley

Laboratory University of California Berkeley California 1986

ANEXO I

MODELO DO QUESTIONAacuteRIO PREENCHIDO ANTES DA COLETA DAS AMOSTRAS

DE CABELO

Coacutedigo da amostra

Nome

Idade (anos)

Endereccedilo

Fuma Sim ( ) Natildeo ( )

Ingere aacutegua de que tipo (poccedilo CEDAE) Poccedilo ( ) CEDAE ( )

Fez algum tipo de tratamento quiacutemico no cabelo

(coloraccedilatildeo alisamento etc)Sim ( ) Natildeo ( )

Qual Quando foi a uacuteltima vez

Esteve bem de sauacutede nos uacuteltimos 6 meses Sim ( ) Natildeo ( )

Data da coleta

Responsaacutevel pela coleta

COLETA DE AMOSTRA DE CABELO

ANEXO II

INFORMACcedilOtildeES ADICIONAIS SOBRE OS DOADORES E AS AMOSTRAS DE

CABELO COLETADAS

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

1 Feminino 62 Cacheado Castanho Escuro

2 Feminino 27 Cacheado Castanho Escuro

3 Feminino 17 Liso Castanho Escuro

4 Feminino 10 Cacheado Castanho Escuro

5 Feminino 58 Liso Castanho Escuro

6 Feminino 7 Cacheado Castanho Escuro

7 Masculino 17 Liso Castanho Claro

8 Feminino 39 Liso Castanho Escuro

Pessoas que Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

9 Feminino 41 Cacheado Castanho Escuro

10 Feminino 17 Ondulado Castanho Claro

11 Masculino 1 Cacheado Castanho Escuro

12 Feminino 11 Liso Castanho Escuro

13 Masculino 21 Liso Castanho Escuro

14 Masculino 42 Cacheado Preto

15 Masculino 6 Liso Preto

16 Masculino 14 Liso Preto

Pessoas que Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

ANEXO III

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DE POCcedilO (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 1

Amostra 2

Amostra 3

Amostra 4

Amostra 5

Amostra 6

Amostra 7

Amostra 8

ANEXO IV

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DISTRIBUIacuteDA PELA CEDAE (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 9

Amostra 10

Amostra 11

Amostra 12

Amostra 13

Amostra 14

Amostra 15

Amostra 16

Page 15: Dissertação Priscilla Velasco da Paixão

LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS

AAS - Atomic Absorption Spectroscopy (Espectroscopia de Absorccedilatildeo Atocircmica)

CEDAE - Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos do Rio de Janeiro

CONAMA - Conselho Nacional do Meio Ambiente

ERD - Elastic Recoil Detection (Anaacutelise por Detecccedilatildeo de Recuo Elaacutestico)

IAEA - International Atomic Energy Agency (Agecircncia Internacional de Energia Atocircmica)

IBGE - Instituto Brasileiro de Geografia e Estatiacutestica

ICP-AES - Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry (Espectrometria de

Emissatildeo Atocircmica com Plasma Indutivamente Acoplado)

ICP-MS - Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (Espectrometria de Massa com

Plasma Indutivamente Acoplado)

ICP-OES - Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometry (Espectrometria de

Emissatildeo Oacuteptica com Plasma Acoplado Indutivamente)

LIFE - Laboratoacuterio de Impacto de Foacutetons e Eleacutetrons

NAA - Neutron Activation Analysis (Anaacutelise por Ativaccedilatildeo de Necircutrons)

PET ndash Pentaeritriato

PHA - Pulse Height Analyzer (Analisador de Altura de Pulso)

PIXE - Proton Induced X-Ray Emission (Emissatildeo de Raios X Induzidos por Proacutetons)

RBS - Rutherford Backscattering Spectrometry (Espectrometria de Retroespalhamento

Rutherford)

UFRGS - Universidade Federal do Rio Grande do Sul

UFRJ - Universidade Federal do Rio de Janeiro

WDXRF - Wavelength Dispersive X-ray Fluorescence (Fluorescecircncia de Raios X por

Dispersatildeo de Comprimento de Onda)

XRF - X-Ray Fluorescence (Fluorescecircncia de Raios X)

16

10 INTRODUCcedilAtildeO

A determinaccedilatildeo de elementos traccedilo em cabelo tem sido assunto de estudo em

diversas aacutereas da ciecircncia dentre elas o monitoramento de exposiccedilatildeo ambiental e ocupacional

avaliaccedilatildeo da intoxicaccedilatildeo por metais toacutexicos avaliaccedilatildeo do estado nutricional diagnoacutestico e

prevenccedilatildeo de doenccedilas e nas ciecircncias forenses Isto se deve ao fato do cabelo ser considerado

um ldquodosiacutemetro bioloacutegicordquo que reflete a exposiccedilatildeo e absorccedilatildeo do indiviacuteduo a determinado

elemento ou seja a concentraccedilatildeo dos elementos traccedilo no cabelo indica a concentraccedilatildeo dos

mesmos no organismo [1-5]

Frente agrave anaacutelise de outros materiais bioloacutegicos como urina e sangue o cabelo tem a

vantagem da facilidade de amostragem (sem dor ou trauma para o indiviacuteduo) facilidade de

armazenamento transporte e manuseio possibilidade de obtenccedilatildeo de um registro histoacuterico de

exposiccedilatildeo aos elementos em questatildeo aleacutem da estabilidade estrutural da amostra permitindo o

diagnoacutestico por um periacuteodo maior de tempo (meses a anos) [1-46]

Haacute muita controveacutersia na literatura quanto aos dados disponiacuteveis em relaccedilatildeo agrave anaacutelise

elementar em cabelos no tocante agrave falta de um procedimento padratildeo de anaacutelise com uma

etapa de lavagem que seja completamente eficiente em eliminar a contaminaccedilatildeo exoacutegena (ar

aacutegua cosmeacuteticos entre outros) da contaminaccedilatildeo endoacutegena (incorporado ao fio do cabelo

durante a primeira fase de crescimento) [1-3]

Nas uacuteltimas deacutecadas vaacuterios estudos relacionados agrave determinaccedilatildeo elementar de

cabelos com foco em quiacutemica ambiental e ciecircncia meacutedica foram realizados Dentre as teacutecnicas

mais utilizadas encontram-se Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry

(ICP-AES) [13] Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (ICP-MS) [1378]

Neutron Activation Analysis (NAA) [15] Atomic Absorption Spectroscopy (AAS) [15] X-

Ray Fluorescence (XRF) [59-11] e Proton Induced X-Ray Emission (PIXE) [612]

Encontramos na literatura apenas um relato anterior sobre a anaacutelise por RBS de amostras de

cabelo em que a RBS foi utilizada para determinar os principais componentes de cabelo (C

N O e S) Os mesmos autores tambeacutem utilizaram PIXE para determinar elementos em

concentraccedilatildeo mais baixa e Elastic Recoil Detection (ERD) para determinar Hidrogecircnio [6]

Em trabalho de Iniciaccedilatildeo Cientiacutefica feito por mim com orientaccedilatildeo da Prof Dr Lola

Maria Braga Gomes do Departamento de Quiacutemica Analiacutetica-UFRJ em 2012 foram realizadas

anaacutelises da qualidade da aacutegua de 6 poccedilos subterracircneos na localidade Chaacutecaras Arcampo na

cidade de Duque de Caxias-RJ Foram determinados por ICP-OES os seguintes elementos

Cr Mn Fe Ni Cu Zn Ar Cd e Pb Constatou-se a presenccedila de chumbo em valores ateacute 55

vezes acima do permitido pelos Padrotildees de Qualidade de Aacutegua Subterracircnea do CONAMA

[13]

O presente trabalho foi realizado com a intenccedilatildeo de verificar quais elementos

estariam presentes nas amostras de cabelo das pessoas daquela localidade e que ingerem esse

tipo de aacutegua Dentro do nosso conhecimento esta eacute a primeira vez em que XRF e RBS satildeo

conjuntamente aplicados para a determinaccedilatildeo de elementos traccedilo presentes em amostras de

cabelo

Considera-se este trabalho relevante tanto para servir como fonte de dados quanto

para o seu possiacutevel uso no acircmbito social principalmente no que diz respeito ao abastecimento

de aacutegua e a sauacutede de parte da populaccedilatildeo que consome diariamente uma aacutegua sem tratamento

20 OBJETIVO

O presente trabalho tem como objetivo utilizar as teacutecnicas de Fluorescecircncia de

Raios X (XRF) e Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford (RBS) para determinar e

comparar elementos presentes em amostras de cabelo de dois grupos de pessoas que vivem na

Regiatildeo Metropolitana do Rio de Janeiro No primeiro grupo estatildeo pessoas que ingerem aacutegua

de poccedilo enquanto no segundo grupo estatildeo pessoas que ingerem aacutegua tratada e distribuiacuteda pela

Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos (CEDAE) do Rio de Janeiro

30 REVISAtildeO BIBLIOGRAacuteFICA E FUNDAMENTOS TEOacuteRICOS

31 O Cabelo

O cabelo possui uma funccedilatildeo esteacutetica com papel importante nos atributos da beleza

mas tem como principal funccedilatildeo a proteccedilatildeo da cabeccedila dos raios solares Esse processo eacute

realizado atraveacutes de receptores nervosos que agem como sensores teacutermicos capazes de

aumentar a proteccedilatildeo quando necessaacuterio [1214]

A composiccedilatildeo do cabelo eacute de aproximadamente 80 de proteiacutenas 15 de aacutegua e

aproximadamente 5 de lipiacutedios e constituintes inorgacircnicos O cabelo eacute basicamente

constituiacutedo por trecircs camadas cutiacutecula (camada externa) coacutertex (parte intermediaacuteria) e medula

(parte mais interna) (Fig 1) A cutiacutecula eacute formada por vaacuterias subcamadas separadas por um

complexo de ceacutelulas alongadas e justapostas que envolvem o coacutertex O coacutertex eacute o principal

constituinte do cabelo formado por um conjunto de ceacutelulas ciliacutendricas denominadas matriz e

perfeitamente ligadas umas as outras Na matriz encontram-se a α-queratina e outras

proteiacutenas A medula apresenta-se em pequena quantidade e pode estar ausente em alguns tipos

de cabelo Eacute composta por ceacutelulas anucleadas contendo lipiacutedeos e granulaccedilotildees pigmentadas

[1214]

Figura 1 Desenho esquemaacutetico de um fio de cabelo

Fonte http ltwwwartistasdocabelocombrgt Acesso em 30072015

O fio de cabelo desenvolve-se a partir de cavidades denominadas foliacuteculos pilosos

localizados de 3 a 5 mm abaixo da superfiacutecie da pele A taxa de crescimento meacutedio do fio eacute de

cerca de 1 cm por mecircs e cada fio pode ter de 15 a 120 microm de diacircmetro dependendo do tipo de

cabelo O ciclo de crescimento do cabelo eacute dividido em trecircs estaacutegios (Fig2)

Anaacutegeno ocorre o crescimento ativo do cabelo com irrigaccedilatildeo sanguiacutenea atraveacutes dos

foliacuteculos capilares na regiatildeo da papila Pode durar ateacute 7 anos Em um adulto cerca de

90 dos fios encontram-se neste estaacutegio

Cataacutegeno ocorre uma transiccedilatildeo entre o crescimento do fio e seu teacutermino dura apenas

algumas semanas O cabelo para de receber irrigaccedilatildeo sanguiacutenea para de crescer e a

parte mais profunda do foliacuteculo piloso fica mais proacutexima da superfiacutecie da pele

Teloacutegeno ocorre a queda do fio iniciando o crescimento de outro fio atraveacutes de um

foliacuteculo novo que surge no mesmo local [1214]

Figura 2 Esquema das fases de crescimento do cabelo

Fonte httpltwwwtratamentocalviciecombrartigo_02phpgt Acesso em 30072015

A α-queratina eacute uma proteiacutena que apresenta uma estrutura secundaacuteria (α-heacutelice) em

um arranjo helicoidal estabilizado por pontes de hidrogecircnio (Figura 3) e eacute responsaacutevel por dar

sustentaccedilatildeo ao cabelo Ela fica imersa na matriz e eacute composta por uma sequecircncia de

aminoaacutecidos (Tabela 1) sendo a cisteiacutena o principal desses

Figura 3 Estrutura secundaacuteria (α-heacutelice) da α-queratina

Fonte httpltwwwslideplayercombrgt Acesso em 27092015

Tabela 1 Composiccedilatildeo de aminoaacutecidos no cabelo normal Fonte [15]

Ligaccedilotildees quiacutemicas cruzadas entre as cadeias polimeacutericas de α-queratina formam

pontes dissulfeto (-S-S-) que datildeo origem aos resiacuteduos de cistina (Fig4) Como estatildeo em

grande quantidade na composiccedilatildeo do cabelo formam uma rede de alta resistecircncia e datildeo o

formato ao fio A reduccedilatildeo dessas ligaccedilotildees causa mudanccedilas nas propriedades mecacircnicas do fio

Cortes histoloacutegicos evidenciaram elevada atividade de metais pesados na α-queratina [114]

Aminoaacutecido Quantidade Residual ()

Aacutecido Aspaacutertico 49

Aacutecido Glutacircmico 114

Alanina 46

Arginina 58

Cisteiacutena 178

Fenilalanina 16

Glicina 64

Histidina 09

Isoleucina 26

Leucina 58

Lisina 27

Metionina 06

Prolina 84

Serina 117

Tirosina 2

Treonina 68

Valina 58

Figura 4 Estrutura da Cisteiacutena e da Cistina Reaccedilatildeo de oxi-reduccedilatildeo formando a ponte

dissulfeto Adaptado de httpltbiocienciascpoblogspotcombr201211resumo-

proteinashtmlgt

A incorporaccedilatildeo de elementos ao cabelo pode ocorrer por dois meios exoacutegeno e

endoacutegeno A incorporaccedilatildeo endoacutegena ocorre no primeiro estaacutegio de crescimento do fio onde o

foliacuteculo capilar encontra-se em contato com as glacircndulas secretoras e vasos sanguiacuteneos

Assim os elementos quiacutemicos que circulam no organismo atraveacutes dos fluidos podem

incorporar-se ao cabelo Estima-se que o periacuteodo entre a absorccedilatildeo pelo indiviacuteduo e a

incorporaccedilatildeo de elementos no cabelo seja de 30 dias Um modelo mais simples sugere que a

incorporaccedilatildeo endoacutegena ocorra de forma passiva isto eacute por difusatildeo [1] Os metais ligam-se

aos aminoaacutecidos atraveacutes de seus grupos funcionais como sulfidrila (-SH) amina (-NH2)

hidroxila (-OH) e carboxila (-COOH) nos quais a forccedila destas ligaccedilotildees dependeraacute da

estrutura eletrocircnica externa do metal [14]

Na incorporaccedilatildeo exoacutegena os elementos quiacutemicos satildeo levados ao cabelo por fatores

externos como aacutegua poeira fumaccedila cosmeacuteticos entre outros Os elementos podem ligar-se agrave

cutiacutecula do fio capilar principalmente se as cutiacuteculas estiverem danificadas [14]

32 Elementos Essenciais e Natildeo Essenciais e a Sauacutede Humana

Os elementos traccedilos podem ser divididos em essenciais e natildeo essenciais de acordo

com a importacircncia nutricional e a influecircncia no organismo dos seres vivos Os elementos

traccedilo essenciais satildeo considerados beneacuteficos e indispensaacuteveis para os seres vivos dentro de

uma faixa especiacutefica de concentraccedilatildeo Na Tabela 2 estatildeo listados os elementos traccedilo

essenciais e suas respectivas funccedilotildees bioloacutegicas [214]

Tabela 2 Elementos traccedilo essenciais e algumas de suas funccedilotildees bioloacutegicas

Adaptado de [14 16]

B Previne a osteoporose em mulheres na fase poacutes-menopausa

CaImportante na coagulaccedilatildeo sanguinea na contraccedilatildeo muscular transmissatildeo nervosa e

formaccedilatildeo de ossos e dentes

Cl Presente no suco gaacutestrico manteacutem o equilibrio hidrico e de eletroacutelitos

Co Constituinte da vitamina B12

Cr Importante no metabolismo da glicose

Cu Cofator em enzimas redox e no transporte de O2

F Prevenccedilatildeo das patologias bucodentaacuteria e oacutessea atua tambeacutem nos tecidos celulares

Fe Cofator em muitas enzimas e proteiacutenas heme

IPresente na estrutura de dois fatores hormonais da glacircndula tireoacuteide (tiroxina e

triiodotiroxina)

KImportante na regulaccedilatildeo da atividade neuromuscular crescimento celular e equiliacutebrio

osmoacutetico

MgRegula diversas reaccedilotildees enzimaacuteticas e age sobre as trocas iocircnicas da membrana

celular

MnCofator em muitas enzimas auxilia na reduccedilatildeo de accedilucar no sangue e a regular o

funcionamento do sistema reprodutivo

Elementos Essenciais e suas Funccedilotildees Bioloacutegicas

Os elementos traccedilo natildeo essenciais satildeo aqueles que natildeo apresentam nenhuma funccedilatildeo

no metabolismo das espeacutecies animais e vegetais e quando estatildeo em alta concentraccedilatildeo podem

provocar efeitos negativos ao organismo dos seres vivos Na Tabela 3 estatildeo listados alguns

elementos traccedilo natildeo essenciais e suas toxicidades [214]

Mo Cofator em enzimas que metabolizam os aminoaacutecidos metionina e cistina

NaAtua no controle osmoacutetico volume plasmaacutetico transmissatildeo de impulsos nervosos e

controle da contraccedilatildeo muscular

Ni A essencialidade eacute provaacutevel mas ainda natildeo estaacute estabelecida

PAtua na formaccedilatildeo dos ossos e dentes participa da estrutura das membranas

celulares e do processo de absorccedilatildeo renal da glicose

SParticipa da construccedilatildeo das proteiacutenas e no metabolismo energeacutetico faz parte de

algumas vitaminas (tiamina e biotina)

SeParticipaccedilatildeo na siacutentese de hormocircnios tireoideanos na accedilatildeo antioxidante e eacute cofator

em enzimas

Si Atua na estrutura da derme promovendo sua elasticidade

Sn A essencialidade eacute provaacutevel mas ainda natildeo estaacute estabelecida

V A essencialidade eacute provaacutevel mas ainda natildeo estaacute estabelecida

ZnCofator em algumas enzimas e na insulina tambeacutem exerce influecircncia no metabolismo

dos aacutecidos nucleiacutecos

Tabela 3 Elementos traccedilo natildeo essenciais e suas toxicidades Adaptado de [14]

Os termos macrominerais e microminerais (ou elementos-traccedilo) tambeacutem satildeo muito

utilizados no meio cientiacutefico principalmente na aacuterea de nutriccedilatildeo Os macrominerais satildeo

aqueles elementos encontrados em altas concentraccedilotildees nas amostras geralmente acima de

1 ou cuja necessidade diaacuteria no organismo seja maior que 100 mg No cabelo satildeo

considerados macrominerais por exemplo Ca P S Mg Na K e Cl Jaacute os microminerais satildeo

aqueles encontrados em baixas concentraccedilotildees na amostra (ppm ou ppb) ou cuja necessidade

no organismo seja inferior a 100 mg por dia No cabelo podem ser citados os seguintes

microminerais Fe Zn Cu Mn I Cr Se F Co Ni Si e Mo [114]

33 Abastecimento de Aacutegua na Regiatildeo de Amostragem

No Estado do Rio de Janeiro a captaccedilatildeo tratamento aduccedilatildeo e distribuiccedilatildeo das redes

de aacutegua ficam a cargo da CEDAE ndash Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos No presente

momento a CEDAE abastece cerca de 9 milhotildees de pessoas em 64 dos 92 municiacutepios do

Estado sendo Duque de Caxias um desses [17]

O abastecimento de aacutegua pela CEDAE na cidade de Duque de Caxias nunca ocorreu

de forma contiacutenua e natildeo haacute garantia da manutenccedilatildeo da qualidade da aacutegua ateacute a chegada ao

Al

Causa ao organismo anemia enfraquecimento dos ossos e muacutesculos

dificuldade no metabolismo do caacutelcio alteraccedilotildees hepatoloacutegicas e

renais dores de cabeccedila e nervosismo

AsInterrompe a expressatildeo de diversos genes em especial aqueles que

participam das vias de transduccedilatildeo de sinal

CdOcasiona perda de peso hemorragia danos ao sistema respiratoacuterio

hepatoloacutegico e renal

PbGera alteraccedilotildees cardiovasculares gastrointestinais hematoloacutegicas

renais neuroloacutegicas e imunoloacutegicas

Elementos Natildeo Essenciais e suas Toxicidades

consumidor Segundo dados do CENSO-2010 dos 269353 domiciacutelios estabelecidos no

municiacutepio de Duque de Caxias apenas 63 alegaram receber aacutegua de redes de distribuiccedilatildeo

[18] Diante do cenaacuterio atual em que o Sudeste vive a maior crise hiacutedrica dos uacuteltimos cem

anos devido agrave escassez de chuvas os reservatoacuterios que abastecem o estado do Rio de Janeiro

encontram-se em niacuteveis muito baixos e alguns deles chegaram ao volume morto (reserva

teacutecnica) Com isso o abastecimento de aacutegua para a populaccedilatildeo estaacute a cada dia mais escasso

Na Figura 5 apresenta-se uma foto da situaccedilatildeo do maior reservatoacuterio da Bacia do Rio Paraiacuteba

do Sul (em fevereiro deste ano) Este reservatoacuterio alimenta a Estaccedilatildeo de Tratamento de Aacutegua

do Guandu que por sua vez eacute responsaacutevel pelo abastecimento de toda a Regiatildeo Metropolitana

do Rio de Janeiro [19]

Figura 5 Reservatoacuterio Paraibuna localizado na Bacia do Rio Paraiacuteba do Sul apoacutes estiagem dos uacuteltimos anos

Na foto o reservatoacuterio estaacute com -056 da capacidade (volume morto) 03022015 Fonte http

ltogloboglobocomrionivel-de-reservatorios-do-rio-paraiba-do-sul-apresentam-leve-melhora-apos-chuvas-

fortes-15229418gt Acesso em 30072015

Devido aos fatores mencionados aliados agrave facilidade de manutenccedilatildeo e ao baixo custo

de perfuraccedilatildeo a utilizaccedilatildeo de aacutegua de poccedilo subterracircneo (Figura 6) eacute cada vez mais requisitada

para suprir as carecircncias de abastecimento No Brasil o aquiacutefero subterracircneo abastece cerca de

19 do total dos domiciacutelios particulares enquanto que no municiacutepio de Duque de Caxias este

percentual atinge os 35 segundo o CENSO-2010 [18]

Figura 6 Poccedilo subterracircneo em Duque de Caxias

34 Fluorescecircncia de Raios X - Teoria

A Espectroscopia de Fluorescecircncia de Raios X eacute uma teacutecnica natildeo destrutiva que

permite a identificaccedilatildeo simultacircnea (qualitativa e quantitativa) de elementos presentes em uma

amostra A teacutecnica baseia-se no fato dos elementos quiacutemicos emitirem radiaccedilotildees

caracteriacutesticas quando submetidos a uma excitaccedilatildeo adequada [20-23]

As amostras satildeo irradiadas com foacutetons (feixe de raios x) gerados por uma fonte Esse

feixe de raios x primaacuterio possui energia suficiente para ejetar eleacutetrons de camadas internas do

aacutetomo (camadas com maior energia de ligaccedilatildeo) transferindo energia para este eleacutetron que eacute

ejetado como fotoeleacutetron O aacutetomo fica instaacutevel (excitado) com uma vacacircncia na camada

interna Com o intuito de diminuir a energia do sistema eleacutetrons de outras camadas

preenchem essa lacuna A diferenccedila de energia entre os niacuteveis da transiccedilatildeo eletrocircnica eacute

liberada atraveacutes da emissatildeo de um foacuteton de raios x (fluorescecircncia ou raio x secundaacuterio) que

tem energia caracteriacutestica para cada elemento como ilustrado na Figura 7 A energia do raio x

caracteriacutestico eacute fornecida pela Equaccedilatildeo 1 [20-23]

Ex = Eni - Enf (Eq1)

Onde

Ex = energia do raio x caracteriacutestico emitido

Eni Enf = energia dos estados eletrocircnicos inicial e final respectivamente

Figura 7 Esquema do princiacutepio da Fluorescecircncia de Raios X

Fonteltwwwshimadzucombrgt Acesso em 30072015

A radiaccedilatildeo caracteriacutestica eacute nomeada de acordo com o niacutevel de onde se apresenta a

vacacircncia (K L M) e de qual niacutevel (α β) e subniacutevel (1 2) proveacutem o eleacutetron que iraacute

ocupar essa lacuna Por exemplo a vacacircncia originada na camada K pode ser preenchida por

eleacutetrons de dois subniacuteveis da camada L o que origina as linhas espectrais Kα1 e Kα2 Se a

vacacircncia da camada K fosse ocupada por um eleacutetron da M teria-se o Kβ e assim por diante

[23]

Com isso os elementos em uma amostra podem ser identificados atraveacutes da medida

do comprimento de onda (ou energia) dessas radiaccedilotildees caracteriacutesticas e as concentraccedilotildees

mensuradas pela intensidade dessas radiaccedilotildees [2123]

Quando um feixe de raios x incide sobre um determinado material diversas formas

de interaccedilatildeo entre a radiaccedilatildeo e a mateacuteria podem ocorrer tais como o Efeito Auger e os

espalhamentos Rayleigh e Compton [20-23]

O processo de relaxaccedilatildeo natildeo-radiativa ou Efeito Auger ocorre quando o aacutetomo

excitado emite um eleacutetron (eleacutetron Auger) ao inveacutes do processo de fluorescecircncia (Figura 8)

Esses dois processos de relaxaccedilatildeo do sistema satildeo concorrentes e a predominacircncia de um ou de

outro depende do numero atocircmico O Efeito Auger prevalece em elementos com baixo

nuacutemero atocircmico (Zlt20) [21]

Figura 8 Efeito Auger [20]

O fenocircmeno de espalhamento de raios x eacute importante em espectroscopia pois eacute

responsaacutevel pela intensidade da radiaccedilatildeo de fundo (background) presente em uma

determinada medida Ele eacute a soma dos efeitos de dois fenocircmenos o espalhamento coerente

elaacutestico ou Rayleigh no qual os raios x primaacuterios satildeo defletidos sem perda de energia isto eacute

sem alteraccedilatildeo no comprimento de onda (λ) e o espalhamento incoerente inelaacutestico ou

Compton no qual foacutetons de raios x primaacuterio satildeo defletidos com perda de energia e com

ejeccedilatildeo de um fotoeleacutetron (Figura 9) [21]

Figura 9 Espalhamento Compton e Rayleigh [21]

35 Fluorescecircncia de Raios X - Instrumentaccedilatildeo

Na Figura 10 pode ser observado um esquema com os principais componentes do

espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X por Dispersatildeo de Comprimento de Onda

(WDXRF - Wavelength Dispersive X-ray Fluorescence) utilizado neste trabalho Suas

funccedilotildees seratildeo descritas em seguida [23]

Figura 10 Instrumentaccedilatildeo do Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X por Dispersatildeo de

Comprimento de Onda - S8 TIGER - BRUKER [23]

Tubo de Raios X

A radiaccedilatildeo incidente eacute produzida em um tubo de raios x consistindo em uma ampola

de vidro ou de metal sob alto vaacutecuo com um filamento de tungstecircnio em uma extremidade

denominado caacutetodo e um alvo de metal na outra extremidade denominado acircnodo

O filamento eacute aquecido por uma corrente eleacutetrica e emite eleacutetrons (emissatildeo

termiocircnica) Os eleacutetrons satildeo acelerados rumo a um acircnodo (alvo) empregando-se uma

diferenccedila de potencial (10-70 kV) Raios x primaacuterios satildeo produzidos quando esses eleacutetrons

com alta velocidade colidem com o material alvo Com o impacto a maior parte da energia

cineacutetica dos eleacutetrons eacute convertida em calor exigindo que o acircnodo seja resfriado de forma

eficiente Apenas uma pequena parte (02-05 dependendo do tipo do alvo) da energia

eletrocircnica eacute convertida em raios x uacuteteis

Essa radiaccedilatildeo consiste em um Contiacutenuo ou Bremsstrahlung e linhas de raios x

caracteriacutesticas do material alvo (aleacutem de linhas caracteriacutesticas de quaisquer contaminantes

presentes) Assim o espectro primaacuterio de um tubo de raios x convencional consiste em linhas

caracteriacutesticas do material do acircnodo (por exemplo Rh) superpostas a um contiacutenuo de

radiaccedilatildeo

Os tubos de raios x satildeo geralmente isolados atraveacutes de uma janela de beriacutelio pois

esse elemento apresenta baixa absorccedilatildeo de raios x e alta resistecircncia mecacircnica para suportar as

diferenccedilas de pressatildeo

Filtros do Feixe Primaacuterio

O espectro primaacuterio pode natildeo conter apenas as linhas do elemento-alvo mas tambeacutem

as linhas de impurezas como Fe Cr ou Cu presentes em vaacuterias partes do tubo Desta forma o

niacutevel de fundo (background) na posiccedilatildeo desses elementos no espectro pode ser elevado

Filtros de feixe primaacuterio satildeo utilizados para filtrar as linhas caracteriacutesticas do tubo se

o mesmo elemento estiver presente na amostra ou se houver sobreposiccedilatildeo por uma linha do

tubo em linhas de elementos da amostra No equipamento em que foram feitas as anaacutelises satildeo

utilizados (automaticamente) os filtros de Cu de 200 microm de espessura e o de Al de 500 microm de

espessura

Maacutescara

Delimita a aacuterea da amostra que seraacute irradiada

Selo de vaacutecuo (Vacuum seal )

Protege o sistema de detecccedilatildeo dos foacutetons de raios x de qualquer vazamento de

amostra

Goniocircmetro

Em equipamentos de dispersatildeo sequencial empregam-se uma ldquogeometria do feixe

paralelordquo ou uma ldquogeometria de cristal planardquo permitindo que os acircngulos do cristal e do

detector sejam selecionados por um aparelho chamado goniocircmetro

O goniocircmetro eacute uma estrutura de rotaccedilatildeo que permite que o cristal e o detector

possuam um movimento angular acoplado θ a 2θ entre eles

Colimador

Colima o feixe divergente de raios x emitido pela amostra Satildeo normalmente feitos

de uma seacuterie de lacircminas paralelas O comprimento e o espaccedilamento entre as lacircminas

determinam a divergecircncia angular admitida pelo colimador Essa divergecircncia angular

juntamente com o cristal determina a resoluccedilatildeo final do espectro

Pode-se melhorar a resoluccedilatildeo fechando o colimador para minimizar a divergecircncia

Poreacutem com isso a intensidade tambeacutem diminui Assim torna-se necessaacuterio um equiliacutebrio

entre a resoluccedilatildeo final (necessaacuteria para evitar sobreposiccedilotildees espectrais importantes) e a

sensibilidade (relacionada com a intensidade)

Cristal

Separa os vaacuterios comprimentos de onda emitidos pela amostra A lei de Bragg

(equaccedilatildeo 2) propotildee que se um plano cristalino tiver um espaccedilamento interplanar (d) refletindo

um comprimento de raios x (λ) essa onda difere em caminho percorrido por uma distacircncia

(2dsenθ) da onda refletida pelo plano adjacente Quando esse caminho percorrido difere por

um nuacutemero inteiro de comprimento de onda tem-se uma interferecircncia construtiva e os raios x

refletidos satildeo reforccedilados Caso contraacuterio tem-se uma interferecircncia destrutiva e os raios x

refletidos se anulam A equaccedilatildeo de Bragg (2)

119899120582 = 2119889119904119890119899120579 (Eq 2)

Onde

n = nuacutemero inteiro (1 2 3) chamado Ordem de Difraccedilatildeo

d = espaccedilamento interplanos no cristal utilizado

θ = acircngulo de Bragg ou acircngulo de difraccedilatildeo

λ = comprimento de onda da linha espectral

Dessa forma para um dado plano cristalino e uma dada ordem de difraccedilatildeo cada

comprimento de onda no espectro de XRF incidente eacute difratado em um uacutenico acircngulo O

comprimento de onda maacuteximo que o proacuteprio plano cristalino pode difratar eacute 2d (quando senθ

assume o valor maacuteximo de 1) Portanto eacute necessaacuterio um cristal ou um plano cristalino com

diferentes valores de 2d para cobrir diferentes intervalos de comprimento de onda em toda a

tabela perioacutedica No espectrocircmetro utilizado neste trabalho foram usados os seguintes cristais

XS-55 (multicamada de WSi) do C ateacute o Mg PET (Pentaeritriato) do Al ateacute o Ti e LiF 200

do K ateacute o U

Detector

Converte os foacutetons de raios x em pulsos de tensatildeo mensuraacuteveis Satildeo utilizados dois

detectores para cobrir todos os elementos do Be ao U Detector de fluxo proporcional

(preenchido com Ar) para elementos do Be ao Cr e o detector de cintilaccedilatildeo de NaI(Tl) para

elementos do Mn ao U

Detectores de fluxo proporcional

Satildeo detectores de radiaccedilatildeo que operam a partir da ionizaccedilatildeo de gases Satildeo

constituiacutedos por um conjunto de eletrodos e um gaacutes Quando o gaacutes eacute colocado entre dois

eletrodos aos quais eacute aplicada certa diferenccedila de potencial os caacutetions e eleacutetrons produzidos

pela passagem de radiaccedilatildeo seratildeo atraiacutedos pelos eletrodos de carga oposta e por eles seratildeo

coletados Na regiatildeo de verdadeira proporcionalidade (Equaccedilatildeo 3) a razatildeo entre a carga

coletada pelos eletrodos e a carga gerada pela ionizaccedilatildeo primaacuteria manteacutem-se constante para as

diferenccedilas de potencial (∆V) aplicadas e com um capacitor de capacitacircncia (C)

Quando a radiaccedilatildeo atravessa esse tipo de detector e produz pares iocircnicos (formados

por eleacutetrons e caacutetions do gaacutes) esses caacutetions (ionizaccedilatildeo primaacuteria) satildeo acelerados adquirindo

energia suficiente para produzir novos pares iocircnicos (ionizaccedilatildeo secundaacuteria) por colisatildeo com

moleacuteculas inicialmente neutras do gaacutes Assim haacute uma multiplicaccedilatildeo do nuacutemero de pares

original A carga coletada eacute igual agrave carga produzida pela radiaccedilatildeo (Q) multiplicada por um

fator (M) denominado ldquoganhordquo

∆119881 = (119872119876)

119862 (Eq 3)

Portanto o sinal produzido tem altura proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo incidente

Detectores de cintilaccedilatildeo

O cintilador eacute uma substacircncia soacutelida ou liacutequida na qual a energia de radiaccedilatildeo

incidente eacute transferida aos eleacutetrons do material sendo depois emitida na forma de radiaccedilatildeo

eletromagneacutetica de frequecircncia menor (visiacutevel ou ultravioleta)

O detector de cintilaccedilatildeo utilizado eacute constituiacutedo por um cristal de NaI(Tl) (iodeto de

soacutedio ativado com 1 de iodeto de taacutelio) no qual ocorre a emissatildeo de radiaccedilatildeo de frequecircncia

menor aleacutem de um fotomultiplicador onde essa radiaccedilatildeo luminosa eacute transformada em pulso

eleacutetrico e amplificada

O mecanismo de cintilaccedilatildeo nos cristais inorgacircnicos baseia-se na propriedade dos

semicondutores terem banda de valecircncia e banda de conduccedilatildeo Na banda de valecircncia os

eleacutetrons estatildeo essencialmente ligados aos siacutetios do cristal Jaacute na banda de conduccedilatildeo os

eleacutetrons tecircm energia suficiente para migrar atraveacutes do cristal No cristal puro natildeo satildeo

encontrados eleacutetrons na banda proibida

Ao incidir uma radiaccedilatildeo no cristal pode ocorrer excitaccedilatildeo de eleacutetrons ateacute a banda de

conduccedilatildeo deixando lacunas na banda de valecircncia (normalmente preenchida)

No cristal puro a energia necessaacuteria para formar um par eleacutetronlacuna eacute

aproximadamente a mesma liberada quando esse par se recombina Assim os espectros de

absorccedilatildeo e emissatildeo superpotildeem-se ocorrendo autoabsorccedilatildeo da radiaccedilatildeo luminosa produzida

Se o cristal for ativado a emissatildeo pode ocorrer via um siacutetio do ativador para o qual a energia

de transiccedilatildeo eacute menor do que a necessaacuteria para a criaccedilatildeo do par eleacutetronlacuna Desse modo o

espectro emitido eacute deslocado para comprimentos de onda maiores e natildeo causa nova absorccedilatildeo

No tubo fotomultiplicador converte-se a radiaccedilatildeo de baixa intensidade produzida no

cintilador em um sinal eleacutetrico uacutetil agrave detecccedilatildeo e contagem de radiaccedilatildeo

Analisador de altura de pulso (PHA)

A energia do foacuteton incidente de raios x determina o tamanho do pulso de tensatildeo

produzido pelo detector O analisador de altura de pulso faz uso dessa propriedade a fim de

selecionar apenas um intervalo estreito de pulsos de voltagem rejeitando todos os pulsos com

intensidades fora do intervalo escolhido

Ao final utiliza-se o meacutetodo de integraccedilatildeo dos recebidos em um integrador

eletrocircnico Se N representa o nuacutemero de contagens em um tempo de integraccedilatildeo t segundos

entatildeo a taxa de contagem eacute Nt contagens por segundo (cps)

36 Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford - Teoria

A teacutecnica de RBS consiste em incidir partiacuteculas monoenergeacuteticas de um feixe de iacuteons

(geralmente iacuteons He+) de alta energia em um alvo estacionaacuterio Ao colidirem com os aacutetomos

do alvo as partiacuteculas satildeo elasticamente espalhadas no campo eleacutetrico do nuacutecleo do aacutetomo e

chegam a um detector por um acircngulo de retroespalhamento Na Figura 11 apresenta-se um

esquema de espalhamento elaacutestico [25-27]

Figura 11 Espalhamento elaacutestico em acircngulo de retroespalhamento de um iacuteon de massa M1

por um aacutetomo de massa M2 com M2gtM1 [25]

O detector ao receber as partiacuteculas espalhadas produz um pulso ou sinal que eacute entatildeo

processado por um analisador multicanal e classificado conforme a amplitude que

corresponde a uma escala em energia Como resultado as informaccedilotildees sobre a composiccedilatildeo

elementar do aacutetomo alvo satildeo obtidas a partir de um espectro de contagens em funccedilatildeo da

energia das partiacuteculas retroespalhadas detectadas [25]

O fator cinemaacutetico (K) eacute responsaacutevel pela anaacutelise elementar qualitativa Essa

grandeza depende da razatildeo entre as energias das partiacuteculas incidentes antes (E0) e depois (E)

do espalhamento (Equaccedilatildeo 4)

119870 = 119864

1198640 (Eq 4)

Considerando as conservaccedilotildees de energia e do momentum na colisatildeo elaacutestica obteacutem-

se a relaccedilatildeo entre o fator cinemaacutetico (K) a massa atocircmica da partiacutecula incidente (M1) a massa

atocircmica do aacutetomo alvo (M2) e o acircngulo de espalhamento (θ) (Eq 5)

119870 = [1198721 119888119900119904120579+ (1198722

2minus 11987212 1199041198901198992120579)

12

1198721+ 1198722]

2

(Eq 5)

Os valores de M1 θ e E0 satildeo preacute-fixados conhecendo E determina-se K e por

conseguinte determina-se M2

A Figura 12 apresenta um esquema do espectro de RBS de um filme fino de

composiccedilatildeo geneacuterica AB onde a massa de A eacute maior do que a massa de B depositado em um

substrato C ainda mais leve

Figura 12 Esquema de um espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford de

um filme fino AB sobre um substrato C ainda mais leve [27]

A resoluccedilatildeo em massa da teacutecnica eacute a diferenccedila miacutenima de massa entre dois aacutetomos-

alvo para que sinais resolvidos possam ser observados no espectro A discriminaccedilatildeo em massa

eacute maacutexima para θ = 180deg razatildeo pela qual satildeo utilizados acircngulos elevados experimentalmente

Pode-se melhorar a resoluccedilatildeo em massa na RBS aumentando a energia e a massa dos aacutetomos

incidentes e melhorando a resoluccedilatildeo do sistema de detecccedilatildeo com o cuidado para natildeo degradar

os detectores [25]

Outra grandeza importante em RBS eacute a seccedilatildeo de choque de espalhamento (σ) que eacute

uma medida da probabilidade de ocorrer o espalhamento e que atribui o caraacuteter quantitativo agrave

teacutecnica [25] Considerando um nuacutemero de partiacuteculas espalhadas (H) sobre um detector tem-se

a Equaccedilatildeo 6

119867 = 119876119873119905 ⟨119889120590

119889120570⟩Ω (Eq 6)

Onde

Q = nuacutemero de partiacuteculas que atinge a amostra

N = densidade volumeacutetrica dos aacutetomos alvo

t = espessura do alvo

⟨119889120590

119889120570⟩ = seccedilatildeo de choque meacutedia de espalhamento

Ω = acircngulo soacutelido do detector em relaccedilatildeo ao feixe

Para acircngulos pequenos tem-se ⟨119889120590

119889120570⟩ = (

119889120590

119889120570)120579

= σ (Eq 7)

Logo 119867 = 119876119873119905120590120570 (Eq 8)

Na Equaccedilatildeo 8 conhecendo o nuacutemero de partiacuteculas que atinge o alvo Q e o detector

H pode-se determinar o numero de aacutetomos por unidade de aacuterea da amostra (Nt) desde que se

conheccedila o acircngulo soacutelido de detecccedilatildeo Ω e a seccedilatildeo de choque de espalhamento (σ) Para uma

colisatildeo elaacutestica entre dois aacutetomos com nuacutemeros atocircmicos Z1 e Z2 (do aacutetomo incidente e do

aacutetomo alvo respectivamente) em que a forccedila de interaccedilatildeo eacute a repulsatildeo eletrostaacutetica dos

nuacutecleos a seccedilatildeo de choque de espalhamento diferencial (por unidade de acircngulo soacutelido) eacute dada

pela Foacutermula de Rutherford (Equaccedilatildeo 9)

119889120590

119889120570= (

119885111988521198902

4119864)2

4

1199041198901198994120579

[1minus ((

11987211198722) 119904119890119899120579)

2

]

12

+cos120579

[1minus ((11987211198722)119904119890119899 120579)

2

]

12

2

(Eq 9)

Em siacutentese a razatildeo entre as concentraccedilotildees relativas dos elementos A e B na

superfiacutecie de uma amostra 119873119860119860119861(119909)

119873119861119860119861(119909)

pode ser calculada com o auxiacutelio de um programa

computacional ou atraveacutes da medida de altura dos degraus obtidos no espectro sendo

calculadas com as Equaccedilotildees 10 e 11

(119889120590

119889120570)119861

(119889120590

119889120570)119860

= Ji (Eq 10)

119873119860119860119861(119909)

119873119861119860119861(119909)

= 119867119860119860119861

119867119861119860119861 119869119894 (Eq 11)

37 Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford - Instrumentaccedilatildeo

Na Figura 13 pode ser observado um esquema com os principais componentes da

instrumentaccedilatildeo utilizada em anaacutelises por RBS que seratildeo descritos em seguida de acordo com

o equipamento utilizado para a realizaccedilatildeo deste trabalho e com informaccedilotildees obtidas na

referecircncia [25]

Figura 13 Esquema dos componentes presentes na instrumentaccedilatildeo utilizada em anaacutelises por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford Fonte Adaptado de [25]

O Laboratoacuterio de Implantaccedilatildeo Iocircnica da Universidade Federal do Rio Grande do Sul

possui um acelerador Tandetron equipado com fontes de iacuteons dos tipos sputtering e de

plasma com tecnologia ldquotandemrdquo com 3MV de tensatildeo maacutexima no terminal e cinco estaccedilotildees

experimentais de linhas distintas incluindo a de RBS

Fonte de iacuteons

Fonte de Plasma um gaacutes ou um vapor eacute ionizado por meio de campos

eletromagneacuteticos na faixa de radiofrequecircncia ou ao ser atravessado por corrente eleacutetrica

Fonte de ldquoSputteringrdquo os iacuteons satildeo produzidos por transferecircncia de momentum

quando da colisatildeo de um feixe primaacuterio (geralmente Cs+) com um alvo soacutelido

Aceleradores ldquotandemrdquo

Neste tipo de acelerador iacuteons positivos deixam a fonte passam por uma troca de

carga (com vapor de Liacutetio ou outro elemento eletropositivo) e satildeo conduzidos com carga

negativa ao tubo acelerador onde satildeo atraiacutedos por um terminal positivo No caso dos iacuteons

produzidos serem originalmente negativos a troca de carga eacute suprimida Junto ao terminal

positivo passam por uma seccedilatildeo contendo um gaacutes ou vapor (N2 no presente caso) ou por uma

folha muito fina de carbono para que os iacuteons emergentes tenham perdido os eleacutetrons Com

carga positiva satildeo novamente acelerados agora por repulsatildeo do terminal Diferenccedilas de

potencial da ordem de vaacuterios milhotildees de volts satildeo obtidas utilizando circuitos multiplicadores

de voltagem que multiplicam e retificam a tensatildeo produzida por um transformador Seguindo

o tubo acelerador geralmente encontra-se um segundo eletroiacutematilde que permite direcionar o

feixe de iacuteons para uma das estaccedilotildees experimentais de acordo com as espeacutecies a serem

detectadas (no presente caso partiacuteculas retroespalhadas)

Detectores de estado soacutelido com junccedilotildees p-n obtidas por implantaccedilatildeo iocircnica

A junccedilatildeo p-n sob polarizaccedilatildeo reversa permite a coleta de cargas geradas na

produccedilatildeo de pares eleacutetron-lacuna Esse fenocircmeno ocorre quando um iacuteon atravessa um

semicondutor excitando eleacutetrons da banda de valecircncia para a banda de conduccedilatildeo que entatildeo

satildeo coletados no acircnodo Dessa forma o nuacutemero de eleacutetrons coletados no acircnodo eacute proporcional

ao nuacutemero de pares de eleacutetron-lacuna produzidos o qual eacute proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo

incidente desde que o iacuteon seja totalmente freado dentro do volume ativo do detector

Analisador multicanal (MCA) no modo de anaacutelise de intensidade de pulso

O MCA consta de uma sequecircncia de registradores onde cada pulso de entrada uma

vez digitalizado por um conversor analoacutegico-digital (ADC) eacute analisado com relaccedilatildeo a sua

amplitude (modo PHA) sob o controle de um discriminador Na sequecircncia o canal de

memoacuteria correspondente tem seu conteuacutedo incrementado em uma unidade Com isso

acumulam-se em um canal especiacutefico todos os pulsos de entrada de um pequeno intervalo de

amplitudes ou energias dos iacuteons incidentes Ao final com a soma dos pulsos recebidos em

cada canal obteacutem-se um histograma do nuacutemero de pulsos em funccedilatildeo de suas amplitudes ou

energias dos iacuteons incidentes

40 METODOLOGIA

41 Amostragem

Amostras de cabelo de 16 pessoas foram coletadas Os doadores foram entrevistados

seguindo o questionaacuterio disponiacutevel no ANEXO I e selecionados de acordo com os seguintes

criteacuterios possuiacuterem cabelos virgens (cabelos sem nenhum tipo de tratamento quiacutemico como

coloraccedilotildees tinturas alisantes entre outros) estarem saudaacuteveis serem natildeo fumantes e viverem

na Regiatildeo Metropolitana do Rio de Janeiro As amostras foram divididas em dois grupos de

oito o primeiro de pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo subterracircneo e o segundo com pessoas

que ingerem a aacutegua tratada e distribuiacuteda pela CEDAE

Foram analisadas amostras de cabelo de duas pessoas que consumiam a aacutegua do

mesmo poccedilo isto eacute duas amostras de cada residecircncia totalizando 4 poccedilos diferentes (a b c

d) na localidade Chaacutecaras Arcampo em Duque de Caxias ndash RJ (Figura 14)

Figura 14 Mapa com os pontos de coleta de amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua

de poccedilo em destaque a localizaccedilatildeo das residecircncias com os poccedilos

Fonte Google Earth Acesso em 30072015

As amostras foram coletadas na regiatildeo occipital da cabeccedila (nuca) como visto na

Figura 15 com o auxiacutelio de uma tesoura de accedilo inoxidaacutevel devidamente limpa com etanol

Essa regiatildeo eacute definida como padratildeo por ser menos suscetiacutevel a contaminaccedilatildeo exoacutegena e

tambeacutem por sempre existir cabelo em indiviacuteduos semicalvos [14] Em seguida as amostras

foram catalogadas e armazenadas em sacos plaacutesticos [5] Informaccedilotildees adicionais sobre o sexo

e a idade dos doadores e o tipo e cor das amostras de cabelo coletadas disponiacuteveis no ANEXO

II

Figura 15 Coleta de amostra de cabelo na regiatildeo occipital da cabeccedila

42 Lavagem das Amostras de Cabelo

Todas as amostras foram submetidas a uma sequecircncia de etapas de lavagem de 10

minutos cada utilizando acetona e aacutegua deionizada (Figura 16) Em seguida foram colocadas

para secar agrave temperatura ambiente de acordo com o procedimento recomendado pela Agecircncia

Internacional de Energia Atocircmica (IAEA) [5]

Figura 16 Lavagem das amostras de cabelo

As amostras analisadas por XRF foram colocadas diretamente no suporte do

equipamento Os fios foram colocados de maneira a se obter a superfiacutecie do porta-amostra

totalmente coberta pelo cabelo a qual em seguida foi coberta por um filme (Ultralenereg 4

microm de espessura) (Figura 17) Para a anaacutelise com o RBS o cabelo foi aderido ao suporte do

porta-amostra com o auxiacutelio de uma fita dupla face de carbono puro (Figura 18)

Figura 17 Amostra de cabelo em porta-amostra do equipamento de Fluorescecircncia de

Raios X

Figura 18 Amostra de cabelo no porta-amostra do equipamento de Espectrometria de

Retroespalhamento Rutherford

43 Paracircmetros Instrumentais

Anaacutelises semiquantitativas de XRF dos elementos presentes no cabelo foram

realizadas no Laboratoacuterio de Impacto de Foacutetons e Eleacutetrons (LIFE) na Universidade Federal do

Rio de Janeiro (UFRJ) Utilizou-se o Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios-X S8 TIGER

ndash BRUKER (Figura 19) na faixa de energia de 05 a 56 keV acircnodo de Rh trabalhando com 1

kW de potecircncia com uma janela de Be de 76 microm atraveacutes do software Quant-Express no

meacutetodo Best Detection O tempo de aquisiccedilatildeo para cada amostra foi de aproximadamente 20

minutos

Os dados por RBS foram realizados no Laboratoacuterio de Implantaccedilatildeo Iocircnica na

Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) Utilizou-se um acelerador de iacuteons

Tandetron - HVEE 3 MV (Figura 20) usando 2000 keV de iacuteons He+ incidentes e detecccedilatildeo de

partiacuteculas retroespalhadas a 165deg

Figura 19 Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X - S8 TIGER - BRUKER

Figura 20 Acelerador de iacuteons Tandetron - HVEE 3 MV onde foi feita a anaacutelise por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford

50 RESULTADOS E DISCUSSOtildeES

51 Anaacutelise por XRF

O espectro completo de XRF da amostra 2 referente ao cabelo de uma pessoa que

ingere aacutegua de poccedilo eacute mostrado na Figura 21 conforme obtido diretamente do equipamento

Eacute possiacutevel identificar as linhas de excitaccedilatildeo do Rh e as linhas de espalhamento Compton e

Rayleigh Os espectros ampliados somente na regiatildeo de interesse com as linhas de

fluorescecircncia Kα e Kβ atribuiacutedas agrave maioria dos elementos (exceto para o chumbo em que se

detectam as linhas Lα e Lβ) e sem as linhas de Rh de todas as amostras analisadas encontram-

se nos ANEXOS III e IV Os elementos analisados e a energia de suas linhas de emissatildeo de

fluorescecircncia Kα e Kβ satildeo apresentados na Tabela 4

Figura 21 Espectro de Fluorescecircncia de Raios X completo da amostra 2

Tabela 4 Energia em keV das principais linhas de emissatildeo de raios x dos elementos

analisados Adaptado de [26]

Os elementos observados e as concentraccedilotildees semiquantitativas das amostras de

cabelo das pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo e das amostras de cabelo das pessoas que

ingerem aacutegua distribuiacuteda pela CEDAE satildeo apresentados respectivamente nas Tabelas 5 e 6

Kα Kβ

Al 1487 1557

Si 1740 1836

P 2014 2139

S 2308 2464

Cl 2622 2816

Ca 3692 4013

Mn 5899 6490

Fe 6404 7058

Cu 8048 8905

Zn 8639 9572

Pb (Linhas Lα e Lβ) 10552 12614

Elementos

Analisados

Energia (keV) das Linhas de

Emissatildeo de Raios X

Tabela 5 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (1 a 8) que

ingerem aacutegua de poccedilo As concentraccedilotildees dos elementos foram normalizadas de modo que a

soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da matriz orgacircnica em conjunto

seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo ldquoa b c drdquo correlacionam a amostra

de cabelo com o poccedilo do qual o indiviacuteduo ingere aacutegua

1 2 3 4 5 6 7 8

Al 002 003 003 34 ppm natildeo det 006 natildeo det 001

Si 001 54 ppm 006 46 ppm 005 002 002 54 ppm

P 003 003 54 ppm 002 001 46 ppm natildeo det 004

S 117 071 115 118 166 135 151 098

Cl 003 65 ppm 002 002 natildeo det 003 natildeo det 61 ppm

Ca 003 003 80 ppm 002 004 002 008 008

Mn 73 ppm 78 ppm 58 ppm 10 ppm natildeo det 91 ppm natildeo det 54 ppm

Fe 001 001 92 ppm 29 ppm 38 ppm 001 27 ppm 83 ppm

Cu 44 ppm 41 ppm 46 ppm 31 ppm natildeo det 44 ppm 37 ppm 36 ppm

Zn 77 ppm 002 91 ppm 82 ppm 41 ppm 92 ppm 40 ppm 98 ppm

Pb 10 ppm 9 ppm 12 ppm 10 ppm natildeo det 10 ppm natildeo det 9 ppm

a b c d

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Elementos

Tabela 6 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (9 a 16)

que ingerem aacutegua tratada e distribuiacuteda pela CEDAE As concentraccedilotildees dos elementos foram

normalizadas de modo que a soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da

matriz orgacircnica em conjunto seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo

9 10 11 12 13 14 15 16

Al 001 36 ppm natildeo det 002 61 ppm 90 ppm 002 natildeo det

Si natildeo det 35 ppm natildeo det 40 ppm 79 ppm 60 ppm natildeo det natildeo det

P 003 34 ppm 003 002 natildeo det 46 ppm natildeo det 41 ppm

S 111 106 116 152 136 145 155 128

Cl 52 ppm 001 002 003 004 005 014 009

Ca 006 004 002 002 001 001 001 001

Mn 51 ppm 9 ppm 32 ppm natildeo det 24 ppm 57 ppm natildeo det 30 ppm

Fe 82 ppm 30 ppm 57 ppm 56 ppm 59 ppm 90 ppm 52 ppm 54 ppm

Cu 31 ppm 51 ppm 28 ppm 27 ppm 31 ppm 44 ppm 14 ppm 29 ppm

Zn 001 001 92 ppm 86 ppm 001 001 42 ppm 001

Pb natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det

Elementos

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

Na anaacutelise semiquantitativa por XRF pode-se verificar a presenccedila de elevadas

concentraccedilotildees de enxofre o que jaacute era esperado visto que este elemento faz parte da estrutura

da cisteiacutena o aminoaacutecido em maior quantidade na composiccedilatildeo do cabelo

Os elementos Ca Zn e Fe foram detectados em todas as amostras dos dois grupos O

Ca aparece na maior parte das amostras em concentraccedilotildees da ordem de enquanto que o Zn

e o Fe da ordem de ppm Os elementos Al P Mn Cl Si e Cu aparecem na maioria das

amostras em ambos os grupos No entanto o Pb foi observado em concentraccedilotildees da ordem de

ppm somente em amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo

Para as amostras 5 7 e 15 utilizou-se um porta amostra com maacutescara de 8 mm de

diacircmetro ao inveacutes da maacutescara de 34 mm utilizada para as outras amostras devido a pouca

quantidade de cabelo coletado Agrave vantagem de poder utilizar menos amostra com a maacutescara

de 8 mm contrapotildee-se um aumento do ruiacutedo de fundo e a consequente perda da sensibilidade

na anaacutelise Tal fato pode provavelmente justificar a quantidade menor de elementos

observados nessas amostras em comparaccedilatildeo com as demais incluindo a ausecircncia do elemento

chumbo nas amostras 5 e 7 jaacute que o mesmo aparece nas amostras 6 e 8 das pessoas que

bebem a mesma aacutegua dos poccedilos c e d respectivamente

52 Anaacutelise por RBS

Apresenta-se na Figura 22 o espectro de RBS da amostra 2 adquirido durante 8

horas de anaacutelise e apoacutes tratamento dos dados atraveacutes do programa computacional OriginPro 8

Duas ampliaccedilotildees (I e II) nas regiotildees de mais alta energia satildeo apresentadas nas Figuras 23 e

24 Observou-se a presenccedila dos elementos C N O Si S Cl Ti Cu Zn e Pb

As energias dos iacuteons He+ retroespalhados a partir da interaccedilatildeo com os nuacutecleos de Pb

e Hg satildeo muito proacuteximas tornando difiacutecil a resoluccedilatildeo dos sinais No entanto o Hg natildeo foi

observado em nenhuma das amostras por XRF enquanto o Pb pode ser detectado claramente

Conclui-se portanto que o degrau no espectro eacute correspondente ao Pb

Utilizando-se o caacutelculo da seccedilatildeo de choque de espalhamento Rutherford foi possiacutevel

obter uma anaacutelise quantitativa relativa da amostra 2 Para isso foi escolhido o enxofre como

elemento padratildeo devido ao fato do S estar presente em todas as amostras de cabelo e ser

facilmente detectaacutevel por ambas as teacutecnicas Para cada aacutetomo de S na amostra de cabelo as

seguintes proporccedilotildees atocircmicas foram obtidas 115 x 102 C 274 x 10

1 N 157 x 10

1 O 479 x

10-1

Si 641 x 10-1

Cl 454 x 10-2

Ti 162 x 10-2

Cu 265 x 10-2

Zn e 504 x 10-4

Pb

Figura 22 Espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da amostra 2

(grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 23 Ampliaccedilatildeo I do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 24 Ampliaccedilatildeo II do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

60 CONCLUSOtildeES

As teacutecnicas de XRF e RBS mostraram-se eficientes e complementares na

determinaccedilatildeo de vaacuterios elementos presentes em amostras de cabelo humano Atraveacutes das duas

teacutecnicas foi possiacutevel detectar de forma semiquantitativa a presenccedila de elementos desde o Al

ateacute o Pb Por RBS tambeacutem foram detectados elementos mais leves como C N e O A

utilizaccedilatildeo conjunta das duas teacutecnicas permitiu a identificaccedilatildeo inequiacutevoca de Pb no espectro de

RBS

Eacute evidente que as concentraccedilotildees dos elementos nas amostras de cabelo dependem de

diversos fatores tais como o tipo de alimentaccedilatildeo idade sexo ambiente em que o indiviacuteduo

vive e podem ser provenientes de meios exoacutegenos e endoacutegenos Entretanto considerando o

natildeo aparecimento do Pb em nenhuma das amostras de cabelo das pessoas que ingerem aacutegua

distribuiacuteda pela CEDAE aleacutem das anaacutelises preacutevias da aacutegua dos poccedilos da aacuterea em estudo eacute

possiacutevel afirmar que existe uma elevada possibilidade da aacutegua de poccedilo estaacute atuando como

uma fonte de contaminaccedilatildeo de Pb para as pessoas Como o Pb eacute um elemento toacutexico com

propriedade de bioacumulaccedilatildeo sua presenccedila pode gerar danos irreversiacuteveis aos organismos

vivos

70 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS

Como sugestotildees deste estudo podemos indicar

Realizar uma anaacutelise quantitativa de um nuacutemero mais amplo de amostras

Efetuar uma comparaccedilatildeo com materiais de referecircncia certificados a fim de

determinar com um grau de confiabilidade mais elevado se as quantidades de

chumbo detectadas nas amostras de cabelo estatildeo acima do intervalo de valores

considerados aceitaacuteveis

80 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

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dos procedimentos para a determinaccedilatildeo de elementos traccedilo e aplicaccedilotildees Quiacutem Nova

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Aacuterea de Tecnologia Nuclear ndash Aplicaccedilotildees Instituto de Pesquisas Energeacuteticas e Nucleares ndash

Universidade de Satildeo Paulo - USP Satildeo Paulo 2008

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Iniciaccedilatildeo Cientiacutefica Instituto de Quiacutemica ndash Universidade Federal do Rio de Janeiro ndash UFRJ

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Rio de Janeiro Rio de Janeiro 2013

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[18] IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatiacutestica Censo Brasileiro de 2010 Rio de

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[19] RESENDE D ALENCAR E ALMEIDA R BERTA R Principal reservatoacuterio do

Paraiacuteba do Sul Paraibuna chega ao volume morto pela primeira vez Jornal O Globo 22

de janeiro de 2015 Disponiacutevel em httpogloboglobocomrioprincipal-reservatorio-do-

paraiba-do-sul-paraibuna-chega-ao-volume-morto-pela-primeira-vez-gt Acesso em 30 de

julho de 2015

[20] Fundamentos teoacutericos da teacutecnica de anaacutelise espectromeacutetrica por fluorescecircncia de

raios-x PUC-Rio ndash Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em

lthttpwwwmaxwellvracpuc-riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 30 de julho de 2015

[21] TASCH P DAMIANI F OLIVEIRA L C M IE - 607A Teacutecnicas de anaacutelise e

caracterizaccedilatildeo de materiais Universidade Estadual de Campinas ndash UNICAMP Campinas

2000

[22] FILHO V F N Teacutecnicas analiacuteticas nucleares de Fluorescecircncia de Raios ndashX por

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ndash USP Satildeo Paulo 1999

[23] PERDONAacute C R Introduccedilatildeo a espectrometria de Fluorescecircncia de Raios-X Manual

Teacutecnico ndash BRUKER 2014

[24] O espectrocircmetro de fluorescecircncia de raios-x Thermo ARL 9900 PUC-Rio ndash

Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em lthttpwwwmaxwellvracpuc-

riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 08 de agosto de 2015

[25] KRUG C Superfiacutecies porosas recobertas com metalocenos anaacutelise multivariada

envolvendo caracterizaccedilatildeo com feixe de iacuteons Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Fiacutesica Instituto

de Fiacutesica Universidade Federal do Rio Grande do Sul ndash UFRGS Porto Alegre 2000

[26] TABACNIKS M H Anaacutelise de filmes finos por PIXE e RBS Instituto de Fiacutesica da

Universidade de Satildeo Paulo Disponiacutevel em ltwww2ifuspbr~lamfipixeamprbspdfgt Acesso

em julho de 2015

[27] ALMEIDA C R Efeito de tratamentos teacutermico e quiacutemico de aerogeacuteis de oacutexido de

estanho Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Engenharia Eleacutetrica Universidade Federal de Santa

Catarina Florianoacutepolis 2013

[28] ATTWOOD D T HENKE B L et al X-Ray Data Booklet Lawrence Berkeley

Laboratory University of California Berkeley California 1986

ANEXO I

MODELO DO QUESTIONAacuteRIO PREENCHIDO ANTES DA COLETA DAS AMOSTRAS

DE CABELO

Coacutedigo da amostra

Nome

Idade (anos)

Endereccedilo

Fuma Sim ( ) Natildeo ( )

Ingere aacutegua de que tipo (poccedilo CEDAE) Poccedilo ( ) CEDAE ( )

Fez algum tipo de tratamento quiacutemico no cabelo

(coloraccedilatildeo alisamento etc)Sim ( ) Natildeo ( )

Qual Quando foi a uacuteltima vez

Esteve bem de sauacutede nos uacuteltimos 6 meses Sim ( ) Natildeo ( )

Data da coleta

Responsaacutevel pela coleta

COLETA DE AMOSTRA DE CABELO

ANEXO II

INFORMACcedilOtildeES ADICIONAIS SOBRE OS DOADORES E AS AMOSTRAS DE

CABELO COLETADAS

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

1 Feminino 62 Cacheado Castanho Escuro

2 Feminino 27 Cacheado Castanho Escuro

3 Feminino 17 Liso Castanho Escuro

4 Feminino 10 Cacheado Castanho Escuro

5 Feminino 58 Liso Castanho Escuro

6 Feminino 7 Cacheado Castanho Escuro

7 Masculino 17 Liso Castanho Claro

8 Feminino 39 Liso Castanho Escuro

Pessoas que Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

9 Feminino 41 Cacheado Castanho Escuro

10 Feminino 17 Ondulado Castanho Claro

11 Masculino 1 Cacheado Castanho Escuro

12 Feminino 11 Liso Castanho Escuro

13 Masculino 21 Liso Castanho Escuro

14 Masculino 42 Cacheado Preto

15 Masculino 6 Liso Preto

16 Masculino 14 Liso Preto

Pessoas que Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

ANEXO III

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DE POCcedilO (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 1

Amostra 2

Amostra 3

Amostra 4

Amostra 5

Amostra 6

Amostra 7

Amostra 8

ANEXO IV

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DISTRIBUIacuteDA PELA CEDAE (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 9

Amostra 10

Amostra 11

Amostra 12

Amostra 13

Amostra 14

Amostra 15

Amostra 16

Page 16: Dissertação Priscilla Velasco da Paixão

RBS - Rutherford Backscattering Spectrometry (Espectrometria de Retroespalhamento

Rutherford)

UFRGS - Universidade Federal do Rio Grande do Sul

UFRJ - Universidade Federal do Rio de Janeiro

WDXRF - Wavelength Dispersive X-ray Fluorescence (Fluorescecircncia de Raios X por

Dispersatildeo de Comprimento de Onda)

XRF - X-Ray Fluorescence (Fluorescecircncia de Raios X)

16

10 INTRODUCcedilAtildeO

A determinaccedilatildeo de elementos traccedilo em cabelo tem sido assunto de estudo em

diversas aacutereas da ciecircncia dentre elas o monitoramento de exposiccedilatildeo ambiental e ocupacional

avaliaccedilatildeo da intoxicaccedilatildeo por metais toacutexicos avaliaccedilatildeo do estado nutricional diagnoacutestico e

prevenccedilatildeo de doenccedilas e nas ciecircncias forenses Isto se deve ao fato do cabelo ser considerado

um ldquodosiacutemetro bioloacutegicordquo que reflete a exposiccedilatildeo e absorccedilatildeo do indiviacuteduo a determinado

elemento ou seja a concentraccedilatildeo dos elementos traccedilo no cabelo indica a concentraccedilatildeo dos

mesmos no organismo [1-5]

Frente agrave anaacutelise de outros materiais bioloacutegicos como urina e sangue o cabelo tem a

vantagem da facilidade de amostragem (sem dor ou trauma para o indiviacuteduo) facilidade de

armazenamento transporte e manuseio possibilidade de obtenccedilatildeo de um registro histoacuterico de

exposiccedilatildeo aos elementos em questatildeo aleacutem da estabilidade estrutural da amostra permitindo o

diagnoacutestico por um periacuteodo maior de tempo (meses a anos) [1-46]

Haacute muita controveacutersia na literatura quanto aos dados disponiacuteveis em relaccedilatildeo agrave anaacutelise

elementar em cabelos no tocante agrave falta de um procedimento padratildeo de anaacutelise com uma

etapa de lavagem que seja completamente eficiente em eliminar a contaminaccedilatildeo exoacutegena (ar

aacutegua cosmeacuteticos entre outros) da contaminaccedilatildeo endoacutegena (incorporado ao fio do cabelo

durante a primeira fase de crescimento) [1-3]

Nas uacuteltimas deacutecadas vaacuterios estudos relacionados agrave determinaccedilatildeo elementar de

cabelos com foco em quiacutemica ambiental e ciecircncia meacutedica foram realizados Dentre as teacutecnicas

mais utilizadas encontram-se Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry

(ICP-AES) [13] Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (ICP-MS) [1378]

Neutron Activation Analysis (NAA) [15] Atomic Absorption Spectroscopy (AAS) [15] X-

Ray Fluorescence (XRF) [59-11] e Proton Induced X-Ray Emission (PIXE) [612]

Encontramos na literatura apenas um relato anterior sobre a anaacutelise por RBS de amostras de

cabelo em que a RBS foi utilizada para determinar os principais componentes de cabelo (C

N O e S) Os mesmos autores tambeacutem utilizaram PIXE para determinar elementos em

concentraccedilatildeo mais baixa e Elastic Recoil Detection (ERD) para determinar Hidrogecircnio [6]

Em trabalho de Iniciaccedilatildeo Cientiacutefica feito por mim com orientaccedilatildeo da Prof Dr Lola

Maria Braga Gomes do Departamento de Quiacutemica Analiacutetica-UFRJ em 2012 foram realizadas

anaacutelises da qualidade da aacutegua de 6 poccedilos subterracircneos na localidade Chaacutecaras Arcampo na

cidade de Duque de Caxias-RJ Foram determinados por ICP-OES os seguintes elementos

Cr Mn Fe Ni Cu Zn Ar Cd e Pb Constatou-se a presenccedila de chumbo em valores ateacute 55

vezes acima do permitido pelos Padrotildees de Qualidade de Aacutegua Subterracircnea do CONAMA

[13]

O presente trabalho foi realizado com a intenccedilatildeo de verificar quais elementos

estariam presentes nas amostras de cabelo das pessoas daquela localidade e que ingerem esse

tipo de aacutegua Dentro do nosso conhecimento esta eacute a primeira vez em que XRF e RBS satildeo

conjuntamente aplicados para a determinaccedilatildeo de elementos traccedilo presentes em amostras de

cabelo

Considera-se este trabalho relevante tanto para servir como fonte de dados quanto

para o seu possiacutevel uso no acircmbito social principalmente no que diz respeito ao abastecimento

de aacutegua e a sauacutede de parte da populaccedilatildeo que consome diariamente uma aacutegua sem tratamento

20 OBJETIVO

O presente trabalho tem como objetivo utilizar as teacutecnicas de Fluorescecircncia de

Raios X (XRF) e Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford (RBS) para determinar e

comparar elementos presentes em amostras de cabelo de dois grupos de pessoas que vivem na

Regiatildeo Metropolitana do Rio de Janeiro No primeiro grupo estatildeo pessoas que ingerem aacutegua

de poccedilo enquanto no segundo grupo estatildeo pessoas que ingerem aacutegua tratada e distribuiacuteda pela

Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos (CEDAE) do Rio de Janeiro

30 REVISAtildeO BIBLIOGRAacuteFICA E FUNDAMENTOS TEOacuteRICOS

31 O Cabelo

O cabelo possui uma funccedilatildeo esteacutetica com papel importante nos atributos da beleza

mas tem como principal funccedilatildeo a proteccedilatildeo da cabeccedila dos raios solares Esse processo eacute

realizado atraveacutes de receptores nervosos que agem como sensores teacutermicos capazes de

aumentar a proteccedilatildeo quando necessaacuterio [1214]

A composiccedilatildeo do cabelo eacute de aproximadamente 80 de proteiacutenas 15 de aacutegua e

aproximadamente 5 de lipiacutedios e constituintes inorgacircnicos O cabelo eacute basicamente

constituiacutedo por trecircs camadas cutiacutecula (camada externa) coacutertex (parte intermediaacuteria) e medula

(parte mais interna) (Fig 1) A cutiacutecula eacute formada por vaacuterias subcamadas separadas por um

complexo de ceacutelulas alongadas e justapostas que envolvem o coacutertex O coacutertex eacute o principal

constituinte do cabelo formado por um conjunto de ceacutelulas ciliacutendricas denominadas matriz e

perfeitamente ligadas umas as outras Na matriz encontram-se a α-queratina e outras

proteiacutenas A medula apresenta-se em pequena quantidade e pode estar ausente em alguns tipos

de cabelo Eacute composta por ceacutelulas anucleadas contendo lipiacutedeos e granulaccedilotildees pigmentadas

[1214]

Figura 1 Desenho esquemaacutetico de um fio de cabelo

Fonte http ltwwwartistasdocabelocombrgt Acesso em 30072015

O fio de cabelo desenvolve-se a partir de cavidades denominadas foliacuteculos pilosos

localizados de 3 a 5 mm abaixo da superfiacutecie da pele A taxa de crescimento meacutedio do fio eacute de

cerca de 1 cm por mecircs e cada fio pode ter de 15 a 120 microm de diacircmetro dependendo do tipo de

cabelo O ciclo de crescimento do cabelo eacute dividido em trecircs estaacutegios (Fig2)

Anaacutegeno ocorre o crescimento ativo do cabelo com irrigaccedilatildeo sanguiacutenea atraveacutes dos

foliacuteculos capilares na regiatildeo da papila Pode durar ateacute 7 anos Em um adulto cerca de

90 dos fios encontram-se neste estaacutegio

Cataacutegeno ocorre uma transiccedilatildeo entre o crescimento do fio e seu teacutermino dura apenas

algumas semanas O cabelo para de receber irrigaccedilatildeo sanguiacutenea para de crescer e a

parte mais profunda do foliacuteculo piloso fica mais proacutexima da superfiacutecie da pele

Teloacutegeno ocorre a queda do fio iniciando o crescimento de outro fio atraveacutes de um

foliacuteculo novo que surge no mesmo local [1214]

Figura 2 Esquema das fases de crescimento do cabelo

Fonte httpltwwwtratamentocalviciecombrartigo_02phpgt Acesso em 30072015

A α-queratina eacute uma proteiacutena que apresenta uma estrutura secundaacuteria (α-heacutelice) em

um arranjo helicoidal estabilizado por pontes de hidrogecircnio (Figura 3) e eacute responsaacutevel por dar

sustentaccedilatildeo ao cabelo Ela fica imersa na matriz e eacute composta por uma sequecircncia de

aminoaacutecidos (Tabela 1) sendo a cisteiacutena o principal desses

Figura 3 Estrutura secundaacuteria (α-heacutelice) da α-queratina

Fonte httpltwwwslideplayercombrgt Acesso em 27092015

Tabela 1 Composiccedilatildeo de aminoaacutecidos no cabelo normal Fonte [15]

Ligaccedilotildees quiacutemicas cruzadas entre as cadeias polimeacutericas de α-queratina formam

pontes dissulfeto (-S-S-) que datildeo origem aos resiacuteduos de cistina (Fig4) Como estatildeo em

grande quantidade na composiccedilatildeo do cabelo formam uma rede de alta resistecircncia e datildeo o

formato ao fio A reduccedilatildeo dessas ligaccedilotildees causa mudanccedilas nas propriedades mecacircnicas do fio

Cortes histoloacutegicos evidenciaram elevada atividade de metais pesados na α-queratina [114]

Aminoaacutecido Quantidade Residual ()

Aacutecido Aspaacutertico 49

Aacutecido Glutacircmico 114

Alanina 46

Arginina 58

Cisteiacutena 178

Fenilalanina 16

Glicina 64

Histidina 09

Isoleucina 26

Leucina 58

Lisina 27

Metionina 06

Prolina 84

Serina 117

Tirosina 2

Treonina 68

Valina 58

Figura 4 Estrutura da Cisteiacutena e da Cistina Reaccedilatildeo de oxi-reduccedilatildeo formando a ponte

dissulfeto Adaptado de httpltbiocienciascpoblogspotcombr201211resumo-

proteinashtmlgt

A incorporaccedilatildeo de elementos ao cabelo pode ocorrer por dois meios exoacutegeno e

endoacutegeno A incorporaccedilatildeo endoacutegena ocorre no primeiro estaacutegio de crescimento do fio onde o

foliacuteculo capilar encontra-se em contato com as glacircndulas secretoras e vasos sanguiacuteneos

Assim os elementos quiacutemicos que circulam no organismo atraveacutes dos fluidos podem

incorporar-se ao cabelo Estima-se que o periacuteodo entre a absorccedilatildeo pelo indiviacuteduo e a

incorporaccedilatildeo de elementos no cabelo seja de 30 dias Um modelo mais simples sugere que a

incorporaccedilatildeo endoacutegena ocorra de forma passiva isto eacute por difusatildeo [1] Os metais ligam-se

aos aminoaacutecidos atraveacutes de seus grupos funcionais como sulfidrila (-SH) amina (-NH2)

hidroxila (-OH) e carboxila (-COOH) nos quais a forccedila destas ligaccedilotildees dependeraacute da

estrutura eletrocircnica externa do metal [14]

Na incorporaccedilatildeo exoacutegena os elementos quiacutemicos satildeo levados ao cabelo por fatores

externos como aacutegua poeira fumaccedila cosmeacuteticos entre outros Os elementos podem ligar-se agrave

cutiacutecula do fio capilar principalmente se as cutiacuteculas estiverem danificadas [14]

32 Elementos Essenciais e Natildeo Essenciais e a Sauacutede Humana

Os elementos traccedilos podem ser divididos em essenciais e natildeo essenciais de acordo

com a importacircncia nutricional e a influecircncia no organismo dos seres vivos Os elementos

traccedilo essenciais satildeo considerados beneacuteficos e indispensaacuteveis para os seres vivos dentro de

uma faixa especiacutefica de concentraccedilatildeo Na Tabela 2 estatildeo listados os elementos traccedilo

essenciais e suas respectivas funccedilotildees bioloacutegicas [214]

Tabela 2 Elementos traccedilo essenciais e algumas de suas funccedilotildees bioloacutegicas

Adaptado de [14 16]

B Previne a osteoporose em mulheres na fase poacutes-menopausa

CaImportante na coagulaccedilatildeo sanguinea na contraccedilatildeo muscular transmissatildeo nervosa e

formaccedilatildeo de ossos e dentes

Cl Presente no suco gaacutestrico manteacutem o equilibrio hidrico e de eletroacutelitos

Co Constituinte da vitamina B12

Cr Importante no metabolismo da glicose

Cu Cofator em enzimas redox e no transporte de O2

F Prevenccedilatildeo das patologias bucodentaacuteria e oacutessea atua tambeacutem nos tecidos celulares

Fe Cofator em muitas enzimas e proteiacutenas heme

IPresente na estrutura de dois fatores hormonais da glacircndula tireoacuteide (tiroxina e

triiodotiroxina)

KImportante na regulaccedilatildeo da atividade neuromuscular crescimento celular e equiliacutebrio

osmoacutetico

MgRegula diversas reaccedilotildees enzimaacuteticas e age sobre as trocas iocircnicas da membrana

celular

MnCofator em muitas enzimas auxilia na reduccedilatildeo de accedilucar no sangue e a regular o

funcionamento do sistema reprodutivo

Elementos Essenciais e suas Funccedilotildees Bioloacutegicas

Os elementos traccedilo natildeo essenciais satildeo aqueles que natildeo apresentam nenhuma funccedilatildeo

no metabolismo das espeacutecies animais e vegetais e quando estatildeo em alta concentraccedilatildeo podem

provocar efeitos negativos ao organismo dos seres vivos Na Tabela 3 estatildeo listados alguns

elementos traccedilo natildeo essenciais e suas toxicidades [214]

Mo Cofator em enzimas que metabolizam os aminoaacutecidos metionina e cistina

NaAtua no controle osmoacutetico volume plasmaacutetico transmissatildeo de impulsos nervosos e

controle da contraccedilatildeo muscular

Ni A essencialidade eacute provaacutevel mas ainda natildeo estaacute estabelecida

PAtua na formaccedilatildeo dos ossos e dentes participa da estrutura das membranas

celulares e do processo de absorccedilatildeo renal da glicose

SParticipa da construccedilatildeo das proteiacutenas e no metabolismo energeacutetico faz parte de

algumas vitaminas (tiamina e biotina)

SeParticipaccedilatildeo na siacutentese de hormocircnios tireoideanos na accedilatildeo antioxidante e eacute cofator

em enzimas

Si Atua na estrutura da derme promovendo sua elasticidade

Sn A essencialidade eacute provaacutevel mas ainda natildeo estaacute estabelecida

V A essencialidade eacute provaacutevel mas ainda natildeo estaacute estabelecida

ZnCofator em algumas enzimas e na insulina tambeacutem exerce influecircncia no metabolismo

dos aacutecidos nucleiacutecos

Tabela 3 Elementos traccedilo natildeo essenciais e suas toxicidades Adaptado de [14]

Os termos macrominerais e microminerais (ou elementos-traccedilo) tambeacutem satildeo muito

utilizados no meio cientiacutefico principalmente na aacuterea de nutriccedilatildeo Os macrominerais satildeo

aqueles elementos encontrados em altas concentraccedilotildees nas amostras geralmente acima de

1 ou cuja necessidade diaacuteria no organismo seja maior que 100 mg No cabelo satildeo

considerados macrominerais por exemplo Ca P S Mg Na K e Cl Jaacute os microminerais satildeo

aqueles encontrados em baixas concentraccedilotildees na amostra (ppm ou ppb) ou cuja necessidade

no organismo seja inferior a 100 mg por dia No cabelo podem ser citados os seguintes

microminerais Fe Zn Cu Mn I Cr Se F Co Ni Si e Mo [114]

33 Abastecimento de Aacutegua na Regiatildeo de Amostragem

No Estado do Rio de Janeiro a captaccedilatildeo tratamento aduccedilatildeo e distribuiccedilatildeo das redes

de aacutegua ficam a cargo da CEDAE ndash Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos No presente

momento a CEDAE abastece cerca de 9 milhotildees de pessoas em 64 dos 92 municiacutepios do

Estado sendo Duque de Caxias um desses [17]

O abastecimento de aacutegua pela CEDAE na cidade de Duque de Caxias nunca ocorreu

de forma contiacutenua e natildeo haacute garantia da manutenccedilatildeo da qualidade da aacutegua ateacute a chegada ao

Al

Causa ao organismo anemia enfraquecimento dos ossos e muacutesculos

dificuldade no metabolismo do caacutelcio alteraccedilotildees hepatoloacutegicas e

renais dores de cabeccedila e nervosismo

AsInterrompe a expressatildeo de diversos genes em especial aqueles que

participam das vias de transduccedilatildeo de sinal

CdOcasiona perda de peso hemorragia danos ao sistema respiratoacuterio

hepatoloacutegico e renal

PbGera alteraccedilotildees cardiovasculares gastrointestinais hematoloacutegicas

renais neuroloacutegicas e imunoloacutegicas

Elementos Natildeo Essenciais e suas Toxicidades

consumidor Segundo dados do CENSO-2010 dos 269353 domiciacutelios estabelecidos no

municiacutepio de Duque de Caxias apenas 63 alegaram receber aacutegua de redes de distribuiccedilatildeo

[18] Diante do cenaacuterio atual em que o Sudeste vive a maior crise hiacutedrica dos uacuteltimos cem

anos devido agrave escassez de chuvas os reservatoacuterios que abastecem o estado do Rio de Janeiro

encontram-se em niacuteveis muito baixos e alguns deles chegaram ao volume morto (reserva

teacutecnica) Com isso o abastecimento de aacutegua para a populaccedilatildeo estaacute a cada dia mais escasso

Na Figura 5 apresenta-se uma foto da situaccedilatildeo do maior reservatoacuterio da Bacia do Rio Paraiacuteba

do Sul (em fevereiro deste ano) Este reservatoacuterio alimenta a Estaccedilatildeo de Tratamento de Aacutegua

do Guandu que por sua vez eacute responsaacutevel pelo abastecimento de toda a Regiatildeo Metropolitana

do Rio de Janeiro [19]

Figura 5 Reservatoacuterio Paraibuna localizado na Bacia do Rio Paraiacuteba do Sul apoacutes estiagem dos uacuteltimos anos

Na foto o reservatoacuterio estaacute com -056 da capacidade (volume morto) 03022015 Fonte http

ltogloboglobocomrionivel-de-reservatorios-do-rio-paraiba-do-sul-apresentam-leve-melhora-apos-chuvas-

fortes-15229418gt Acesso em 30072015

Devido aos fatores mencionados aliados agrave facilidade de manutenccedilatildeo e ao baixo custo

de perfuraccedilatildeo a utilizaccedilatildeo de aacutegua de poccedilo subterracircneo (Figura 6) eacute cada vez mais requisitada

para suprir as carecircncias de abastecimento No Brasil o aquiacutefero subterracircneo abastece cerca de

19 do total dos domiciacutelios particulares enquanto que no municiacutepio de Duque de Caxias este

percentual atinge os 35 segundo o CENSO-2010 [18]

Figura 6 Poccedilo subterracircneo em Duque de Caxias

34 Fluorescecircncia de Raios X - Teoria

A Espectroscopia de Fluorescecircncia de Raios X eacute uma teacutecnica natildeo destrutiva que

permite a identificaccedilatildeo simultacircnea (qualitativa e quantitativa) de elementos presentes em uma

amostra A teacutecnica baseia-se no fato dos elementos quiacutemicos emitirem radiaccedilotildees

caracteriacutesticas quando submetidos a uma excitaccedilatildeo adequada [20-23]

As amostras satildeo irradiadas com foacutetons (feixe de raios x) gerados por uma fonte Esse

feixe de raios x primaacuterio possui energia suficiente para ejetar eleacutetrons de camadas internas do

aacutetomo (camadas com maior energia de ligaccedilatildeo) transferindo energia para este eleacutetron que eacute

ejetado como fotoeleacutetron O aacutetomo fica instaacutevel (excitado) com uma vacacircncia na camada

interna Com o intuito de diminuir a energia do sistema eleacutetrons de outras camadas

preenchem essa lacuna A diferenccedila de energia entre os niacuteveis da transiccedilatildeo eletrocircnica eacute

liberada atraveacutes da emissatildeo de um foacuteton de raios x (fluorescecircncia ou raio x secundaacuterio) que

tem energia caracteriacutestica para cada elemento como ilustrado na Figura 7 A energia do raio x

caracteriacutestico eacute fornecida pela Equaccedilatildeo 1 [20-23]

Ex = Eni - Enf (Eq1)

Onde

Ex = energia do raio x caracteriacutestico emitido

Eni Enf = energia dos estados eletrocircnicos inicial e final respectivamente

Figura 7 Esquema do princiacutepio da Fluorescecircncia de Raios X

Fonteltwwwshimadzucombrgt Acesso em 30072015

A radiaccedilatildeo caracteriacutestica eacute nomeada de acordo com o niacutevel de onde se apresenta a

vacacircncia (K L M) e de qual niacutevel (α β) e subniacutevel (1 2) proveacutem o eleacutetron que iraacute

ocupar essa lacuna Por exemplo a vacacircncia originada na camada K pode ser preenchida por

eleacutetrons de dois subniacuteveis da camada L o que origina as linhas espectrais Kα1 e Kα2 Se a

vacacircncia da camada K fosse ocupada por um eleacutetron da M teria-se o Kβ e assim por diante

[23]

Com isso os elementos em uma amostra podem ser identificados atraveacutes da medida

do comprimento de onda (ou energia) dessas radiaccedilotildees caracteriacutesticas e as concentraccedilotildees

mensuradas pela intensidade dessas radiaccedilotildees [2123]

Quando um feixe de raios x incide sobre um determinado material diversas formas

de interaccedilatildeo entre a radiaccedilatildeo e a mateacuteria podem ocorrer tais como o Efeito Auger e os

espalhamentos Rayleigh e Compton [20-23]

O processo de relaxaccedilatildeo natildeo-radiativa ou Efeito Auger ocorre quando o aacutetomo

excitado emite um eleacutetron (eleacutetron Auger) ao inveacutes do processo de fluorescecircncia (Figura 8)

Esses dois processos de relaxaccedilatildeo do sistema satildeo concorrentes e a predominacircncia de um ou de

outro depende do numero atocircmico O Efeito Auger prevalece em elementos com baixo

nuacutemero atocircmico (Zlt20) [21]

Figura 8 Efeito Auger [20]

O fenocircmeno de espalhamento de raios x eacute importante em espectroscopia pois eacute

responsaacutevel pela intensidade da radiaccedilatildeo de fundo (background) presente em uma

determinada medida Ele eacute a soma dos efeitos de dois fenocircmenos o espalhamento coerente

elaacutestico ou Rayleigh no qual os raios x primaacuterios satildeo defletidos sem perda de energia isto eacute

sem alteraccedilatildeo no comprimento de onda (λ) e o espalhamento incoerente inelaacutestico ou

Compton no qual foacutetons de raios x primaacuterio satildeo defletidos com perda de energia e com

ejeccedilatildeo de um fotoeleacutetron (Figura 9) [21]

Figura 9 Espalhamento Compton e Rayleigh [21]

35 Fluorescecircncia de Raios X - Instrumentaccedilatildeo

Na Figura 10 pode ser observado um esquema com os principais componentes do

espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X por Dispersatildeo de Comprimento de Onda

(WDXRF - Wavelength Dispersive X-ray Fluorescence) utilizado neste trabalho Suas

funccedilotildees seratildeo descritas em seguida [23]

Figura 10 Instrumentaccedilatildeo do Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X por Dispersatildeo de

Comprimento de Onda - S8 TIGER - BRUKER [23]

Tubo de Raios X

A radiaccedilatildeo incidente eacute produzida em um tubo de raios x consistindo em uma ampola

de vidro ou de metal sob alto vaacutecuo com um filamento de tungstecircnio em uma extremidade

denominado caacutetodo e um alvo de metal na outra extremidade denominado acircnodo

O filamento eacute aquecido por uma corrente eleacutetrica e emite eleacutetrons (emissatildeo

termiocircnica) Os eleacutetrons satildeo acelerados rumo a um acircnodo (alvo) empregando-se uma

diferenccedila de potencial (10-70 kV) Raios x primaacuterios satildeo produzidos quando esses eleacutetrons

com alta velocidade colidem com o material alvo Com o impacto a maior parte da energia

cineacutetica dos eleacutetrons eacute convertida em calor exigindo que o acircnodo seja resfriado de forma

eficiente Apenas uma pequena parte (02-05 dependendo do tipo do alvo) da energia

eletrocircnica eacute convertida em raios x uacuteteis

Essa radiaccedilatildeo consiste em um Contiacutenuo ou Bremsstrahlung e linhas de raios x

caracteriacutesticas do material alvo (aleacutem de linhas caracteriacutesticas de quaisquer contaminantes

presentes) Assim o espectro primaacuterio de um tubo de raios x convencional consiste em linhas

caracteriacutesticas do material do acircnodo (por exemplo Rh) superpostas a um contiacutenuo de

radiaccedilatildeo

Os tubos de raios x satildeo geralmente isolados atraveacutes de uma janela de beriacutelio pois

esse elemento apresenta baixa absorccedilatildeo de raios x e alta resistecircncia mecacircnica para suportar as

diferenccedilas de pressatildeo

Filtros do Feixe Primaacuterio

O espectro primaacuterio pode natildeo conter apenas as linhas do elemento-alvo mas tambeacutem

as linhas de impurezas como Fe Cr ou Cu presentes em vaacuterias partes do tubo Desta forma o

niacutevel de fundo (background) na posiccedilatildeo desses elementos no espectro pode ser elevado

Filtros de feixe primaacuterio satildeo utilizados para filtrar as linhas caracteriacutesticas do tubo se

o mesmo elemento estiver presente na amostra ou se houver sobreposiccedilatildeo por uma linha do

tubo em linhas de elementos da amostra No equipamento em que foram feitas as anaacutelises satildeo

utilizados (automaticamente) os filtros de Cu de 200 microm de espessura e o de Al de 500 microm de

espessura

Maacutescara

Delimita a aacuterea da amostra que seraacute irradiada

Selo de vaacutecuo (Vacuum seal )

Protege o sistema de detecccedilatildeo dos foacutetons de raios x de qualquer vazamento de

amostra

Goniocircmetro

Em equipamentos de dispersatildeo sequencial empregam-se uma ldquogeometria do feixe

paralelordquo ou uma ldquogeometria de cristal planardquo permitindo que os acircngulos do cristal e do

detector sejam selecionados por um aparelho chamado goniocircmetro

O goniocircmetro eacute uma estrutura de rotaccedilatildeo que permite que o cristal e o detector

possuam um movimento angular acoplado θ a 2θ entre eles

Colimador

Colima o feixe divergente de raios x emitido pela amostra Satildeo normalmente feitos

de uma seacuterie de lacircminas paralelas O comprimento e o espaccedilamento entre as lacircminas

determinam a divergecircncia angular admitida pelo colimador Essa divergecircncia angular

juntamente com o cristal determina a resoluccedilatildeo final do espectro

Pode-se melhorar a resoluccedilatildeo fechando o colimador para minimizar a divergecircncia

Poreacutem com isso a intensidade tambeacutem diminui Assim torna-se necessaacuterio um equiliacutebrio

entre a resoluccedilatildeo final (necessaacuteria para evitar sobreposiccedilotildees espectrais importantes) e a

sensibilidade (relacionada com a intensidade)

Cristal

Separa os vaacuterios comprimentos de onda emitidos pela amostra A lei de Bragg

(equaccedilatildeo 2) propotildee que se um plano cristalino tiver um espaccedilamento interplanar (d) refletindo

um comprimento de raios x (λ) essa onda difere em caminho percorrido por uma distacircncia

(2dsenθ) da onda refletida pelo plano adjacente Quando esse caminho percorrido difere por

um nuacutemero inteiro de comprimento de onda tem-se uma interferecircncia construtiva e os raios x

refletidos satildeo reforccedilados Caso contraacuterio tem-se uma interferecircncia destrutiva e os raios x

refletidos se anulam A equaccedilatildeo de Bragg (2)

119899120582 = 2119889119904119890119899120579 (Eq 2)

Onde

n = nuacutemero inteiro (1 2 3) chamado Ordem de Difraccedilatildeo

d = espaccedilamento interplanos no cristal utilizado

θ = acircngulo de Bragg ou acircngulo de difraccedilatildeo

λ = comprimento de onda da linha espectral

Dessa forma para um dado plano cristalino e uma dada ordem de difraccedilatildeo cada

comprimento de onda no espectro de XRF incidente eacute difratado em um uacutenico acircngulo O

comprimento de onda maacuteximo que o proacuteprio plano cristalino pode difratar eacute 2d (quando senθ

assume o valor maacuteximo de 1) Portanto eacute necessaacuterio um cristal ou um plano cristalino com

diferentes valores de 2d para cobrir diferentes intervalos de comprimento de onda em toda a

tabela perioacutedica No espectrocircmetro utilizado neste trabalho foram usados os seguintes cristais

XS-55 (multicamada de WSi) do C ateacute o Mg PET (Pentaeritriato) do Al ateacute o Ti e LiF 200

do K ateacute o U

Detector

Converte os foacutetons de raios x em pulsos de tensatildeo mensuraacuteveis Satildeo utilizados dois

detectores para cobrir todos os elementos do Be ao U Detector de fluxo proporcional

(preenchido com Ar) para elementos do Be ao Cr e o detector de cintilaccedilatildeo de NaI(Tl) para

elementos do Mn ao U

Detectores de fluxo proporcional

Satildeo detectores de radiaccedilatildeo que operam a partir da ionizaccedilatildeo de gases Satildeo

constituiacutedos por um conjunto de eletrodos e um gaacutes Quando o gaacutes eacute colocado entre dois

eletrodos aos quais eacute aplicada certa diferenccedila de potencial os caacutetions e eleacutetrons produzidos

pela passagem de radiaccedilatildeo seratildeo atraiacutedos pelos eletrodos de carga oposta e por eles seratildeo

coletados Na regiatildeo de verdadeira proporcionalidade (Equaccedilatildeo 3) a razatildeo entre a carga

coletada pelos eletrodos e a carga gerada pela ionizaccedilatildeo primaacuteria manteacutem-se constante para as

diferenccedilas de potencial (∆V) aplicadas e com um capacitor de capacitacircncia (C)

Quando a radiaccedilatildeo atravessa esse tipo de detector e produz pares iocircnicos (formados

por eleacutetrons e caacutetions do gaacutes) esses caacutetions (ionizaccedilatildeo primaacuteria) satildeo acelerados adquirindo

energia suficiente para produzir novos pares iocircnicos (ionizaccedilatildeo secundaacuteria) por colisatildeo com

moleacuteculas inicialmente neutras do gaacutes Assim haacute uma multiplicaccedilatildeo do nuacutemero de pares

original A carga coletada eacute igual agrave carga produzida pela radiaccedilatildeo (Q) multiplicada por um

fator (M) denominado ldquoganhordquo

∆119881 = (119872119876)

119862 (Eq 3)

Portanto o sinal produzido tem altura proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo incidente

Detectores de cintilaccedilatildeo

O cintilador eacute uma substacircncia soacutelida ou liacutequida na qual a energia de radiaccedilatildeo

incidente eacute transferida aos eleacutetrons do material sendo depois emitida na forma de radiaccedilatildeo

eletromagneacutetica de frequecircncia menor (visiacutevel ou ultravioleta)

O detector de cintilaccedilatildeo utilizado eacute constituiacutedo por um cristal de NaI(Tl) (iodeto de

soacutedio ativado com 1 de iodeto de taacutelio) no qual ocorre a emissatildeo de radiaccedilatildeo de frequecircncia

menor aleacutem de um fotomultiplicador onde essa radiaccedilatildeo luminosa eacute transformada em pulso

eleacutetrico e amplificada

O mecanismo de cintilaccedilatildeo nos cristais inorgacircnicos baseia-se na propriedade dos

semicondutores terem banda de valecircncia e banda de conduccedilatildeo Na banda de valecircncia os

eleacutetrons estatildeo essencialmente ligados aos siacutetios do cristal Jaacute na banda de conduccedilatildeo os

eleacutetrons tecircm energia suficiente para migrar atraveacutes do cristal No cristal puro natildeo satildeo

encontrados eleacutetrons na banda proibida

Ao incidir uma radiaccedilatildeo no cristal pode ocorrer excitaccedilatildeo de eleacutetrons ateacute a banda de

conduccedilatildeo deixando lacunas na banda de valecircncia (normalmente preenchida)

No cristal puro a energia necessaacuteria para formar um par eleacutetronlacuna eacute

aproximadamente a mesma liberada quando esse par se recombina Assim os espectros de

absorccedilatildeo e emissatildeo superpotildeem-se ocorrendo autoabsorccedilatildeo da radiaccedilatildeo luminosa produzida

Se o cristal for ativado a emissatildeo pode ocorrer via um siacutetio do ativador para o qual a energia

de transiccedilatildeo eacute menor do que a necessaacuteria para a criaccedilatildeo do par eleacutetronlacuna Desse modo o

espectro emitido eacute deslocado para comprimentos de onda maiores e natildeo causa nova absorccedilatildeo

No tubo fotomultiplicador converte-se a radiaccedilatildeo de baixa intensidade produzida no

cintilador em um sinal eleacutetrico uacutetil agrave detecccedilatildeo e contagem de radiaccedilatildeo

Analisador de altura de pulso (PHA)

A energia do foacuteton incidente de raios x determina o tamanho do pulso de tensatildeo

produzido pelo detector O analisador de altura de pulso faz uso dessa propriedade a fim de

selecionar apenas um intervalo estreito de pulsos de voltagem rejeitando todos os pulsos com

intensidades fora do intervalo escolhido

Ao final utiliza-se o meacutetodo de integraccedilatildeo dos recebidos em um integrador

eletrocircnico Se N representa o nuacutemero de contagens em um tempo de integraccedilatildeo t segundos

entatildeo a taxa de contagem eacute Nt contagens por segundo (cps)

36 Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford - Teoria

A teacutecnica de RBS consiste em incidir partiacuteculas monoenergeacuteticas de um feixe de iacuteons

(geralmente iacuteons He+) de alta energia em um alvo estacionaacuterio Ao colidirem com os aacutetomos

do alvo as partiacuteculas satildeo elasticamente espalhadas no campo eleacutetrico do nuacutecleo do aacutetomo e

chegam a um detector por um acircngulo de retroespalhamento Na Figura 11 apresenta-se um

esquema de espalhamento elaacutestico [25-27]

Figura 11 Espalhamento elaacutestico em acircngulo de retroespalhamento de um iacuteon de massa M1

por um aacutetomo de massa M2 com M2gtM1 [25]

O detector ao receber as partiacuteculas espalhadas produz um pulso ou sinal que eacute entatildeo

processado por um analisador multicanal e classificado conforme a amplitude que

corresponde a uma escala em energia Como resultado as informaccedilotildees sobre a composiccedilatildeo

elementar do aacutetomo alvo satildeo obtidas a partir de um espectro de contagens em funccedilatildeo da

energia das partiacuteculas retroespalhadas detectadas [25]

O fator cinemaacutetico (K) eacute responsaacutevel pela anaacutelise elementar qualitativa Essa

grandeza depende da razatildeo entre as energias das partiacuteculas incidentes antes (E0) e depois (E)

do espalhamento (Equaccedilatildeo 4)

119870 = 119864

1198640 (Eq 4)

Considerando as conservaccedilotildees de energia e do momentum na colisatildeo elaacutestica obteacutem-

se a relaccedilatildeo entre o fator cinemaacutetico (K) a massa atocircmica da partiacutecula incidente (M1) a massa

atocircmica do aacutetomo alvo (M2) e o acircngulo de espalhamento (θ) (Eq 5)

119870 = [1198721 119888119900119904120579+ (1198722

2minus 11987212 1199041198901198992120579)

12

1198721+ 1198722]

2

(Eq 5)

Os valores de M1 θ e E0 satildeo preacute-fixados conhecendo E determina-se K e por

conseguinte determina-se M2

A Figura 12 apresenta um esquema do espectro de RBS de um filme fino de

composiccedilatildeo geneacuterica AB onde a massa de A eacute maior do que a massa de B depositado em um

substrato C ainda mais leve

Figura 12 Esquema de um espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford de

um filme fino AB sobre um substrato C ainda mais leve [27]

A resoluccedilatildeo em massa da teacutecnica eacute a diferenccedila miacutenima de massa entre dois aacutetomos-

alvo para que sinais resolvidos possam ser observados no espectro A discriminaccedilatildeo em massa

eacute maacutexima para θ = 180deg razatildeo pela qual satildeo utilizados acircngulos elevados experimentalmente

Pode-se melhorar a resoluccedilatildeo em massa na RBS aumentando a energia e a massa dos aacutetomos

incidentes e melhorando a resoluccedilatildeo do sistema de detecccedilatildeo com o cuidado para natildeo degradar

os detectores [25]

Outra grandeza importante em RBS eacute a seccedilatildeo de choque de espalhamento (σ) que eacute

uma medida da probabilidade de ocorrer o espalhamento e que atribui o caraacuteter quantitativo agrave

teacutecnica [25] Considerando um nuacutemero de partiacuteculas espalhadas (H) sobre um detector tem-se

a Equaccedilatildeo 6

119867 = 119876119873119905 ⟨119889120590

119889120570⟩Ω (Eq 6)

Onde

Q = nuacutemero de partiacuteculas que atinge a amostra

N = densidade volumeacutetrica dos aacutetomos alvo

t = espessura do alvo

⟨119889120590

119889120570⟩ = seccedilatildeo de choque meacutedia de espalhamento

Ω = acircngulo soacutelido do detector em relaccedilatildeo ao feixe

Para acircngulos pequenos tem-se ⟨119889120590

119889120570⟩ = (

119889120590

119889120570)120579

= σ (Eq 7)

Logo 119867 = 119876119873119905120590120570 (Eq 8)

Na Equaccedilatildeo 8 conhecendo o nuacutemero de partiacuteculas que atinge o alvo Q e o detector

H pode-se determinar o numero de aacutetomos por unidade de aacuterea da amostra (Nt) desde que se

conheccedila o acircngulo soacutelido de detecccedilatildeo Ω e a seccedilatildeo de choque de espalhamento (σ) Para uma

colisatildeo elaacutestica entre dois aacutetomos com nuacutemeros atocircmicos Z1 e Z2 (do aacutetomo incidente e do

aacutetomo alvo respectivamente) em que a forccedila de interaccedilatildeo eacute a repulsatildeo eletrostaacutetica dos

nuacutecleos a seccedilatildeo de choque de espalhamento diferencial (por unidade de acircngulo soacutelido) eacute dada

pela Foacutermula de Rutherford (Equaccedilatildeo 9)

119889120590

119889120570= (

119885111988521198902

4119864)2

4

1199041198901198994120579

[1minus ((

11987211198722) 119904119890119899120579)

2

]

12

+cos120579

[1minus ((11987211198722)119904119890119899 120579)

2

]

12

2

(Eq 9)

Em siacutentese a razatildeo entre as concentraccedilotildees relativas dos elementos A e B na

superfiacutecie de uma amostra 119873119860119860119861(119909)

119873119861119860119861(119909)

pode ser calculada com o auxiacutelio de um programa

computacional ou atraveacutes da medida de altura dos degraus obtidos no espectro sendo

calculadas com as Equaccedilotildees 10 e 11

(119889120590

119889120570)119861

(119889120590

119889120570)119860

= Ji (Eq 10)

119873119860119860119861(119909)

119873119861119860119861(119909)

= 119867119860119860119861

119867119861119860119861 119869119894 (Eq 11)

37 Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford - Instrumentaccedilatildeo

Na Figura 13 pode ser observado um esquema com os principais componentes da

instrumentaccedilatildeo utilizada em anaacutelises por RBS que seratildeo descritos em seguida de acordo com

o equipamento utilizado para a realizaccedilatildeo deste trabalho e com informaccedilotildees obtidas na

referecircncia [25]

Figura 13 Esquema dos componentes presentes na instrumentaccedilatildeo utilizada em anaacutelises por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford Fonte Adaptado de [25]

O Laboratoacuterio de Implantaccedilatildeo Iocircnica da Universidade Federal do Rio Grande do Sul

possui um acelerador Tandetron equipado com fontes de iacuteons dos tipos sputtering e de

plasma com tecnologia ldquotandemrdquo com 3MV de tensatildeo maacutexima no terminal e cinco estaccedilotildees

experimentais de linhas distintas incluindo a de RBS

Fonte de iacuteons

Fonte de Plasma um gaacutes ou um vapor eacute ionizado por meio de campos

eletromagneacuteticos na faixa de radiofrequecircncia ou ao ser atravessado por corrente eleacutetrica

Fonte de ldquoSputteringrdquo os iacuteons satildeo produzidos por transferecircncia de momentum

quando da colisatildeo de um feixe primaacuterio (geralmente Cs+) com um alvo soacutelido

Aceleradores ldquotandemrdquo

Neste tipo de acelerador iacuteons positivos deixam a fonte passam por uma troca de

carga (com vapor de Liacutetio ou outro elemento eletropositivo) e satildeo conduzidos com carga

negativa ao tubo acelerador onde satildeo atraiacutedos por um terminal positivo No caso dos iacuteons

produzidos serem originalmente negativos a troca de carga eacute suprimida Junto ao terminal

positivo passam por uma seccedilatildeo contendo um gaacutes ou vapor (N2 no presente caso) ou por uma

folha muito fina de carbono para que os iacuteons emergentes tenham perdido os eleacutetrons Com

carga positiva satildeo novamente acelerados agora por repulsatildeo do terminal Diferenccedilas de

potencial da ordem de vaacuterios milhotildees de volts satildeo obtidas utilizando circuitos multiplicadores

de voltagem que multiplicam e retificam a tensatildeo produzida por um transformador Seguindo

o tubo acelerador geralmente encontra-se um segundo eletroiacutematilde que permite direcionar o

feixe de iacuteons para uma das estaccedilotildees experimentais de acordo com as espeacutecies a serem

detectadas (no presente caso partiacuteculas retroespalhadas)

Detectores de estado soacutelido com junccedilotildees p-n obtidas por implantaccedilatildeo iocircnica

A junccedilatildeo p-n sob polarizaccedilatildeo reversa permite a coleta de cargas geradas na

produccedilatildeo de pares eleacutetron-lacuna Esse fenocircmeno ocorre quando um iacuteon atravessa um

semicondutor excitando eleacutetrons da banda de valecircncia para a banda de conduccedilatildeo que entatildeo

satildeo coletados no acircnodo Dessa forma o nuacutemero de eleacutetrons coletados no acircnodo eacute proporcional

ao nuacutemero de pares de eleacutetron-lacuna produzidos o qual eacute proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo

incidente desde que o iacuteon seja totalmente freado dentro do volume ativo do detector

Analisador multicanal (MCA) no modo de anaacutelise de intensidade de pulso

O MCA consta de uma sequecircncia de registradores onde cada pulso de entrada uma

vez digitalizado por um conversor analoacutegico-digital (ADC) eacute analisado com relaccedilatildeo a sua

amplitude (modo PHA) sob o controle de um discriminador Na sequecircncia o canal de

memoacuteria correspondente tem seu conteuacutedo incrementado em uma unidade Com isso

acumulam-se em um canal especiacutefico todos os pulsos de entrada de um pequeno intervalo de

amplitudes ou energias dos iacuteons incidentes Ao final com a soma dos pulsos recebidos em

cada canal obteacutem-se um histograma do nuacutemero de pulsos em funccedilatildeo de suas amplitudes ou

energias dos iacuteons incidentes

40 METODOLOGIA

41 Amostragem

Amostras de cabelo de 16 pessoas foram coletadas Os doadores foram entrevistados

seguindo o questionaacuterio disponiacutevel no ANEXO I e selecionados de acordo com os seguintes

criteacuterios possuiacuterem cabelos virgens (cabelos sem nenhum tipo de tratamento quiacutemico como

coloraccedilotildees tinturas alisantes entre outros) estarem saudaacuteveis serem natildeo fumantes e viverem

na Regiatildeo Metropolitana do Rio de Janeiro As amostras foram divididas em dois grupos de

oito o primeiro de pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo subterracircneo e o segundo com pessoas

que ingerem a aacutegua tratada e distribuiacuteda pela CEDAE

Foram analisadas amostras de cabelo de duas pessoas que consumiam a aacutegua do

mesmo poccedilo isto eacute duas amostras de cada residecircncia totalizando 4 poccedilos diferentes (a b c

d) na localidade Chaacutecaras Arcampo em Duque de Caxias ndash RJ (Figura 14)

Figura 14 Mapa com os pontos de coleta de amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua

de poccedilo em destaque a localizaccedilatildeo das residecircncias com os poccedilos

Fonte Google Earth Acesso em 30072015

As amostras foram coletadas na regiatildeo occipital da cabeccedila (nuca) como visto na

Figura 15 com o auxiacutelio de uma tesoura de accedilo inoxidaacutevel devidamente limpa com etanol

Essa regiatildeo eacute definida como padratildeo por ser menos suscetiacutevel a contaminaccedilatildeo exoacutegena e

tambeacutem por sempre existir cabelo em indiviacuteduos semicalvos [14] Em seguida as amostras

foram catalogadas e armazenadas em sacos plaacutesticos [5] Informaccedilotildees adicionais sobre o sexo

e a idade dos doadores e o tipo e cor das amostras de cabelo coletadas disponiacuteveis no ANEXO

II

Figura 15 Coleta de amostra de cabelo na regiatildeo occipital da cabeccedila

42 Lavagem das Amostras de Cabelo

Todas as amostras foram submetidas a uma sequecircncia de etapas de lavagem de 10

minutos cada utilizando acetona e aacutegua deionizada (Figura 16) Em seguida foram colocadas

para secar agrave temperatura ambiente de acordo com o procedimento recomendado pela Agecircncia

Internacional de Energia Atocircmica (IAEA) [5]

Figura 16 Lavagem das amostras de cabelo

As amostras analisadas por XRF foram colocadas diretamente no suporte do

equipamento Os fios foram colocados de maneira a se obter a superfiacutecie do porta-amostra

totalmente coberta pelo cabelo a qual em seguida foi coberta por um filme (Ultralenereg 4

microm de espessura) (Figura 17) Para a anaacutelise com o RBS o cabelo foi aderido ao suporte do

porta-amostra com o auxiacutelio de uma fita dupla face de carbono puro (Figura 18)

Figura 17 Amostra de cabelo em porta-amostra do equipamento de Fluorescecircncia de

Raios X

Figura 18 Amostra de cabelo no porta-amostra do equipamento de Espectrometria de

Retroespalhamento Rutherford

43 Paracircmetros Instrumentais

Anaacutelises semiquantitativas de XRF dos elementos presentes no cabelo foram

realizadas no Laboratoacuterio de Impacto de Foacutetons e Eleacutetrons (LIFE) na Universidade Federal do

Rio de Janeiro (UFRJ) Utilizou-se o Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios-X S8 TIGER

ndash BRUKER (Figura 19) na faixa de energia de 05 a 56 keV acircnodo de Rh trabalhando com 1

kW de potecircncia com uma janela de Be de 76 microm atraveacutes do software Quant-Express no

meacutetodo Best Detection O tempo de aquisiccedilatildeo para cada amostra foi de aproximadamente 20

minutos

Os dados por RBS foram realizados no Laboratoacuterio de Implantaccedilatildeo Iocircnica na

Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) Utilizou-se um acelerador de iacuteons

Tandetron - HVEE 3 MV (Figura 20) usando 2000 keV de iacuteons He+ incidentes e detecccedilatildeo de

partiacuteculas retroespalhadas a 165deg

Figura 19 Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X - S8 TIGER - BRUKER

Figura 20 Acelerador de iacuteons Tandetron - HVEE 3 MV onde foi feita a anaacutelise por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford

50 RESULTADOS E DISCUSSOtildeES

51 Anaacutelise por XRF

O espectro completo de XRF da amostra 2 referente ao cabelo de uma pessoa que

ingere aacutegua de poccedilo eacute mostrado na Figura 21 conforme obtido diretamente do equipamento

Eacute possiacutevel identificar as linhas de excitaccedilatildeo do Rh e as linhas de espalhamento Compton e

Rayleigh Os espectros ampliados somente na regiatildeo de interesse com as linhas de

fluorescecircncia Kα e Kβ atribuiacutedas agrave maioria dos elementos (exceto para o chumbo em que se

detectam as linhas Lα e Lβ) e sem as linhas de Rh de todas as amostras analisadas encontram-

se nos ANEXOS III e IV Os elementos analisados e a energia de suas linhas de emissatildeo de

fluorescecircncia Kα e Kβ satildeo apresentados na Tabela 4

Figura 21 Espectro de Fluorescecircncia de Raios X completo da amostra 2

Tabela 4 Energia em keV das principais linhas de emissatildeo de raios x dos elementos

analisados Adaptado de [26]

Os elementos observados e as concentraccedilotildees semiquantitativas das amostras de

cabelo das pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo e das amostras de cabelo das pessoas que

ingerem aacutegua distribuiacuteda pela CEDAE satildeo apresentados respectivamente nas Tabelas 5 e 6

Kα Kβ

Al 1487 1557

Si 1740 1836

P 2014 2139

S 2308 2464

Cl 2622 2816

Ca 3692 4013

Mn 5899 6490

Fe 6404 7058

Cu 8048 8905

Zn 8639 9572

Pb (Linhas Lα e Lβ) 10552 12614

Elementos

Analisados

Energia (keV) das Linhas de

Emissatildeo de Raios X

Tabela 5 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (1 a 8) que

ingerem aacutegua de poccedilo As concentraccedilotildees dos elementos foram normalizadas de modo que a

soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da matriz orgacircnica em conjunto

seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo ldquoa b c drdquo correlacionam a amostra

de cabelo com o poccedilo do qual o indiviacuteduo ingere aacutegua

1 2 3 4 5 6 7 8

Al 002 003 003 34 ppm natildeo det 006 natildeo det 001

Si 001 54 ppm 006 46 ppm 005 002 002 54 ppm

P 003 003 54 ppm 002 001 46 ppm natildeo det 004

S 117 071 115 118 166 135 151 098

Cl 003 65 ppm 002 002 natildeo det 003 natildeo det 61 ppm

Ca 003 003 80 ppm 002 004 002 008 008

Mn 73 ppm 78 ppm 58 ppm 10 ppm natildeo det 91 ppm natildeo det 54 ppm

Fe 001 001 92 ppm 29 ppm 38 ppm 001 27 ppm 83 ppm

Cu 44 ppm 41 ppm 46 ppm 31 ppm natildeo det 44 ppm 37 ppm 36 ppm

Zn 77 ppm 002 91 ppm 82 ppm 41 ppm 92 ppm 40 ppm 98 ppm

Pb 10 ppm 9 ppm 12 ppm 10 ppm natildeo det 10 ppm natildeo det 9 ppm

a b c d

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Elementos

Tabela 6 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (9 a 16)

que ingerem aacutegua tratada e distribuiacuteda pela CEDAE As concentraccedilotildees dos elementos foram

normalizadas de modo que a soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da

matriz orgacircnica em conjunto seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo

9 10 11 12 13 14 15 16

Al 001 36 ppm natildeo det 002 61 ppm 90 ppm 002 natildeo det

Si natildeo det 35 ppm natildeo det 40 ppm 79 ppm 60 ppm natildeo det natildeo det

P 003 34 ppm 003 002 natildeo det 46 ppm natildeo det 41 ppm

S 111 106 116 152 136 145 155 128

Cl 52 ppm 001 002 003 004 005 014 009

Ca 006 004 002 002 001 001 001 001

Mn 51 ppm 9 ppm 32 ppm natildeo det 24 ppm 57 ppm natildeo det 30 ppm

Fe 82 ppm 30 ppm 57 ppm 56 ppm 59 ppm 90 ppm 52 ppm 54 ppm

Cu 31 ppm 51 ppm 28 ppm 27 ppm 31 ppm 44 ppm 14 ppm 29 ppm

Zn 001 001 92 ppm 86 ppm 001 001 42 ppm 001

Pb natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det

Elementos

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

Na anaacutelise semiquantitativa por XRF pode-se verificar a presenccedila de elevadas

concentraccedilotildees de enxofre o que jaacute era esperado visto que este elemento faz parte da estrutura

da cisteiacutena o aminoaacutecido em maior quantidade na composiccedilatildeo do cabelo

Os elementos Ca Zn e Fe foram detectados em todas as amostras dos dois grupos O

Ca aparece na maior parte das amostras em concentraccedilotildees da ordem de enquanto que o Zn

e o Fe da ordem de ppm Os elementos Al P Mn Cl Si e Cu aparecem na maioria das

amostras em ambos os grupos No entanto o Pb foi observado em concentraccedilotildees da ordem de

ppm somente em amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo

Para as amostras 5 7 e 15 utilizou-se um porta amostra com maacutescara de 8 mm de

diacircmetro ao inveacutes da maacutescara de 34 mm utilizada para as outras amostras devido a pouca

quantidade de cabelo coletado Agrave vantagem de poder utilizar menos amostra com a maacutescara

de 8 mm contrapotildee-se um aumento do ruiacutedo de fundo e a consequente perda da sensibilidade

na anaacutelise Tal fato pode provavelmente justificar a quantidade menor de elementos

observados nessas amostras em comparaccedilatildeo com as demais incluindo a ausecircncia do elemento

chumbo nas amostras 5 e 7 jaacute que o mesmo aparece nas amostras 6 e 8 das pessoas que

bebem a mesma aacutegua dos poccedilos c e d respectivamente

52 Anaacutelise por RBS

Apresenta-se na Figura 22 o espectro de RBS da amostra 2 adquirido durante 8

horas de anaacutelise e apoacutes tratamento dos dados atraveacutes do programa computacional OriginPro 8

Duas ampliaccedilotildees (I e II) nas regiotildees de mais alta energia satildeo apresentadas nas Figuras 23 e

24 Observou-se a presenccedila dos elementos C N O Si S Cl Ti Cu Zn e Pb

As energias dos iacuteons He+ retroespalhados a partir da interaccedilatildeo com os nuacutecleos de Pb

e Hg satildeo muito proacuteximas tornando difiacutecil a resoluccedilatildeo dos sinais No entanto o Hg natildeo foi

observado em nenhuma das amostras por XRF enquanto o Pb pode ser detectado claramente

Conclui-se portanto que o degrau no espectro eacute correspondente ao Pb

Utilizando-se o caacutelculo da seccedilatildeo de choque de espalhamento Rutherford foi possiacutevel

obter uma anaacutelise quantitativa relativa da amostra 2 Para isso foi escolhido o enxofre como

elemento padratildeo devido ao fato do S estar presente em todas as amostras de cabelo e ser

facilmente detectaacutevel por ambas as teacutecnicas Para cada aacutetomo de S na amostra de cabelo as

seguintes proporccedilotildees atocircmicas foram obtidas 115 x 102 C 274 x 10

1 N 157 x 10

1 O 479 x

10-1

Si 641 x 10-1

Cl 454 x 10-2

Ti 162 x 10-2

Cu 265 x 10-2

Zn e 504 x 10-4

Pb

Figura 22 Espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da amostra 2

(grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 23 Ampliaccedilatildeo I do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 24 Ampliaccedilatildeo II do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

60 CONCLUSOtildeES

As teacutecnicas de XRF e RBS mostraram-se eficientes e complementares na

determinaccedilatildeo de vaacuterios elementos presentes em amostras de cabelo humano Atraveacutes das duas

teacutecnicas foi possiacutevel detectar de forma semiquantitativa a presenccedila de elementos desde o Al

ateacute o Pb Por RBS tambeacutem foram detectados elementos mais leves como C N e O A

utilizaccedilatildeo conjunta das duas teacutecnicas permitiu a identificaccedilatildeo inequiacutevoca de Pb no espectro de

RBS

Eacute evidente que as concentraccedilotildees dos elementos nas amostras de cabelo dependem de

diversos fatores tais como o tipo de alimentaccedilatildeo idade sexo ambiente em que o indiviacuteduo

vive e podem ser provenientes de meios exoacutegenos e endoacutegenos Entretanto considerando o

natildeo aparecimento do Pb em nenhuma das amostras de cabelo das pessoas que ingerem aacutegua

distribuiacuteda pela CEDAE aleacutem das anaacutelises preacutevias da aacutegua dos poccedilos da aacuterea em estudo eacute

possiacutevel afirmar que existe uma elevada possibilidade da aacutegua de poccedilo estaacute atuando como

uma fonte de contaminaccedilatildeo de Pb para as pessoas Como o Pb eacute um elemento toacutexico com

propriedade de bioacumulaccedilatildeo sua presenccedila pode gerar danos irreversiacuteveis aos organismos

vivos

70 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS

Como sugestotildees deste estudo podemos indicar

Realizar uma anaacutelise quantitativa de um nuacutemero mais amplo de amostras

Efetuar uma comparaccedilatildeo com materiais de referecircncia certificados a fim de

determinar com um grau de confiabilidade mais elevado se as quantidades de

chumbo detectadas nas amostras de cabelo estatildeo acima do intervalo de valores

considerados aceitaacuteveis

80 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

[1] POZEBON D DRESSLER V L CURTIUS A J Anaacutelise de cabelo uma revisatildeo

dos procedimentos para a determinaccedilatildeo de elementos traccedilo e aplicaccedilotildees Quiacutem Nova

1999 22 (6) 838-846

[2] FRAZAtildeO S V Estudo da determinaccedilatildeo de elementos traccedilo em cabelos humanos

pelo meacutetodo de anaacutelise por ativaccedilatildeo de necircutrons Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Ciecircncias na

Aacuterea de Tecnologia Nuclear ndash Aplicaccedilotildees Instituto de Pesquisas Energeacuteticas e Nucleares ndash

Universidade de Satildeo Paulo - USP Satildeo Paulo 2008

[3] CARNEIRO M T W D SILVEIRA C L P MIEKELEY N FORTES L M C

Reference intervals for minor and trace elements in human hair for the population of

Rio de Janeiro city Brazil Quiacutem Nova 2002 25 (1) 37-45

[4] KEMPSON I M SKINNER W M KIRKBRIDE K P The ocurrence and

incorporation of copper and zinc in hair and their potential role as bioindicators a

review Journal of Toxicology and Environmental Health 2007 B 10 611-622

[5] CORTES-TORO E DE GOEIJ J J M BASCO J CHENG Y KINOVA L

MATSUBARA J NIESE S SATP T WESENBERG G R MURAMATSU Y PARR

R M The significance of hair mineral analysis as a means for assessing internal body

burdens of environmental pollutants results from an IAEA co-ordinated research

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[6] CLAYTON E WOOLER K K Sample preparation and system calibration for

Proton-Induced X-ray Emission analysis of hair from occupationally exposed workers

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1998 218 9-17

[8] MIEKELEY N FORTES L M C SILVEIRA C L P LIMA M B Elemental

anomalies in hair as indicators of endocrinologic pathologies and deficiencies in calcium

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[9] TORIBARA T Y JACKSON D A FRENCH W R THOMPSON A C

JACKLEVIC J M Nondestructive X-Ray Fluorescence Spectrometry for determination

of trace elements along a single strand of hair Anal Chem 1982 54 1844-1849

[10] KHUDER A BAKIR M A HASAN R MOHAMMAD A Determination of

nickel cuper zinc and lead in human scalp hair in Syrian occupationally exposed

workers by total reflection X-Ray Fluorescence Environ Monit Assess 2008 143 67-74

[11] BARANOWSKA I BARCHANSKI L BAK M SMOLEC B MZYK Z X-Ray

Fluorescence Spectrometry in multielemental analysis of hair and teeth Polish Journal of

Environmental Studies 2004 13 (6) 639-646

[12] WATT F LANDSBERG J P Nuclear microscopy biomedical applications

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research 1993 B 77 249-260

[13] PAIXAtildeO P V GOMES L M B Anaacutelise de aacutegua de poccedilos subterracircneos na

localidade Chaacutecaras Arcampo em Duque de Caxias ndash RJ Relatoacuterio Final de Estaacutegio

Iniciaccedilatildeo Cientiacutefica Instituto de Quiacutemica ndash Universidade Federal do Rio de Janeiro ndash UFRJ

Rio de Janeiro 2012

[14] ANUNCIACcedilAtildeO D L R Anaacutelise de elementos maiores menores e traccedilo em

amostras de cabelo aplicado a triagem populacional com elevada incidecircncia de cacircncer

Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Quiacutemica Instituto de Quiacutemica ndash Universidade de Brasiacutelia

Brasiacutelia ndash Distrito Federal 2008

[15] TEGON E C Caracterizaccedilatildeo Quiacutemica do Enxofre e do Caacutelcio presentes em

amostras de cabelos empregando as teacutecnicas XRF e NEXAFS Projeto de Final de Curso

em Quiacutemica com Atribuiccedilotildees Tecnoloacutegicas Instituto de Quiacutemica ndash Universidade Federal do

Rio de Janeiro Rio de Janeiro 2013

[16] Dossiecirc os minerais na alimentaccedilatildeo Food Ingredients Brasil 2008 ndeg 4 48-65

Disponiacutevel em lt wwwrevista-ficommaterias52pdfgt Acesso em 30 de julho de 2015

[17] CEDAE Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos Disponiacutevel em

ltwwwcedaecombrgt Acesso em 30 de julho de 2015

[18] IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatiacutestica Censo Brasileiro de 2010 Rio de

Janeiro 2010 Disponiacutevel em ltwwwcenso2010ibgegovbrgt Acesso em 30 de julho de

2015

[19] RESENDE D ALENCAR E ALMEIDA R BERTA R Principal reservatoacuterio do

Paraiacuteba do Sul Paraibuna chega ao volume morto pela primeira vez Jornal O Globo 22

de janeiro de 2015 Disponiacutevel em httpogloboglobocomrioprincipal-reservatorio-do-

paraiba-do-sul-paraibuna-chega-ao-volume-morto-pela-primeira-vez-gt Acesso em 30 de

julho de 2015

[20] Fundamentos teoacutericos da teacutecnica de anaacutelise espectromeacutetrica por fluorescecircncia de

raios-x PUC-Rio ndash Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em

lthttpwwwmaxwellvracpuc-riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 30 de julho de 2015

[21] TASCH P DAMIANI F OLIVEIRA L C M IE - 607A Teacutecnicas de anaacutelise e

caracterizaccedilatildeo de materiais Universidade Estadual de Campinas ndash UNICAMP Campinas

2000

[22] FILHO V F N Teacutecnicas analiacuteticas nucleares de Fluorescecircncia de Raios ndashX por

Dispersatildeo de Enerdia (ED-XRF) e por Reflexatildeo Total (TXRF) Departamento de Ciecircncias

Exatas ESALQ Laboratoacuterio de Instrumentaccedilatildeo Nuclear CENA Universidade de Satildeo Paulo

ndash USP Satildeo Paulo 1999

[23] PERDONAacute C R Introduccedilatildeo a espectrometria de Fluorescecircncia de Raios-X Manual

Teacutecnico ndash BRUKER 2014

[24] O espectrocircmetro de fluorescecircncia de raios-x Thermo ARL 9900 PUC-Rio ndash

Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em lthttpwwwmaxwellvracpuc-

riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 08 de agosto de 2015

[25] KRUG C Superfiacutecies porosas recobertas com metalocenos anaacutelise multivariada

envolvendo caracterizaccedilatildeo com feixe de iacuteons Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Fiacutesica Instituto

de Fiacutesica Universidade Federal do Rio Grande do Sul ndash UFRGS Porto Alegre 2000

[26] TABACNIKS M H Anaacutelise de filmes finos por PIXE e RBS Instituto de Fiacutesica da

Universidade de Satildeo Paulo Disponiacutevel em ltwww2ifuspbr~lamfipixeamprbspdfgt Acesso

em julho de 2015

[27] ALMEIDA C R Efeito de tratamentos teacutermico e quiacutemico de aerogeacuteis de oacutexido de

estanho Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Engenharia Eleacutetrica Universidade Federal de Santa

Catarina Florianoacutepolis 2013

[28] ATTWOOD D T HENKE B L et al X-Ray Data Booklet Lawrence Berkeley

Laboratory University of California Berkeley California 1986

ANEXO I

MODELO DO QUESTIONAacuteRIO PREENCHIDO ANTES DA COLETA DAS AMOSTRAS

DE CABELO

Coacutedigo da amostra

Nome

Idade (anos)

Endereccedilo

Fuma Sim ( ) Natildeo ( )

Ingere aacutegua de que tipo (poccedilo CEDAE) Poccedilo ( ) CEDAE ( )

Fez algum tipo de tratamento quiacutemico no cabelo

(coloraccedilatildeo alisamento etc)Sim ( ) Natildeo ( )

Qual Quando foi a uacuteltima vez

Esteve bem de sauacutede nos uacuteltimos 6 meses Sim ( ) Natildeo ( )

Data da coleta

Responsaacutevel pela coleta

COLETA DE AMOSTRA DE CABELO

ANEXO II

INFORMACcedilOtildeES ADICIONAIS SOBRE OS DOADORES E AS AMOSTRAS DE

CABELO COLETADAS

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

1 Feminino 62 Cacheado Castanho Escuro

2 Feminino 27 Cacheado Castanho Escuro

3 Feminino 17 Liso Castanho Escuro

4 Feminino 10 Cacheado Castanho Escuro

5 Feminino 58 Liso Castanho Escuro

6 Feminino 7 Cacheado Castanho Escuro

7 Masculino 17 Liso Castanho Claro

8 Feminino 39 Liso Castanho Escuro

Pessoas que Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

9 Feminino 41 Cacheado Castanho Escuro

10 Feminino 17 Ondulado Castanho Claro

11 Masculino 1 Cacheado Castanho Escuro

12 Feminino 11 Liso Castanho Escuro

13 Masculino 21 Liso Castanho Escuro

14 Masculino 42 Cacheado Preto

15 Masculino 6 Liso Preto

16 Masculino 14 Liso Preto

Pessoas que Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

ANEXO III

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DE POCcedilO (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 1

Amostra 2

Amostra 3

Amostra 4

Amostra 5

Amostra 6

Amostra 7

Amostra 8

ANEXO IV

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DISTRIBUIacuteDA PELA CEDAE (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 9

Amostra 10

Amostra 11

Amostra 12

Amostra 13

Amostra 14

Amostra 15

Amostra 16

Page 17: Dissertação Priscilla Velasco da Paixão

16

10 INTRODUCcedilAtildeO

A determinaccedilatildeo de elementos traccedilo em cabelo tem sido assunto de estudo em

diversas aacutereas da ciecircncia dentre elas o monitoramento de exposiccedilatildeo ambiental e ocupacional

avaliaccedilatildeo da intoxicaccedilatildeo por metais toacutexicos avaliaccedilatildeo do estado nutricional diagnoacutestico e

prevenccedilatildeo de doenccedilas e nas ciecircncias forenses Isto se deve ao fato do cabelo ser considerado

um ldquodosiacutemetro bioloacutegicordquo que reflete a exposiccedilatildeo e absorccedilatildeo do indiviacuteduo a determinado

elemento ou seja a concentraccedilatildeo dos elementos traccedilo no cabelo indica a concentraccedilatildeo dos

mesmos no organismo [1-5]

Frente agrave anaacutelise de outros materiais bioloacutegicos como urina e sangue o cabelo tem a

vantagem da facilidade de amostragem (sem dor ou trauma para o indiviacuteduo) facilidade de

armazenamento transporte e manuseio possibilidade de obtenccedilatildeo de um registro histoacuterico de

exposiccedilatildeo aos elementos em questatildeo aleacutem da estabilidade estrutural da amostra permitindo o

diagnoacutestico por um periacuteodo maior de tempo (meses a anos) [1-46]

Haacute muita controveacutersia na literatura quanto aos dados disponiacuteveis em relaccedilatildeo agrave anaacutelise

elementar em cabelos no tocante agrave falta de um procedimento padratildeo de anaacutelise com uma

etapa de lavagem que seja completamente eficiente em eliminar a contaminaccedilatildeo exoacutegena (ar

aacutegua cosmeacuteticos entre outros) da contaminaccedilatildeo endoacutegena (incorporado ao fio do cabelo

durante a primeira fase de crescimento) [1-3]

Nas uacuteltimas deacutecadas vaacuterios estudos relacionados agrave determinaccedilatildeo elementar de

cabelos com foco em quiacutemica ambiental e ciecircncia meacutedica foram realizados Dentre as teacutecnicas

mais utilizadas encontram-se Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry

(ICP-AES) [13] Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (ICP-MS) [1378]

Neutron Activation Analysis (NAA) [15] Atomic Absorption Spectroscopy (AAS) [15] X-

Ray Fluorescence (XRF) [59-11] e Proton Induced X-Ray Emission (PIXE) [612]

Encontramos na literatura apenas um relato anterior sobre a anaacutelise por RBS de amostras de

cabelo em que a RBS foi utilizada para determinar os principais componentes de cabelo (C

N O e S) Os mesmos autores tambeacutem utilizaram PIXE para determinar elementos em

concentraccedilatildeo mais baixa e Elastic Recoil Detection (ERD) para determinar Hidrogecircnio [6]

Em trabalho de Iniciaccedilatildeo Cientiacutefica feito por mim com orientaccedilatildeo da Prof Dr Lola

Maria Braga Gomes do Departamento de Quiacutemica Analiacutetica-UFRJ em 2012 foram realizadas

anaacutelises da qualidade da aacutegua de 6 poccedilos subterracircneos na localidade Chaacutecaras Arcampo na

cidade de Duque de Caxias-RJ Foram determinados por ICP-OES os seguintes elementos

Cr Mn Fe Ni Cu Zn Ar Cd e Pb Constatou-se a presenccedila de chumbo em valores ateacute 55

vezes acima do permitido pelos Padrotildees de Qualidade de Aacutegua Subterracircnea do CONAMA

[13]

O presente trabalho foi realizado com a intenccedilatildeo de verificar quais elementos

estariam presentes nas amostras de cabelo das pessoas daquela localidade e que ingerem esse

tipo de aacutegua Dentro do nosso conhecimento esta eacute a primeira vez em que XRF e RBS satildeo

conjuntamente aplicados para a determinaccedilatildeo de elementos traccedilo presentes em amostras de

cabelo

Considera-se este trabalho relevante tanto para servir como fonte de dados quanto

para o seu possiacutevel uso no acircmbito social principalmente no que diz respeito ao abastecimento

de aacutegua e a sauacutede de parte da populaccedilatildeo que consome diariamente uma aacutegua sem tratamento

20 OBJETIVO

O presente trabalho tem como objetivo utilizar as teacutecnicas de Fluorescecircncia de

Raios X (XRF) e Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford (RBS) para determinar e

comparar elementos presentes em amostras de cabelo de dois grupos de pessoas que vivem na

Regiatildeo Metropolitana do Rio de Janeiro No primeiro grupo estatildeo pessoas que ingerem aacutegua

de poccedilo enquanto no segundo grupo estatildeo pessoas que ingerem aacutegua tratada e distribuiacuteda pela

Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos (CEDAE) do Rio de Janeiro

30 REVISAtildeO BIBLIOGRAacuteFICA E FUNDAMENTOS TEOacuteRICOS

31 O Cabelo

O cabelo possui uma funccedilatildeo esteacutetica com papel importante nos atributos da beleza

mas tem como principal funccedilatildeo a proteccedilatildeo da cabeccedila dos raios solares Esse processo eacute

realizado atraveacutes de receptores nervosos que agem como sensores teacutermicos capazes de

aumentar a proteccedilatildeo quando necessaacuterio [1214]

A composiccedilatildeo do cabelo eacute de aproximadamente 80 de proteiacutenas 15 de aacutegua e

aproximadamente 5 de lipiacutedios e constituintes inorgacircnicos O cabelo eacute basicamente

constituiacutedo por trecircs camadas cutiacutecula (camada externa) coacutertex (parte intermediaacuteria) e medula

(parte mais interna) (Fig 1) A cutiacutecula eacute formada por vaacuterias subcamadas separadas por um

complexo de ceacutelulas alongadas e justapostas que envolvem o coacutertex O coacutertex eacute o principal

constituinte do cabelo formado por um conjunto de ceacutelulas ciliacutendricas denominadas matriz e

perfeitamente ligadas umas as outras Na matriz encontram-se a α-queratina e outras

proteiacutenas A medula apresenta-se em pequena quantidade e pode estar ausente em alguns tipos

de cabelo Eacute composta por ceacutelulas anucleadas contendo lipiacutedeos e granulaccedilotildees pigmentadas

[1214]

Figura 1 Desenho esquemaacutetico de um fio de cabelo

Fonte http ltwwwartistasdocabelocombrgt Acesso em 30072015

O fio de cabelo desenvolve-se a partir de cavidades denominadas foliacuteculos pilosos

localizados de 3 a 5 mm abaixo da superfiacutecie da pele A taxa de crescimento meacutedio do fio eacute de

cerca de 1 cm por mecircs e cada fio pode ter de 15 a 120 microm de diacircmetro dependendo do tipo de

cabelo O ciclo de crescimento do cabelo eacute dividido em trecircs estaacutegios (Fig2)

Anaacutegeno ocorre o crescimento ativo do cabelo com irrigaccedilatildeo sanguiacutenea atraveacutes dos

foliacuteculos capilares na regiatildeo da papila Pode durar ateacute 7 anos Em um adulto cerca de

90 dos fios encontram-se neste estaacutegio

Cataacutegeno ocorre uma transiccedilatildeo entre o crescimento do fio e seu teacutermino dura apenas

algumas semanas O cabelo para de receber irrigaccedilatildeo sanguiacutenea para de crescer e a

parte mais profunda do foliacuteculo piloso fica mais proacutexima da superfiacutecie da pele

Teloacutegeno ocorre a queda do fio iniciando o crescimento de outro fio atraveacutes de um

foliacuteculo novo que surge no mesmo local [1214]

Figura 2 Esquema das fases de crescimento do cabelo

Fonte httpltwwwtratamentocalviciecombrartigo_02phpgt Acesso em 30072015

A α-queratina eacute uma proteiacutena que apresenta uma estrutura secundaacuteria (α-heacutelice) em

um arranjo helicoidal estabilizado por pontes de hidrogecircnio (Figura 3) e eacute responsaacutevel por dar

sustentaccedilatildeo ao cabelo Ela fica imersa na matriz e eacute composta por uma sequecircncia de

aminoaacutecidos (Tabela 1) sendo a cisteiacutena o principal desses

Figura 3 Estrutura secundaacuteria (α-heacutelice) da α-queratina

Fonte httpltwwwslideplayercombrgt Acesso em 27092015

Tabela 1 Composiccedilatildeo de aminoaacutecidos no cabelo normal Fonte [15]

Ligaccedilotildees quiacutemicas cruzadas entre as cadeias polimeacutericas de α-queratina formam

pontes dissulfeto (-S-S-) que datildeo origem aos resiacuteduos de cistina (Fig4) Como estatildeo em

grande quantidade na composiccedilatildeo do cabelo formam uma rede de alta resistecircncia e datildeo o

formato ao fio A reduccedilatildeo dessas ligaccedilotildees causa mudanccedilas nas propriedades mecacircnicas do fio

Cortes histoloacutegicos evidenciaram elevada atividade de metais pesados na α-queratina [114]

Aminoaacutecido Quantidade Residual ()

Aacutecido Aspaacutertico 49

Aacutecido Glutacircmico 114

Alanina 46

Arginina 58

Cisteiacutena 178

Fenilalanina 16

Glicina 64

Histidina 09

Isoleucina 26

Leucina 58

Lisina 27

Metionina 06

Prolina 84

Serina 117

Tirosina 2

Treonina 68

Valina 58

Figura 4 Estrutura da Cisteiacutena e da Cistina Reaccedilatildeo de oxi-reduccedilatildeo formando a ponte

dissulfeto Adaptado de httpltbiocienciascpoblogspotcombr201211resumo-

proteinashtmlgt

A incorporaccedilatildeo de elementos ao cabelo pode ocorrer por dois meios exoacutegeno e

endoacutegeno A incorporaccedilatildeo endoacutegena ocorre no primeiro estaacutegio de crescimento do fio onde o

foliacuteculo capilar encontra-se em contato com as glacircndulas secretoras e vasos sanguiacuteneos

Assim os elementos quiacutemicos que circulam no organismo atraveacutes dos fluidos podem

incorporar-se ao cabelo Estima-se que o periacuteodo entre a absorccedilatildeo pelo indiviacuteduo e a

incorporaccedilatildeo de elementos no cabelo seja de 30 dias Um modelo mais simples sugere que a

incorporaccedilatildeo endoacutegena ocorra de forma passiva isto eacute por difusatildeo [1] Os metais ligam-se

aos aminoaacutecidos atraveacutes de seus grupos funcionais como sulfidrila (-SH) amina (-NH2)

hidroxila (-OH) e carboxila (-COOH) nos quais a forccedila destas ligaccedilotildees dependeraacute da

estrutura eletrocircnica externa do metal [14]

Na incorporaccedilatildeo exoacutegena os elementos quiacutemicos satildeo levados ao cabelo por fatores

externos como aacutegua poeira fumaccedila cosmeacuteticos entre outros Os elementos podem ligar-se agrave

cutiacutecula do fio capilar principalmente se as cutiacuteculas estiverem danificadas [14]

32 Elementos Essenciais e Natildeo Essenciais e a Sauacutede Humana

Os elementos traccedilos podem ser divididos em essenciais e natildeo essenciais de acordo

com a importacircncia nutricional e a influecircncia no organismo dos seres vivos Os elementos

traccedilo essenciais satildeo considerados beneacuteficos e indispensaacuteveis para os seres vivos dentro de

uma faixa especiacutefica de concentraccedilatildeo Na Tabela 2 estatildeo listados os elementos traccedilo

essenciais e suas respectivas funccedilotildees bioloacutegicas [214]

Tabela 2 Elementos traccedilo essenciais e algumas de suas funccedilotildees bioloacutegicas

Adaptado de [14 16]

B Previne a osteoporose em mulheres na fase poacutes-menopausa

CaImportante na coagulaccedilatildeo sanguinea na contraccedilatildeo muscular transmissatildeo nervosa e

formaccedilatildeo de ossos e dentes

Cl Presente no suco gaacutestrico manteacutem o equilibrio hidrico e de eletroacutelitos

Co Constituinte da vitamina B12

Cr Importante no metabolismo da glicose

Cu Cofator em enzimas redox e no transporte de O2

F Prevenccedilatildeo das patologias bucodentaacuteria e oacutessea atua tambeacutem nos tecidos celulares

Fe Cofator em muitas enzimas e proteiacutenas heme

IPresente na estrutura de dois fatores hormonais da glacircndula tireoacuteide (tiroxina e

triiodotiroxina)

KImportante na regulaccedilatildeo da atividade neuromuscular crescimento celular e equiliacutebrio

osmoacutetico

MgRegula diversas reaccedilotildees enzimaacuteticas e age sobre as trocas iocircnicas da membrana

celular

MnCofator em muitas enzimas auxilia na reduccedilatildeo de accedilucar no sangue e a regular o

funcionamento do sistema reprodutivo

Elementos Essenciais e suas Funccedilotildees Bioloacutegicas

Os elementos traccedilo natildeo essenciais satildeo aqueles que natildeo apresentam nenhuma funccedilatildeo

no metabolismo das espeacutecies animais e vegetais e quando estatildeo em alta concentraccedilatildeo podem

provocar efeitos negativos ao organismo dos seres vivos Na Tabela 3 estatildeo listados alguns

elementos traccedilo natildeo essenciais e suas toxicidades [214]

Mo Cofator em enzimas que metabolizam os aminoaacutecidos metionina e cistina

NaAtua no controle osmoacutetico volume plasmaacutetico transmissatildeo de impulsos nervosos e

controle da contraccedilatildeo muscular

Ni A essencialidade eacute provaacutevel mas ainda natildeo estaacute estabelecida

PAtua na formaccedilatildeo dos ossos e dentes participa da estrutura das membranas

celulares e do processo de absorccedilatildeo renal da glicose

SParticipa da construccedilatildeo das proteiacutenas e no metabolismo energeacutetico faz parte de

algumas vitaminas (tiamina e biotina)

SeParticipaccedilatildeo na siacutentese de hormocircnios tireoideanos na accedilatildeo antioxidante e eacute cofator

em enzimas

Si Atua na estrutura da derme promovendo sua elasticidade

Sn A essencialidade eacute provaacutevel mas ainda natildeo estaacute estabelecida

V A essencialidade eacute provaacutevel mas ainda natildeo estaacute estabelecida

ZnCofator em algumas enzimas e na insulina tambeacutem exerce influecircncia no metabolismo

dos aacutecidos nucleiacutecos

Tabela 3 Elementos traccedilo natildeo essenciais e suas toxicidades Adaptado de [14]

Os termos macrominerais e microminerais (ou elementos-traccedilo) tambeacutem satildeo muito

utilizados no meio cientiacutefico principalmente na aacuterea de nutriccedilatildeo Os macrominerais satildeo

aqueles elementos encontrados em altas concentraccedilotildees nas amostras geralmente acima de

1 ou cuja necessidade diaacuteria no organismo seja maior que 100 mg No cabelo satildeo

considerados macrominerais por exemplo Ca P S Mg Na K e Cl Jaacute os microminerais satildeo

aqueles encontrados em baixas concentraccedilotildees na amostra (ppm ou ppb) ou cuja necessidade

no organismo seja inferior a 100 mg por dia No cabelo podem ser citados os seguintes

microminerais Fe Zn Cu Mn I Cr Se F Co Ni Si e Mo [114]

33 Abastecimento de Aacutegua na Regiatildeo de Amostragem

No Estado do Rio de Janeiro a captaccedilatildeo tratamento aduccedilatildeo e distribuiccedilatildeo das redes

de aacutegua ficam a cargo da CEDAE ndash Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos No presente

momento a CEDAE abastece cerca de 9 milhotildees de pessoas em 64 dos 92 municiacutepios do

Estado sendo Duque de Caxias um desses [17]

O abastecimento de aacutegua pela CEDAE na cidade de Duque de Caxias nunca ocorreu

de forma contiacutenua e natildeo haacute garantia da manutenccedilatildeo da qualidade da aacutegua ateacute a chegada ao

Al

Causa ao organismo anemia enfraquecimento dos ossos e muacutesculos

dificuldade no metabolismo do caacutelcio alteraccedilotildees hepatoloacutegicas e

renais dores de cabeccedila e nervosismo

AsInterrompe a expressatildeo de diversos genes em especial aqueles que

participam das vias de transduccedilatildeo de sinal

CdOcasiona perda de peso hemorragia danos ao sistema respiratoacuterio

hepatoloacutegico e renal

PbGera alteraccedilotildees cardiovasculares gastrointestinais hematoloacutegicas

renais neuroloacutegicas e imunoloacutegicas

Elementos Natildeo Essenciais e suas Toxicidades

consumidor Segundo dados do CENSO-2010 dos 269353 domiciacutelios estabelecidos no

municiacutepio de Duque de Caxias apenas 63 alegaram receber aacutegua de redes de distribuiccedilatildeo

[18] Diante do cenaacuterio atual em que o Sudeste vive a maior crise hiacutedrica dos uacuteltimos cem

anos devido agrave escassez de chuvas os reservatoacuterios que abastecem o estado do Rio de Janeiro

encontram-se em niacuteveis muito baixos e alguns deles chegaram ao volume morto (reserva

teacutecnica) Com isso o abastecimento de aacutegua para a populaccedilatildeo estaacute a cada dia mais escasso

Na Figura 5 apresenta-se uma foto da situaccedilatildeo do maior reservatoacuterio da Bacia do Rio Paraiacuteba

do Sul (em fevereiro deste ano) Este reservatoacuterio alimenta a Estaccedilatildeo de Tratamento de Aacutegua

do Guandu que por sua vez eacute responsaacutevel pelo abastecimento de toda a Regiatildeo Metropolitana

do Rio de Janeiro [19]

Figura 5 Reservatoacuterio Paraibuna localizado na Bacia do Rio Paraiacuteba do Sul apoacutes estiagem dos uacuteltimos anos

Na foto o reservatoacuterio estaacute com -056 da capacidade (volume morto) 03022015 Fonte http

ltogloboglobocomrionivel-de-reservatorios-do-rio-paraiba-do-sul-apresentam-leve-melhora-apos-chuvas-

fortes-15229418gt Acesso em 30072015

Devido aos fatores mencionados aliados agrave facilidade de manutenccedilatildeo e ao baixo custo

de perfuraccedilatildeo a utilizaccedilatildeo de aacutegua de poccedilo subterracircneo (Figura 6) eacute cada vez mais requisitada

para suprir as carecircncias de abastecimento No Brasil o aquiacutefero subterracircneo abastece cerca de

19 do total dos domiciacutelios particulares enquanto que no municiacutepio de Duque de Caxias este

percentual atinge os 35 segundo o CENSO-2010 [18]

Figura 6 Poccedilo subterracircneo em Duque de Caxias

34 Fluorescecircncia de Raios X - Teoria

A Espectroscopia de Fluorescecircncia de Raios X eacute uma teacutecnica natildeo destrutiva que

permite a identificaccedilatildeo simultacircnea (qualitativa e quantitativa) de elementos presentes em uma

amostra A teacutecnica baseia-se no fato dos elementos quiacutemicos emitirem radiaccedilotildees

caracteriacutesticas quando submetidos a uma excitaccedilatildeo adequada [20-23]

As amostras satildeo irradiadas com foacutetons (feixe de raios x) gerados por uma fonte Esse

feixe de raios x primaacuterio possui energia suficiente para ejetar eleacutetrons de camadas internas do

aacutetomo (camadas com maior energia de ligaccedilatildeo) transferindo energia para este eleacutetron que eacute

ejetado como fotoeleacutetron O aacutetomo fica instaacutevel (excitado) com uma vacacircncia na camada

interna Com o intuito de diminuir a energia do sistema eleacutetrons de outras camadas

preenchem essa lacuna A diferenccedila de energia entre os niacuteveis da transiccedilatildeo eletrocircnica eacute

liberada atraveacutes da emissatildeo de um foacuteton de raios x (fluorescecircncia ou raio x secundaacuterio) que

tem energia caracteriacutestica para cada elemento como ilustrado na Figura 7 A energia do raio x

caracteriacutestico eacute fornecida pela Equaccedilatildeo 1 [20-23]

Ex = Eni - Enf (Eq1)

Onde

Ex = energia do raio x caracteriacutestico emitido

Eni Enf = energia dos estados eletrocircnicos inicial e final respectivamente

Figura 7 Esquema do princiacutepio da Fluorescecircncia de Raios X

Fonteltwwwshimadzucombrgt Acesso em 30072015

A radiaccedilatildeo caracteriacutestica eacute nomeada de acordo com o niacutevel de onde se apresenta a

vacacircncia (K L M) e de qual niacutevel (α β) e subniacutevel (1 2) proveacutem o eleacutetron que iraacute

ocupar essa lacuna Por exemplo a vacacircncia originada na camada K pode ser preenchida por

eleacutetrons de dois subniacuteveis da camada L o que origina as linhas espectrais Kα1 e Kα2 Se a

vacacircncia da camada K fosse ocupada por um eleacutetron da M teria-se o Kβ e assim por diante

[23]

Com isso os elementos em uma amostra podem ser identificados atraveacutes da medida

do comprimento de onda (ou energia) dessas radiaccedilotildees caracteriacutesticas e as concentraccedilotildees

mensuradas pela intensidade dessas radiaccedilotildees [2123]

Quando um feixe de raios x incide sobre um determinado material diversas formas

de interaccedilatildeo entre a radiaccedilatildeo e a mateacuteria podem ocorrer tais como o Efeito Auger e os

espalhamentos Rayleigh e Compton [20-23]

O processo de relaxaccedilatildeo natildeo-radiativa ou Efeito Auger ocorre quando o aacutetomo

excitado emite um eleacutetron (eleacutetron Auger) ao inveacutes do processo de fluorescecircncia (Figura 8)

Esses dois processos de relaxaccedilatildeo do sistema satildeo concorrentes e a predominacircncia de um ou de

outro depende do numero atocircmico O Efeito Auger prevalece em elementos com baixo

nuacutemero atocircmico (Zlt20) [21]

Figura 8 Efeito Auger [20]

O fenocircmeno de espalhamento de raios x eacute importante em espectroscopia pois eacute

responsaacutevel pela intensidade da radiaccedilatildeo de fundo (background) presente em uma

determinada medida Ele eacute a soma dos efeitos de dois fenocircmenos o espalhamento coerente

elaacutestico ou Rayleigh no qual os raios x primaacuterios satildeo defletidos sem perda de energia isto eacute

sem alteraccedilatildeo no comprimento de onda (λ) e o espalhamento incoerente inelaacutestico ou

Compton no qual foacutetons de raios x primaacuterio satildeo defletidos com perda de energia e com

ejeccedilatildeo de um fotoeleacutetron (Figura 9) [21]

Figura 9 Espalhamento Compton e Rayleigh [21]

35 Fluorescecircncia de Raios X - Instrumentaccedilatildeo

Na Figura 10 pode ser observado um esquema com os principais componentes do

espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X por Dispersatildeo de Comprimento de Onda

(WDXRF - Wavelength Dispersive X-ray Fluorescence) utilizado neste trabalho Suas

funccedilotildees seratildeo descritas em seguida [23]

Figura 10 Instrumentaccedilatildeo do Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X por Dispersatildeo de

Comprimento de Onda - S8 TIGER - BRUKER [23]

Tubo de Raios X

A radiaccedilatildeo incidente eacute produzida em um tubo de raios x consistindo em uma ampola

de vidro ou de metal sob alto vaacutecuo com um filamento de tungstecircnio em uma extremidade

denominado caacutetodo e um alvo de metal na outra extremidade denominado acircnodo

O filamento eacute aquecido por uma corrente eleacutetrica e emite eleacutetrons (emissatildeo

termiocircnica) Os eleacutetrons satildeo acelerados rumo a um acircnodo (alvo) empregando-se uma

diferenccedila de potencial (10-70 kV) Raios x primaacuterios satildeo produzidos quando esses eleacutetrons

com alta velocidade colidem com o material alvo Com o impacto a maior parte da energia

cineacutetica dos eleacutetrons eacute convertida em calor exigindo que o acircnodo seja resfriado de forma

eficiente Apenas uma pequena parte (02-05 dependendo do tipo do alvo) da energia

eletrocircnica eacute convertida em raios x uacuteteis

Essa radiaccedilatildeo consiste em um Contiacutenuo ou Bremsstrahlung e linhas de raios x

caracteriacutesticas do material alvo (aleacutem de linhas caracteriacutesticas de quaisquer contaminantes

presentes) Assim o espectro primaacuterio de um tubo de raios x convencional consiste em linhas

caracteriacutesticas do material do acircnodo (por exemplo Rh) superpostas a um contiacutenuo de

radiaccedilatildeo

Os tubos de raios x satildeo geralmente isolados atraveacutes de uma janela de beriacutelio pois

esse elemento apresenta baixa absorccedilatildeo de raios x e alta resistecircncia mecacircnica para suportar as

diferenccedilas de pressatildeo

Filtros do Feixe Primaacuterio

O espectro primaacuterio pode natildeo conter apenas as linhas do elemento-alvo mas tambeacutem

as linhas de impurezas como Fe Cr ou Cu presentes em vaacuterias partes do tubo Desta forma o

niacutevel de fundo (background) na posiccedilatildeo desses elementos no espectro pode ser elevado

Filtros de feixe primaacuterio satildeo utilizados para filtrar as linhas caracteriacutesticas do tubo se

o mesmo elemento estiver presente na amostra ou se houver sobreposiccedilatildeo por uma linha do

tubo em linhas de elementos da amostra No equipamento em que foram feitas as anaacutelises satildeo

utilizados (automaticamente) os filtros de Cu de 200 microm de espessura e o de Al de 500 microm de

espessura

Maacutescara

Delimita a aacuterea da amostra que seraacute irradiada

Selo de vaacutecuo (Vacuum seal )

Protege o sistema de detecccedilatildeo dos foacutetons de raios x de qualquer vazamento de

amostra

Goniocircmetro

Em equipamentos de dispersatildeo sequencial empregam-se uma ldquogeometria do feixe

paralelordquo ou uma ldquogeometria de cristal planardquo permitindo que os acircngulos do cristal e do

detector sejam selecionados por um aparelho chamado goniocircmetro

O goniocircmetro eacute uma estrutura de rotaccedilatildeo que permite que o cristal e o detector

possuam um movimento angular acoplado θ a 2θ entre eles

Colimador

Colima o feixe divergente de raios x emitido pela amostra Satildeo normalmente feitos

de uma seacuterie de lacircminas paralelas O comprimento e o espaccedilamento entre as lacircminas

determinam a divergecircncia angular admitida pelo colimador Essa divergecircncia angular

juntamente com o cristal determina a resoluccedilatildeo final do espectro

Pode-se melhorar a resoluccedilatildeo fechando o colimador para minimizar a divergecircncia

Poreacutem com isso a intensidade tambeacutem diminui Assim torna-se necessaacuterio um equiliacutebrio

entre a resoluccedilatildeo final (necessaacuteria para evitar sobreposiccedilotildees espectrais importantes) e a

sensibilidade (relacionada com a intensidade)

Cristal

Separa os vaacuterios comprimentos de onda emitidos pela amostra A lei de Bragg

(equaccedilatildeo 2) propotildee que se um plano cristalino tiver um espaccedilamento interplanar (d) refletindo

um comprimento de raios x (λ) essa onda difere em caminho percorrido por uma distacircncia

(2dsenθ) da onda refletida pelo plano adjacente Quando esse caminho percorrido difere por

um nuacutemero inteiro de comprimento de onda tem-se uma interferecircncia construtiva e os raios x

refletidos satildeo reforccedilados Caso contraacuterio tem-se uma interferecircncia destrutiva e os raios x

refletidos se anulam A equaccedilatildeo de Bragg (2)

119899120582 = 2119889119904119890119899120579 (Eq 2)

Onde

n = nuacutemero inteiro (1 2 3) chamado Ordem de Difraccedilatildeo

d = espaccedilamento interplanos no cristal utilizado

θ = acircngulo de Bragg ou acircngulo de difraccedilatildeo

λ = comprimento de onda da linha espectral

Dessa forma para um dado plano cristalino e uma dada ordem de difraccedilatildeo cada

comprimento de onda no espectro de XRF incidente eacute difratado em um uacutenico acircngulo O

comprimento de onda maacuteximo que o proacuteprio plano cristalino pode difratar eacute 2d (quando senθ

assume o valor maacuteximo de 1) Portanto eacute necessaacuterio um cristal ou um plano cristalino com

diferentes valores de 2d para cobrir diferentes intervalos de comprimento de onda em toda a

tabela perioacutedica No espectrocircmetro utilizado neste trabalho foram usados os seguintes cristais

XS-55 (multicamada de WSi) do C ateacute o Mg PET (Pentaeritriato) do Al ateacute o Ti e LiF 200

do K ateacute o U

Detector

Converte os foacutetons de raios x em pulsos de tensatildeo mensuraacuteveis Satildeo utilizados dois

detectores para cobrir todos os elementos do Be ao U Detector de fluxo proporcional

(preenchido com Ar) para elementos do Be ao Cr e o detector de cintilaccedilatildeo de NaI(Tl) para

elementos do Mn ao U

Detectores de fluxo proporcional

Satildeo detectores de radiaccedilatildeo que operam a partir da ionizaccedilatildeo de gases Satildeo

constituiacutedos por um conjunto de eletrodos e um gaacutes Quando o gaacutes eacute colocado entre dois

eletrodos aos quais eacute aplicada certa diferenccedila de potencial os caacutetions e eleacutetrons produzidos

pela passagem de radiaccedilatildeo seratildeo atraiacutedos pelos eletrodos de carga oposta e por eles seratildeo

coletados Na regiatildeo de verdadeira proporcionalidade (Equaccedilatildeo 3) a razatildeo entre a carga

coletada pelos eletrodos e a carga gerada pela ionizaccedilatildeo primaacuteria manteacutem-se constante para as

diferenccedilas de potencial (∆V) aplicadas e com um capacitor de capacitacircncia (C)

Quando a radiaccedilatildeo atravessa esse tipo de detector e produz pares iocircnicos (formados

por eleacutetrons e caacutetions do gaacutes) esses caacutetions (ionizaccedilatildeo primaacuteria) satildeo acelerados adquirindo

energia suficiente para produzir novos pares iocircnicos (ionizaccedilatildeo secundaacuteria) por colisatildeo com

moleacuteculas inicialmente neutras do gaacutes Assim haacute uma multiplicaccedilatildeo do nuacutemero de pares

original A carga coletada eacute igual agrave carga produzida pela radiaccedilatildeo (Q) multiplicada por um

fator (M) denominado ldquoganhordquo

∆119881 = (119872119876)

119862 (Eq 3)

Portanto o sinal produzido tem altura proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo incidente

Detectores de cintilaccedilatildeo

O cintilador eacute uma substacircncia soacutelida ou liacutequida na qual a energia de radiaccedilatildeo

incidente eacute transferida aos eleacutetrons do material sendo depois emitida na forma de radiaccedilatildeo

eletromagneacutetica de frequecircncia menor (visiacutevel ou ultravioleta)

O detector de cintilaccedilatildeo utilizado eacute constituiacutedo por um cristal de NaI(Tl) (iodeto de

soacutedio ativado com 1 de iodeto de taacutelio) no qual ocorre a emissatildeo de radiaccedilatildeo de frequecircncia

menor aleacutem de um fotomultiplicador onde essa radiaccedilatildeo luminosa eacute transformada em pulso

eleacutetrico e amplificada

O mecanismo de cintilaccedilatildeo nos cristais inorgacircnicos baseia-se na propriedade dos

semicondutores terem banda de valecircncia e banda de conduccedilatildeo Na banda de valecircncia os

eleacutetrons estatildeo essencialmente ligados aos siacutetios do cristal Jaacute na banda de conduccedilatildeo os

eleacutetrons tecircm energia suficiente para migrar atraveacutes do cristal No cristal puro natildeo satildeo

encontrados eleacutetrons na banda proibida

Ao incidir uma radiaccedilatildeo no cristal pode ocorrer excitaccedilatildeo de eleacutetrons ateacute a banda de

conduccedilatildeo deixando lacunas na banda de valecircncia (normalmente preenchida)

No cristal puro a energia necessaacuteria para formar um par eleacutetronlacuna eacute

aproximadamente a mesma liberada quando esse par se recombina Assim os espectros de

absorccedilatildeo e emissatildeo superpotildeem-se ocorrendo autoabsorccedilatildeo da radiaccedilatildeo luminosa produzida

Se o cristal for ativado a emissatildeo pode ocorrer via um siacutetio do ativador para o qual a energia

de transiccedilatildeo eacute menor do que a necessaacuteria para a criaccedilatildeo do par eleacutetronlacuna Desse modo o

espectro emitido eacute deslocado para comprimentos de onda maiores e natildeo causa nova absorccedilatildeo

No tubo fotomultiplicador converte-se a radiaccedilatildeo de baixa intensidade produzida no

cintilador em um sinal eleacutetrico uacutetil agrave detecccedilatildeo e contagem de radiaccedilatildeo

Analisador de altura de pulso (PHA)

A energia do foacuteton incidente de raios x determina o tamanho do pulso de tensatildeo

produzido pelo detector O analisador de altura de pulso faz uso dessa propriedade a fim de

selecionar apenas um intervalo estreito de pulsos de voltagem rejeitando todos os pulsos com

intensidades fora do intervalo escolhido

Ao final utiliza-se o meacutetodo de integraccedilatildeo dos recebidos em um integrador

eletrocircnico Se N representa o nuacutemero de contagens em um tempo de integraccedilatildeo t segundos

entatildeo a taxa de contagem eacute Nt contagens por segundo (cps)

36 Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford - Teoria

A teacutecnica de RBS consiste em incidir partiacuteculas monoenergeacuteticas de um feixe de iacuteons

(geralmente iacuteons He+) de alta energia em um alvo estacionaacuterio Ao colidirem com os aacutetomos

do alvo as partiacuteculas satildeo elasticamente espalhadas no campo eleacutetrico do nuacutecleo do aacutetomo e

chegam a um detector por um acircngulo de retroespalhamento Na Figura 11 apresenta-se um

esquema de espalhamento elaacutestico [25-27]

Figura 11 Espalhamento elaacutestico em acircngulo de retroespalhamento de um iacuteon de massa M1

por um aacutetomo de massa M2 com M2gtM1 [25]

O detector ao receber as partiacuteculas espalhadas produz um pulso ou sinal que eacute entatildeo

processado por um analisador multicanal e classificado conforme a amplitude que

corresponde a uma escala em energia Como resultado as informaccedilotildees sobre a composiccedilatildeo

elementar do aacutetomo alvo satildeo obtidas a partir de um espectro de contagens em funccedilatildeo da

energia das partiacuteculas retroespalhadas detectadas [25]

O fator cinemaacutetico (K) eacute responsaacutevel pela anaacutelise elementar qualitativa Essa

grandeza depende da razatildeo entre as energias das partiacuteculas incidentes antes (E0) e depois (E)

do espalhamento (Equaccedilatildeo 4)

119870 = 119864

1198640 (Eq 4)

Considerando as conservaccedilotildees de energia e do momentum na colisatildeo elaacutestica obteacutem-

se a relaccedilatildeo entre o fator cinemaacutetico (K) a massa atocircmica da partiacutecula incidente (M1) a massa

atocircmica do aacutetomo alvo (M2) e o acircngulo de espalhamento (θ) (Eq 5)

119870 = [1198721 119888119900119904120579+ (1198722

2minus 11987212 1199041198901198992120579)

12

1198721+ 1198722]

2

(Eq 5)

Os valores de M1 θ e E0 satildeo preacute-fixados conhecendo E determina-se K e por

conseguinte determina-se M2

A Figura 12 apresenta um esquema do espectro de RBS de um filme fino de

composiccedilatildeo geneacuterica AB onde a massa de A eacute maior do que a massa de B depositado em um

substrato C ainda mais leve

Figura 12 Esquema de um espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford de

um filme fino AB sobre um substrato C ainda mais leve [27]

A resoluccedilatildeo em massa da teacutecnica eacute a diferenccedila miacutenima de massa entre dois aacutetomos-

alvo para que sinais resolvidos possam ser observados no espectro A discriminaccedilatildeo em massa

eacute maacutexima para θ = 180deg razatildeo pela qual satildeo utilizados acircngulos elevados experimentalmente

Pode-se melhorar a resoluccedilatildeo em massa na RBS aumentando a energia e a massa dos aacutetomos

incidentes e melhorando a resoluccedilatildeo do sistema de detecccedilatildeo com o cuidado para natildeo degradar

os detectores [25]

Outra grandeza importante em RBS eacute a seccedilatildeo de choque de espalhamento (σ) que eacute

uma medida da probabilidade de ocorrer o espalhamento e que atribui o caraacuteter quantitativo agrave

teacutecnica [25] Considerando um nuacutemero de partiacuteculas espalhadas (H) sobre um detector tem-se

a Equaccedilatildeo 6

119867 = 119876119873119905 ⟨119889120590

119889120570⟩Ω (Eq 6)

Onde

Q = nuacutemero de partiacuteculas que atinge a amostra

N = densidade volumeacutetrica dos aacutetomos alvo

t = espessura do alvo

⟨119889120590

119889120570⟩ = seccedilatildeo de choque meacutedia de espalhamento

Ω = acircngulo soacutelido do detector em relaccedilatildeo ao feixe

Para acircngulos pequenos tem-se ⟨119889120590

119889120570⟩ = (

119889120590

119889120570)120579

= σ (Eq 7)

Logo 119867 = 119876119873119905120590120570 (Eq 8)

Na Equaccedilatildeo 8 conhecendo o nuacutemero de partiacuteculas que atinge o alvo Q e o detector

H pode-se determinar o numero de aacutetomos por unidade de aacuterea da amostra (Nt) desde que se

conheccedila o acircngulo soacutelido de detecccedilatildeo Ω e a seccedilatildeo de choque de espalhamento (σ) Para uma

colisatildeo elaacutestica entre dois aacutetomos com nuacutemeros atocircmicos Z1 e Z2 (do aacutetomo incidente e do

aacutetomo alvo respectivamente) em que a forccedila de interaccedilatildeo eacute a repulsatildeo eletrostaacutetica dos

nuacutecleos a seccedilatildeo de choque de espalhamento diferencial (por unidade de acircngulo soacutelido) eacute dada

pela Foacutermula de Rutherford (Equaccedilatildeo 9)

119889120590

119889120570= (

119885111988521198902

4119864)2

4

1199041198901198994120579

[1minus ((

11987211198722) 119904119890119899120579)

2

]

12

+cos120579

[1minus ((11987211198722)119904119890119899 120579)

2

]

12

2

(Eq 9)

Em siacutentese a razatildeo entre as concentraccedilotildees relativas dos elementos A e B na

superfiacutecie de uma amostra 119873119860119860119861(119909)

119873119861119860119861(119909)

pode ser calculada com o auxiacutelio de um programa

computacional ou atraveacutes da medida de altura dos degraus obtidos no espectro sendo

calculadas com as Equaccedilotildees 10 e 11

(119889120590

119889120570)119861

(119889120590

119889120570)119860

= Ji (Eq 10)

119873119860119860119861(119909)

119873119861119860119861(119909)

= 119867119860119860119861

119867119861119860119861 119869119894 (Eq 11)

37 Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford - Instrumentaccedilatildeo

Na Figura 13 pode ser observado um esquema com os principais componentes da

instrumentaccedilatildeo utilizada em anaacutelises por RBS que seratildeo descritos em seguida de acordo com

o equipamento utilizado para a realizaccedilatildeo deste trabalho e com informaccedilotildees obtidas na

referecircncia [25]

Figura 13 Esquema dos componentes presentes na instrumentaccedilatildeo utilizada em anaacutelises por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford Fonte Adaptado de [25]

O Laboratoacuterio de Implantaccedilatildeo Iocircnica da Universidade Federal do Rio Grande do Sul

possui um acelerador Tandetron equipado com fontes de iacuteons dos tipos sputtering e de

plasma com tecnologia ldquotandemrdquo com 3MV de tensatildeo maacutexima no terminal e cinco estaccedilotildees

experimentais de linhas distintas incluindo a de RBS

Fonte de iacuteons

Fonte de Plasma um gaacutes ou um vapor eacute ionizado por meio de campos

eletromagneacuteticos na faixa de radiofrequecircncia ou ao ser atravessado por corrente eleacutetrica

Fonte de ldquoSputteringrdquo os iacuteons satildeo produzidos por transferecircncia de momentum

quando da colisatildeo de um feixe primaacuterio (geralmente Cs+) com um alvo soacutelido

Aceleradores ldquotandemrdquo

Neste tipo de acelerador iacuteons positivos deixam a fonte passam por uma troca de

carga (com vapor de Liacutetio ou outro elemento eletropositivo) e satildeo conduzidos com carga

negativa ao tubo acelerador onde satildeo atraiacutedos por um terminal positivo No caso dos iacuteons

produzidos serem originalmente negativos a troca de carga eacute suprimida Junto ao terminal

positivo passam por uma seccedilatildeo contendo um gaacutes ou vapor (N2 no presente caso) ou por uma

folha muito fina de carbono para que os iacuteons emergentes tenham perdido os eleacutetrons Com

carga positiva satildeo novamente acelerados agora por repulsatildeo do terminal Diferenccedilas de

potencial da ordem de vaacuterios milhotildees de volts satildeo obtidas utilizando circuitos multiplicadores

de voltagem que multiplicam e retificam a tensatildeo produzida por um transformador Seguindo

o tubo acelerador geralmente encontra-se um segundo eletroiacutematilde que permite direcionar o

feixe de iacuteons para uma das estaccedilotildees experimentais de acordo com as espeacutecies a serem

detectadas (no presente caso partiacuteculas retroespalhadas)

Detectores de estado soacutelido com junccedilotildees p-n obtidas por implantaccedilatildeo iocircnica

A junccedilatildeo p-n sob polarizaccedilatildeo reversa permite a coleta de cargas geradas na

produccedilatildeo de pares eleacutetron-lacuna Esse fenocircmeno ocorre quando um iacuteon atravessa um

semicondutor excitando eleacutetrons da banda de valecircncia para a banda de conduccedilatildeo que entatildeo

satildeo coletados no acircnodo Dessa forma o nuacutemero de eleacutetrons coletados no acircnodo eacute proporcional

ao nuacutemero de pares de eleacutetron-lacuna produzidos o qual eacute proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo

incidente desde que o iacuteon seja totalmente freado dentro do volume ativo do detector

Analisador multicanal (MCA) no modo de anaacutelise de intensidade de pulso

O MCA consta de uma sequecircncia de registradores onde cada pulso de entrada uma

vez digitalizado por um conversor analoacutegico-digital (ADC) eacute analisado com relaccedilatildeo a sua

amplitude (modo PHA) sob o controle de um discriminador Na sequecircncia o canal de

memoacuteria correspondente tem seu conteuacutedo incrementado em uma unidade Com isso

acumulam-se em um canal especiacutefico todos os pulsos de entrada de um pequeno intervalo de

amplitudes ou energias dos iacuteons incidentes Ao final com a soma dos pulsos recebidos em

cada canal obteacutem-se um histograma do nuacutemero de pulsos em funccedilatildeo de suas amplitudes ou

energias dos iacuteons incidentes

40 METODOLOGIA

41 Amostragem

Amostras de cabelo de 16 pessoas foram coletadas Os doadores foram entrevistados

seguindo o questionaacuterio disponiacutevel no ANEXO I e selecionados de acordo com os seguintes

criteacuterios possuiacuterem cabelos virgens (cabelos sem nenhum tipo de tratamento quiacutemico como

coloraccedilotildees tinturas alisantes entre outros) estarem saudaacuteveis serem natildeo fumantes e viverem

na Regiatildeo Metropolitana do Rio de Janeiro As amostras foram divididas em dois grupos de

oito o primeiro de pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo subterracircneo e o segundo com pessoas

que ingerem a aacutegua tratada e distribuiacuteda pela CEDAE

Foram analisadas amostras de cabelo de duas pessoas que consumiam a aacutegua do

mesmo poccedilo isto eacute duas amostras de cada residecircncia totalizando 4 poccedilos diferentes (a b c

d) na localidade Chaacutecaras Arcampo em Duque de Caxias ndash RJ (Figura 14)

Figura 14 Mapa com os pontos de coleta de amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua

de poccedilo em destaque a localizaccedilatildeo das residecircncias com os poccedilos

Fonte Google Earth Acesso em 30072015

As amostras foram coletadas na regiatildeo occipital da cabeccedila (nuca) como visto na

Figura 15 com o auxiacutelio de uma tesoura de accedilo inoxidaacutevel devidamente limpa com etanol

Essa regiatildeo eacute definida como padratildeo por ser menos suscetiacutevel a contaminaccedilatildeo exoacutegena e

tambeacutem por sempre existir cabelo em indiviacuteduos semicalvos [14] Em seguida as amostras

foram catalogadas e armazenadas em sacos plaacutesticos [5] Informaccedilotildees adicionais sobre o sexo

e a idade dos doadores e o tipo e cor das amostras de cabelo coletadas disponiacuteveis no ANEXO

II

Figura 15 Coleta de amostra de cabelo na regiatildeo occipital da cabeccedila

42 Lavagem das Amostras de Cabelo

Todas as amostras foram submetidas a uma sequecircncia de etapas de lavagem de 10

minutos cada utilizando acetona e aacutegua deionizada (Figura 16) Em seguida foram colocadas

para secar agrave temperatura ambiente de acordo com o procedimento recomendado pela Agecircncia

Internacional de Energia Atocircmica (IAEA) [5]

Figura 16 Lavagem das amostras de cabelo

As amostras analisadas por XRF foram colocadas diretamente no suporte do

equipamento Os fios foram colocados de maneira a se obter a superfiacutecie do porta-amostra

totalmente coberta pelo cabelo a qual em seguida foi coberta por um filme (Ultralenereg 4

microm de espessura) (Figura 17) Para a anaacutelise com o RBS o cabelo foi aderido ao suporte do

porta-amostra com o auxiacutelio de uma fita dupla face de carbono puro (Figura 18)

Figura 17 Amostra de cabelo em porta-amostra do equipamento de Fluorescecircncia de

Raios X

Figura 18 Amostra de cabelo no porta-amostra do equipamento de Espectrometria de

Retroespalhamento Rutherford

43 Paracircmetros Instrumentais

Anaacutelises semiquantitativas de XRF dos elementos presentes no cabelo foram

realizadas no Laboratoacuterio de Impacto de Foacutetons e Eleacutetrons (LIFE) na Universidade Federal do

Rio de Janeiro (UFRJ) Utilizou-se o Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios-X S8 TIGER

ndash BRUKER (Figura 19) na faixa de energia de 05 a 56 keV acircnodo de Rh trabalhando com 1

kW de potecircncia com uma janela de Be de 76 microm atraveacutes do software Quant-Express no

meacutetodo Best Detection O tempo de aquisiccedilatildeo para cada amostra foi de aproximadamente 20

minutos

Os dados por RBS foram realizados no Laboratoacuterio de Implantaccedilatildeo Iocircnica na

Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) Utilizou-se um acelerador de iacuteons

Tandetron - HVEE 3 MV (Figura 20) usando 2000 keV de iacuteons He+ incidentes e detecccedilatildeo de

partiacuteculas retroespalhadas a 165deg

Figura 19 Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X - S8 TIGER - BRUKER

Figura 20 Acelerador de iacuteons Tandetron - HVEE 3 MV onde foi feita a anaacutelise por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford

50 RESULTADOS E DISCUSSOtildeES

51 Anaacutelise por XRF

O espectro completo de XRF da amostra 2 referente ao cabelo de uma pessoa que

ingere aacutegua de poccedilo eacute mostrado na Figura 21 conforme obtido diretamente do equipamento

Eacute possiacutevel identificar as linhas de excitaccedilatildeo do Rh e as linhas de espalhamento Compton e

Rayleigh Os espectros ampliados somente na regiatildeo de interesse com as linhas de

fluorescecircncia Kα e Kβ atribuiacutedas agrave maioria dos elementos (exceto para o chumbo em que se

detectam as linhas Lα e Lβ) e sem as linhas de Rh de todas as amostras analisadas encontram-

se nos ANEXOS III e IV Os elementos analisados e a energia de suas linhas de emissatildeo de

fluorescecircncia Kα e Kβ satildeo apresentados na Tabela 4

Figura 21 Espectro de Fluorescecircncia de Raios X completo da amostra 2

Tabela 4 Energia em keV das principais linhas de emissatildeo de raios x dos elementos

analisados Adaptado de [26]

Os elementos observados e as concentraccedilotildees semiquantitativas das amostras de

cabelo das pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo e das amostras de cabelo das pessoas que

ingerem aacutegua distribuiacuteda pela CEDAE satildeo apresentados respectivamente nas Tabelas 5 e 6

Kα Kβ

Al 1487 1557

Si 1740 1836

P 2014 2139

S 2308 2464

Cl 2622 2816

Ca 3692 4013

Mn 5899 6490

Fe 6404 7058

Cu 8048 8905

Zn 8639 9572

Pb (Linhas Lα e Lβ) 10552 12614

Elementos

Analisados

Energia (keV) das Linhas de

Emissatildeo de Raios X

Tabela 5 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (1 a 8) que

ingerem aacutegua de poccedilo As concentraccedilotildees dos elementos foram normalizadas de modo que a

soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da matriz orgacircnica em conjunto

seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo ldquoa b c drdquo correlacionam a amostra

de cabelo com o poccedilo do qual o indiviacuteduo ingere aacutegua

1 2 3 4 5 6 7 8

Al 002 003 003 34 ppm natildeo det 006 natildeo det 001

Si 001 54 ppm 006 46 ppm 005 002 002 54 ppm

P 003 003 54 ppm 002 001 46 ppm natildeo det 004

S 117 071 115 118 166 135 151 098

Cl 003 65 ppm 002 002 natildeo det 003 natildeo det 61 ppm

Ca 003 003 80 ppm 002 004 002 008 008

Mn 73 ppm 78 ppm 58 ppm 10 ppm natildeo det 91 ppm natildeo det 54 ppm

Fe 001 001 92 ppm 29 ppm 38 ppm 001 27 ppm 83 ppm

Cu 44 ppm 41 ppm 46 ppm 31 ppm natildeo det 44 ppm 37 ppm 36 ppm

Zn 77 ppm 002 91 ppm 82 ppm 41 ppm 92 ppm 40 ppm 98 ppm

Pb 10 ppm 9 ppm 12 ppm 10 ppm natildeo det 10 ppm natildeo det 9 ppm

a b c d

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Elementos

Tabela 6 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (9 a 16)

que ingerem aacutegua tratada e distribuiacuteda pela CEDAE As concentraccedilotildees dos elementos foram

normalizadas de modo que a soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da

matriz orgacircnica em conjunto seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo

9 10 11 12 13 14 15 16

Al 001 36 ppm natildeo det 002 61 ppm 90 ppm 002 natildeo det

Si natildeo det 35 ppm natildeo det 40 ppm 79 ppm 60 ppm natildeo det natildeo det

P 003 34 ppm 003 002 natildeo det 46 ppm natildeo det 41 ppm

S 111 106 116 152 136 145 155 128

Cl 52 ppm 001 002 003 004 005 014 009

Ca 006 004 002 002 001 001 001 001

Mn 51 ppm 9 ppm 32 ppm natildeo det 24 ppm 57 ppm natildeo det 30 ppm

Fe 82 ppm 30 ppm 57 ppm 56 ppm 59 ppm 90 ppm 52 ppm 54 ppm

Cu 31 ppm 51 ppm 28 ppm 27 ppm 31 ppm 44 ppm 14 ppm 29 ppm

Zn 001 001 92 ppm 86 ppm 001 001 42 ppm 001

Pb natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det

Elementos

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

Na anaacutelise semiquantitativa por XRF pode-se verificar a presenccedila de elevadas

concentraccedilotildees de enxofre o que jaacute era esperado visto que este elemento faz parte da estrutura

da cisteiacutena o aminoaacutecido em maior quantidade na composiccedilatildeo do cabelo

Os elementos Ca Zn e Fe foram detectados em todas as amostras dos dois grupos O

Ca aparece na maior parte das amostras em concentraccedilotildees da ordem de enquanto que o Zn

e o Fe da ordem de ppm Os elementos Al P Mn Cl Si e Cu aparecem na maioria das

amostras em ambos os grupos No entanto o Pb foi observado em concentraccedilotildees da ordem de

ppm somente em amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo

Para as amostras 5 7 e 15 utilizou-se um porta amostra com maacutescara de 8 mm de

diacircmetro ao inveacutes da maacutescara de 34 mm utilizada para as outras amostras devido a pouca

quantidade de cabelo coletado Agrave vantagem de poder utilizar menos amostra com a maacutescara

de 8 mm contrapotildee-se um aumento do ruiacutedo de fundo e a consequente perda da sensibilidade

na anaacutelise Tal fato pode provavelmente justificar a quantidade menor de elementos

observados nessas amostras em comparaccedilatildeo com as demais incluindo a ausecircncia do elemento

chumbo nas amostras 5 e 7 jaacute que o mesmo aparece nas amostras 6 e 8 das pessoas que

bebem a mesma aacutegua dos poccedilos c e d respectivamente

52 Anaacutelise por RBS

Apresenta-se na Figura 22 o espectro de RBS da amostra 2 adquirido durante 8

horas de anaacutelise e apoacutes tratamento dos dados atraveacutes do programa computacional OriginPro 8

Duas ampliaccedilotildees (I e II) nas regiotildees de mais alta energia satildeo apresentadas nas Figuras 23 e

24 Observou-se a presenccedila dos elementos C N O Si S Cl Ti Cu Zn e Pb

As energias dos iacuteons He+ retroespalhados a partir da interaccedilatildeo com os nuacutecleos de Pb

e Hg satildeo muito proacuteximas tornando difiacutecil a resoluccedilatildeo dos sinais No entanto o Hg natildeo foi

observado em nenhuma das amostras por XRF enquanto o Pb pode ser detectado claramente

Conclui-se portanto que o degrau no espectro eacute correspondente ao Pb

Utilizando-se o caacutelculo da seccedilatildeo de choque de espalhamento Rutherford foi possiacutevel

obter uma anaacutelise quantitativa relativa da amostra 2 Para isso foi escolhido o enxofre como

elemento padratildeo devido ao fato do S estar presente em todas as amostras de cabelo e ser

facilmente detectaacutevel por ambas as teacutecnicas Para cada aacutetomo de S na amostra de cabelo as

seguintes proporccedilotildees atocircmicas foram obtidas 115 x 102 C 274 x 10

1 N 157 x 10

1 O 479 x

10-1

Si 641 x 10-1

Cl 454 x 10-2

Ti 162 x 10-2

Cu 265 x 10-2

Zn e 504 x 10-4

Pb

Figura 22 Espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da amostra 2

(grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 23 Ampliaccedilatildeo I do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 24 Ampliaccedilatildeo II do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

60 CONCLUSOtildeES

As teacutecnicas de XRF e RBS mostraram-se eficientes e complementares na

determinaccedilatildeo de vaacuterios elementos presentes em amostras de cabelo humano Atraveacutes das duas

teacutecnicas foi possiacutevel detectar de forma semiquantitativa a presenccedila de elementos desde o Al

ateacute o Pb Por RBS tambeacutem foram detectados elementos mais leves como C N e O A

utilizaccedilatildeo conjunta das duas teacutecnicas permitiu a identificaccedilatildeo inequiacutevoca de Pb no espectro de

RBS

Eacute evidente que as concentraccedilotildees dos elementos nas amostras de cabelo dependem de

diversos fatores tais como o tipo de alimentaccedilatildeo idade sexo ambiente em que o indiviacuteduo

vive e podem ser provenientes de meios exoacutegenos e endoacutegenos Entretanto considerando o

natildeo aparecimento do Pb em nenhuma das amostras de cabelo das pessoas que ingerem aacutegua

distribuiacuteda pela CEDAE aleacutem das anaacutelises preacutevias da aacutegua dos poccedilos da aacuterea em estudo eacute

possiacutevel afirmar que existe uma elevada possibilidade da aacutegua de poccedilo estaacute atuando como

uma fonte de contaminaccedilatildeo de Pb para as pessoas Como o Pb eacute um elemento toacutexico com

propriedade de bioacumulaccedilatildeo sua presenccedila pode gerar danos irreversiacuteveis aos organismos

vivos

70 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS

Como sugestotildees deste estudo podemos indicar

Realizar uma anaacutelise quantitativa de um nuacutemero mais amplo de amostras

Efetuar uma comparaccedilatildeo com materiais de referecircncia certificados a fim de

determinar com um grau de confiabilidade mais elevado se as quantidades de

chumbo detectadas nas amostras de cabelo estatildeo acima do intervalo de valores

considerados aceitaacuteveis

80 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

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[14] ANUNCIACcedilAtildeO D L R Anaacutelise de elementos maiores menores e traccedilo em

amostras de cabelo aplicado a triagem populacional com elevada incidecircncia de cacircncer

Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Quiacutemica Instituto de Quiacutemica ndash Universidade de Brasiacutelia

Brasiacutelia ndash Distrito Federal 2008

[15] TEGON E C Caracterizaccedilatildeo Quiacutemica do Enxofre e do Caacutelcio presentes em

amostras de cabelos empregando as teacutecnicas XRF e NEXAFS Projeto de Final de Curso

em Quiacutemica com Atribuiccedilotildees Tecnoloacutegicas Instituto de Quiacutemica ndash Universidade Federal do

Rio de Janeiro Rio de Janeiro 2013

[16] Dossiecirc os minerais na alimentaccedilatildeo Food Ingredients Brasil 2008 ndeg 4 48-65

Disponiacutevel em lt wwwrevista-ficommaterias52pdfgt Acesso em 30 de julho de 2015

[17] CEDAE Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos Disponiacutevel em

ltwwwcedaecombrgt Acesso em 30 de julho de 2015

[18] IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatiacutestica Censo Brasileiro de 2010 Rio de

Janeiro 2010 Disponiacutevel em ltwwwcenso2010ibgegovbrgt Acesso em 30 de julho de

2015

[19] RESENDE D ALENCAR E ALMEIDA R BERTA R Principal reservatoacuterio do

Paraiacuteba do Sul Paraibuna chega ao volume morto pela primeira vez Jornal O Globo 22

de janeiro de 2015 Disponiacutevel em httpogloboglobocomrioprincipal-reservatorio-do-

paraiba-do-sul-paraibuna-chega-ao-volume-morto-pela-primeira-vez-gt Acesso em 30 de

julho de 2015

[20] Fundamentos teoacutericos da teacutecnica de anaacutelise espectromeacutetrica por fluorescecircncia de

raios-x PUC-Rio ndash Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em

lthttpwwwmaxwellvracpuc-riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 30 de julho de 2015

[21] TASCH P DAMIANI F OLIVEIRA L C M IE - 607A Teacutecnicas de anaacutelise e

caracterizaccedilatildeo de materiais Universidade Estadual de Campinas ndash UNICAMP Campinas

2000

[22] FILHO V F N Teacutecnicas analiacuteticas nucleares de Fluorescecircncia de Raios ndashX por

Dispersatildeo de Enerdia (ED-XRF) e por Reflexatildeo Total (TXRF) Departamento de Ciecircncias

Exatas ESALQ Laboratoacuterio de Instrumentaccedilatildeo Nuclear CENA Universidade de Satildeo Paulo

ndash USP Satildeo Paulo 1999

[23] PERDONAacute C R Introduccedilatildeo a espectrometria de Fluorescecircncia de Raios-X Manual

Teacutecnico ndash BRUKER 2014

[24] O espectrocircmetro de fluorescecircncia de raios-x Thermo ARL 9900 PUC-Rio ndash

Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em lthttpwwwmaxwellvracpuc-

riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 08 de agosto de 2015

[25] KRUG C Superfiacutecies porosas recobertas com metalocenos anaacutelise multivariada

envolvendo caracterizaccedilatildeo com feixe de iacuteons Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Fiacutesica Instituto

de Fiacutesica Universidade Federal do Rio Grande do Sul ndash UFRGS Porto Alegre 2000

[26] TABACNIKS M H Anaacutelise de filmes finos por PIXE e RBS Instituto de Fiacutesica da

Universidade de Satildeo Paulo Disponiacutevel em ltwww2ifuspbr~lamfipixeamprbspdfgt Acesso

em julho de 2015

[27] ALMEIDA C R Efeito de tratamentos teacutermico e quiacutemico de aerogeacuteis de oacutexido de

estanho Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Engenharia Eleacutetrica Universidade Federal de Santa

Catarina Florianoacutepolis 2013

[28] ATTWOOD D T HENKE B L et al X-Ray Data Booklet Lawrence Berkeley

Laboratory University of California Berkeley California 1986

ANEXO I

MODELO DO QUESTIONAacuteRIO PREENCHIDO ANTES DA COLETA DAS AMOSTRAS

DE CABELO

Coacutedigo da amostra

Nome

Idade (anos)

Endereccedilo

Fuma Sim ( ) Natildeo ( )

Ingere aacutegua de que tipo (poccedilo CEDAE) Poccedilo ( ) CEDAE ( )

Fez algum tipo de tratamento quiacutemico no cabelo

(coloraccedilatildeo alisamento etc)Sim ( ) Natildeo ( )

Qual Quando foi a uacuteltima vez

Esteve bem de sauacutede nos uacuteltimos 6 meses Sim ( ) Natildeo ( )

Data da coleta

Responsaacutevel pela coleta

COLETA DE AMOSTRA DE CABELO

ANEXO II

INFORMACcedilOtildeES ADICIONAIS SOBRE OS DOADORES E AS AMOSTRAS DE

CABELO COLETADAS

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

1 Feminino 62 Cacheado Castanho Escuro

2 Feminino 27 Cacheado Castanho Escuro

3 Feminino 17 Liso Castanho Escuro

4 Feminino 10 Cacheado Castanho Escuro

5 Feminino 58 Liso Castanho Escuro

6 Feminino 7 Cacheado Castanho Escuro

7 Masculino 17 Liso Castanho Claro

8 Feminino 39 Liso Castanho Escuro

Pessoas que Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

9 Feminino 41 Cacheado Castanho Escuro

10 Feminino 17 Ondulado Castanho Claro

11 Masculino 1 Cacheado Castanho Escuro

12 Feminino 11 Liso Castanho Escuro

13 Masculino 21 Liso Castanho Escuro

14 Masculino 42 Cacheado Preto

15 Masculino 6 Liso Preto

16 Masculino 14 Liso Preto

Pessoas que Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

ANEXO III

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DE POCcedilO (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 1

Amostra 2

Amostra 3

Amostra 4

Amostra 5

Amostra 6

Amostra 7

Amostra 8

ANEXO IV

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DISTRIBUIacuteDA PELA CEDAE (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 9

Amostra 10

Amostra 11

Amostra 12

Amostra 13

Amostra 14

Amostra 15

Amostra 16

Page 18: Dissertação Priscilla Velasco da Paixão

vezes acima do permitido pelos Padrotildees de Qualidade de Aacutegua Subterracircnea do CONAMA

[13]

O presente trabalho foi realizado com a intenccedilatildeo de verificar quais elementos

estariam presentes nas amostras de cabelo das pessoas daquela localidade e que ingerem esse

tipo de aacutegua Dentro do nosso conhecimento esta eacute a primeira vez em que XRF e RBS satildeo

conjuntamente aplicados para a determinaccedilatildeo de elementos traccedilo presentes em amostras de

cabelo

Considera-se este trabalho relevante tanto para servir como fonte de dados quanto

para o seu possiacutevel uso no acircmbito social principalmente no que diz respeito ao abastecimento

de aacutegua e a sauacutede de parte da populaccedilatildeo que consome diariamente uma aacutegua sem tratamento

20 OBJETIVO

O presente trabalho tem como objetivo utilizar as teacutecnicas de Fluorescecircncia de

Raios X (XRF) e Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford (RBS) para determinar e

comparar elementos presentes em amostras de cabelo de dois grupos de pessoas que vivem na

Regiatildeo Metropolitana do Rio de Janeiro No primeiro grupo estatildeo pessoas que ingerem aacutegua

de poccedilo enquanto no segundo grupo estatildeo pessoas que ingerem aacutegua tratada e distribuiacuteda pela

Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos (CEDAE) do Rio de Janeiro

30 REVISAtildeO BIBLIOGRAacuteFICA E FUNDAMENTOS TEOacuteRICOS

31 O Cabelo

O cabelo possui uma funccedilatildeo esteacutetica com papel importante nos atributos da beleza

mas tem como principal funccedilatildeo a proteccedilatildeo da cabeccedila dos raios solares Esse processo eacute

realizado atraveacutes de receptores nervosos que agem como sensores teacutermicos capazes de

aumentar a proteccedilatildeo quando necessaacuterio [1214]

A composiccedilatildeo do cabelo eacute de aproximadamente 80 de proteiacutenas 15 de aacutegua e

aproximadamente 5 de lipiacutedios e constituintes inorgacircnicos O cabelo eacute basicamente

constituiacutedo por trecircs camadas cutiacutecula (camada externa) coacutertex (parte intermediaacuteria) e medula

(parte mais interna) (Fig 1) A cutiacutecula eacute formada por vaacuterias subcamadas separadas por um

complexo de ceacutelulas alongadas e justapostas que envolvem o coacutertex O coacutertex eacute o principal

constituinte do cabelo formado por um conjunto de ceacutelulas ciliacutendricas denominadas matriz e

perfeitamente ligadas umas as outras Na matriz encontram-se a α-queratina e outras

proteiacutenas A medula apresenta-se em pequena quantidade e pode estar ausente em alguns tipos

de cabelo Eacute composta por ceacutelulas anucleadas contendo lipiacutedeos e granulaccedilotildees pigmentadas

[1214]

Figura 1 Desenho esquemaacutetico de um fio de cabelo

Fonte http ltwwwartistasdocabelocombrgt Acesso em 30072015

O fio de cabelo desenvolve-se a partir de cavidades denominadas foliacuteculos pilosos

localizados de 3 a 5 mm abaixo da superfiacutecie da pele A taxa de crescimento meacutedio do fio eacute de

cerca de 1 cm por mecircs e cada fio pode ter de 15 a 120 microm de diacircmetro dependendo do tipo de

cabelo O ciclo de crescimento do cabelo eacute dividido em trecircs estaacutegios (Fig2)

Anaacutegeno ocorre o crescimento ativo do cabelo com irrigaccedilatildeo sanguiacutenea atraveacutes dos

foliacuteculos capilares na regiatildeo da papila Pode durar ateacute 7 anos Em um adulto cerca de

90 dos fios encontram-se neste estaacutegio

Cataacutegeno ocorre uma transiccedilatildeo entre o crescimento do fio e seu teacutermino dura apenas

algumas semanas O cabelo para de receber irrigaccedilatildeo sanguiacutenea para de crescer e a

parte mais profunda do foliacuteculo piloso fica mais proacutexima da superfiacutecie da pele

Teloacutegeno ocorre a queda do fio iniciando o crescimento de outro fio atraveacutes de um

foliacuteculo novo que surge no mesmo local [1214]

Figura 2 Esquema das fases de crescimento do cabelo

Fonte httpltwwwtratamentocalviciecombrartigo_02phpgt Acesso em 30072015

A α-queratina eacute uma proteiacutena que apresenta uma estrutura secundaacuteria (α-heacutelice) em

um arranjo helicoidal estabilizado por pontes de hidrogecircnio (Figura 3) e eacute responsaacutevel por dar

sustentaccedilatildeo ao cabelo Ela fica imersa na matriz e eacute composta por uma sequecircncia de

aminoaacutecidos (Tabela 1) sendo a cisteiacutena o principal desses

Figura 3 Estrutura secundaacuteria (α-heacutelice) da α-queratina

Fonte httpltwwwslideplayercombrgt Acesso em 27092015

Tabela 1 Composiccedilatildeo de aminoaacutecidos no cabelo normal Fonte [15]

Ligaccedilotildees quiacutemicas cruzadas entre as cadeias polimeacutericas de α-queratina formam

pontes dissulfeto (-S-S-) que datildeo origem aos resiacuteduos de cistina (Fig4) Como estatildeo em

grande quantidade na composiccedilatildeo do cabelo formam uma rede de alta resistecircncia e datildeo o

formato ao fio A reduccedilatildeo dessas ligaccedilotildees causa mudanccedilas nas propriedades mecacircnicas do fio

Cortes histoloacutegicos evidenciaram elevada atividade de metais pesados na α-queratina [114]

Aminoaacutecido Quantidade Residual ()

Aacutecido Aspaacutertico 49

Aacutecido Glutacircmico 114

Alanina 46

Arginina 58

Cisteiacutena 178

Fenilalanina 16

Glicina 64

Histidina 09

Isoleucina 26

Leucina 58

Lisina 27

Metionina 06

Prolina 84

Serina 117

Tirosina 2

Treonina 68

Valina 58

Figura 4 Estrutura da Cisteiacutena e da Cistina Reaccedilatildeo de oxi-reduccedilatildeo formando a ponte

dissulfeto Adaptado de httpltbiocienciascpoblogspotcombr201211resumo-

proteinashtmlgt

A incorporaccedilatildeo de elementos ao cabelo pode ocorrer por dois meios exoacutegeno e

endoacutegeno A incorporaccedilatildeo endoacutegena ocorre no primeiro estaacutegio de crescimento do fio onde o

foliacuteculo capilar encontra-se em contato com as glacircndulas secretoras e vasos sanguiacuteneos

Assim os elementos quiacutemicos que circulam no organismo atraveacutes dos fluidos podem

incorporar-se ao cabelo Estima-se que o periacuteodo entre a absorccedilatildeo pelo indiviacuteduo e a

incorporaccedilatildeo de elementos no cabelo seja de 30 dias Um modelo mais simples sugere que a

incorporaccedilatildeo endoacutegena ocorra de forma passiva isto eacute por difusatildeo [1] Os metais ligam-se

aos aminoaacutecidos atraveacutes de seus grupos funcionais como sulfidrila (-SH) amina (-NH2)

hidroxila (-OH) e carboxila (-COOH) nos quais a forccedila destas ligaccedilotildees dependeraacute da

estrutura eletrocircnica externa do metal [14]

Na incorporaccedilatildeo exoacutegena os elementos quiacutemicos satildeo levados ao cabelo por fatores

externos como aacutegua poeira fumaccedila cosmeacuteticos entre outros Os elementos podem ligar-se agrave

cutiacutecula do fio capilar principalmente se as cutiacuteculas estiverem danificadas [14]

32 Elementos Essenciais e Natildeo Essenciais e a Sauacutede Humana

Os elementos traccedilos podem ser divididos em essenciais e natildeo essenciais de acordo

com a importacircncia nutricional e a influecircncia no organismo dos seres vivos Os elementos

traccedilo essenciais satildeo considerados beneacuteficos e indispensaacuteveis para os seres vivos dentro de

uma faixa especiacutefica de concentraccedilatildeo Na Tabela 2 estatildeo listados os elementos traccedilo

essenciais e suas respectivas funccedilotildees bioloacutegicas [214]

Tabela 2 Elementos traccedilo essenciais e algumas de suas funccedilotildees bioloacutegicas

Adaptado de [14 16]

B Previne a osteoporose em mulheres na fase poacutes-menopausa

CaImportante na coagulaccedilatildeo sanguinea na contraccedilatildeo muscular transmissatildeo nervosa e

formaccedilatildeo de ossos e dentes

Cl Presente no suco gaacutestrico manteacutem o equilibrio hidrico e de eletroacutelitos

Co Constituinte da vitamina B12

Cr Importante no metabolismo da glicose

Cu Cofator em enzimas redox e no transporte de O2

F Prevenccedilatildeo das patologias bucodentaacuteria e oacutessea atua tambeacutem nos tecidos celulares

Fe Cofator em muitas enzimas e proteiacutenas heme

IPresente na estrutura de dois fatores hormonais da glacircndula tireoacuteide (tiroxina e

triiodotiroxina)

KImportante na regulaccedilatildeo da atividade neuromuscular crescimento celular e equiliacutebrio

osmoacutetico

MgRegula diversas reaccedilotildees enzimaacuteticas e age sobre as trocas iocircnicas da membrana

celular

MnCofator em muitas enzimas auxilia na reduccedilatildeo de accedilucar no sangue e a regular o

funcionamento do sistema reprodutivo

Elementos Essenciais e suas Funccedilotildees Bioloacutegicas

Os elementos traccedilo natildeo essenciais satildeo aqueles que natildeo apresentam nenhuma funccedilatildeo

no metabolismo das espeacutecies animais e vegetais e quando estatildeo em alta concentraccedilatildeo podem

provocar efeitos negativos ao organismo dos seres vivos Na Tabela 3 estatildeo listados alguns

elementos traccedilo natildeo essenciais e suas toxicidades [214]

Mo Cofator em enzimas que metabolizam os aminoaacutecidos metionina e cistina

NaAtua no controle osmoacutetico volume plasmaacutetico transmissatildeo de impulsos nervosos e

controle da contraccedilatildeo muscular

Ni A essencialidade eacute provaacutevel mas ainda natildeo estaacute estabelecida

PAtua na formaccedilatildeo dos ossos e dentes participa da estrutura das membranas

celulares e do processo de absorccedilatildeo renal da glicose

SParticipa da construccedilatildeo das proteiacutenas e no metabolismo energeacutetico faz parte de

algumas vitaminas (tiamina e biotina)

SeParticipaccedilatildeo na siacutentese de hormocircnios tireoideanos na accedilatildeo antioxidante e eacute cofator

em enzimas

Si Atua na estrutura da derme promovendo sua elasticidade

Sn A essencialidade eacute provaacutevel mas ainda natildeo estaacute estabelecida

V A essencialidade eacute provaacutevel mas ainda natildeo estaacute estabelecida

ZnCofator em algumas enzimas e na insulina tambeacutem exerce influecircncia no metabolismo

dos aacutecidos nucleiacutecos

Tabela 3 Elementos traccedilo natildeo essenciais e suas toxicidades Adaptado de [14]

Os termos macrominerais e microminerais (ou elementos-traccedilo) tambeacutem satildeo muito

utilizados no meio cientiacutefico principalmente na aacuterea de nutriccedilatildeo Os macrominerais satildeo

aqueles elementos encontrados em altas concentraccedilotildees nas amostras geralmente acima de

1 ou cuja necessidade diaacuteria no organismo seja maior que 100 mg No cabelo satildeo

considerados macrominerais por exemplo Ca P S Mg Na K e Cl Jaacute os microminerais satildeo

aqueles encontrados em baixas concentraccedilotildees na amostra (ppm ou ppb) ou cuja necessidade

no organismo seja inferior a 100 mg por dia No cabelo podem ser citados os seguintes

microminerais Fe Zn Cu Mn I Cr Se F Co Ni Si e Mo [114]

33 Abastecimento de Aacutegua na Regiatildeo de Amostragem

No Estado do Rio de Janeiro a captaccedilatildeo tratamento aduccedilatildeo e distribuiccedilatildeo das redes

de aacutegua ficam a cargo da CEDAE ndash Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos No presente

momento a CEDAE abastece cerca de 9 milhotildees de pessoas em 64 dos 92 municiacutepios do

Estado sendo Duque de Caxias um desses [17]

O abastecimento de aacutegua pela CEDAE na cidade de Duque de Caxias nunca ocorreu

de forma contiacutenua e natildeo haacute garantia da manutenccedilatildeo da qualidade da aacutegua ateacute a chegada ao

Al

Causa ao organismo anemia enfraquecimento dos ossos e muacutesculos

dificuldade no metabolismo do caacutelcio alteraccedilotildees hepatoloacutegicas e

renais dores de cabeccedila e nervosismo

AsInterrompe a expressatildeo de diversos genes em especial aqueles que

participam das vias de transduccedilatildeo de sinal

CdOcasiona perda de peso hemorragia danos ao sistema respiratoacuterio

hepatoloacutegico e renal

PbGera alteraccedilotildees cardiovasculares gastrointestinais hematoloacutegicas

renais neuroloacutegicas e imunoloacutegicas

Elementos Natildeo Essenciais e suas Toxicidades

consumidor Segundo dados do CENSO-2010 dos 269353 domiciacutelios estabelecidos no

municiacutepio de Duque de Caxias apenas 63 alegaram receber aacutegua de redes de distribuiccedilatildeo

[18] Diante do cenaacuterio atual em que o Sudeste vive a maior crise hiacutedrica dos uacuteltimos cem

anos devido agrave escassez de chuvas os reservatoacuterios que abastecem o estado do Rio de Janeiro

encontram-se em niacuteveis muito baixos e alguns deles chegaram ao volume morto (reserva

teacutecnica) Com isso o abastecimento de aacutegua para a populaccedilatildeo estaacute a cada dia mais escasso

Na Figura 5 apresenta-se uma foto da situaccedilatildeo do maior reservatoacuterio da Bacia do Rio Paraiacuteba

do Sul (em fevereiro deste ano) Este reservatoacuterio alimenta a Estaccedilatildeo de Tratamento de Aacutegua

do Guandu que por sua vez eacute responsaacutevel pelo abastecimento de toda a Regiatildeo Metropolitana

do Rio de Janeiro [19]

Figura 5 Reservatoacuterio Paraibuna localizado na Bacia do Rio Paraiacuteba do Sul apoacutes estiagem dos uacuteltimos anos

Na foto o reservatoacuterio estaacute com -056 da capacidade (volume morto) 03022015 Fonte http

ltogloboglobocomrionivel-de-reservatorios-do-rio-paraiba-do-sul-apresentam-leve-melhora-apos-chuvas-

fortes-15229418gt Acesso em 30072015

Devido aos fatores mencionados aliados agrave facilidade de manutenccedilatildeo e ao baixo custo

de perfuraccedilatildeo a utilizaccedilatildeo de aacutegua de poccedilo subterracircneo (Figura 6) eacute cada vez mais requisitada

para suprir as carecircncias de abastecimento No Brasil o aquiacutefero subterracircneo abastece cerca de

19 do total dos domiciacutelios particulares enquanto que no municiacutepio de Duque de Caxias este

percentual atinge os 35 segundo o CENSO-2010 [18]

Figura 6 Poccedilo subterracircneo em Duque de Caxias

34 Fluorescecircncia de Raios X - Teoria

A Espectroscopia de Fluorescecircncia de Raios X eacute uma teacutecnica natildeo destrutiva que

permite a identificaccedilatildeo simultacircnea (qualitativa e quantitativa) de elementos presentes em uma

amostra A teacutecnica baseia-se no fato dos elementos quiacutemicos emitirem radiaccedilotildees

caracteriacutesticas quando submetidos a uma excitaccedilatildeo adequada [20-23]

As amostras satildeo irradiadas com foacutetons (feixe de raios x) gerados por uma fonte Esse

feixe de raios x primaacuterio possui energia suficiente para ejetar eleacutetrons de camadas internas do

aacutetomo (camadas com maior energia de ligaccedilatildeo) transferindo energia para este eleacutetron que eacute

ejetado como fotoeleacutetron O aacutetomo fica instaacutevel (excitado) com uma vacacircncia na camada

interna Com o intuito de diminuir a energia do sistema eleacutetrons de outras camadas

preenchem essa lacuna A diferenccedila de energia entre os niacuteveis da transiccedilatildeo eletrocircnica eacute

liberada atraveacutes da emissatildeo de um foacuteton de raios x (fluorescecircncia ou raio x secundaacuterio) que

tem energia caracteriacutestica para cada elemento como ilustrado na Figura 7 A energia do raio x

caracteriacutestico eacute fornecida pela Equaccedilatildeo 1 [20-23]

Ex = Eni - Enf (Eq1)

Onde

Ex = energia do raio x caracteriacutestico emitido

Eni Enf = energia dos estados eletrocircnicos inicial e final respectivamente

Figura 7 Esquema do princiacutepio da Fluorescecircncia de Raios X

Fonteltwwwshimadzucombrgt Acesso em 30072015

A radiaccedilatildeo caracteriacutestica eacute nomeada de acordo com o niacutevel de onde se apresenta a

vacacircncia (K L M) e de qual niacutevel (α β) e subniacutevel (1 2) proveacutem o eleacutetron que iraacute

ocupar essa lacuna Por exemplo a vacacircncia originada na camada K pode ser preenchida por

eleacutetrons de dois subniacuteveis da camada L o que origina as linhas espectrais Kα1 e Kα2 Se a

vacacircncia da camada K fosse ocupada por um eleacutetron da M teria-se o Kβ e assim por diante

[23]

Com isso os elementos em uma amostra podem ser identificados atraveacutes da medida

do comprimento de onda (ou energia) dessas radiaccedilotildees caracteriacutesticas e as concentraccedilotildees

mensuradas pela intensidade dessas radiaccedilotildees [2123]

Quando um feixe de raios x incide sobre um determinado material diversas formas

de interaccedilatildeo entre a radiaccedilatildeo e a mateacuteria podem ocorrer tais como o Efeito Auger e os

espalhamentos Rayleigh e Compton [20-23]

O processo de relaxaccedilatildeo natildeo-radiativa ou Efeito Auger ocorre quando o aacutetomo

excitado emite um eleacutetron (eleacutetron Auger) ao inveacutes do processo de fluorescecircncia (Figura 8)

Esses dois processos de relaxaccedilatildeo do sistema satildeo concorrentes e a predominacircncia de um ou de

outro depende do numero atocircmico O Efeito Auger prevalece em elementos com baixo

nuacutemero atocircmico (Zlt20) [21]

Figura 8 Efeito Auger [20]

O fenocircmeno de espalhamento de raios x eacute importante em espectroscopia pois eacute

responsaacutevel pela intensidade da radiaccedilatildeo de fundo (background) presente em uma

determinada medida Ele eacute a soma dos efeitos de dois fenocircmenos o espalhamento coerente

elaacutestico ou Rayleigh no qual os raios x primaacuterios satildeo defletidos sem perda de energia isto eacute

sem alteraccedilatildeo no comprimento de onda (λ) e o espalhamento incoerente inelaacutestico ou

Compton no qual foacutetons de raios x primaacuterio satildeo defletidos com perda de energia e com

ejeccedilatildeo de um fotoeleacutetron (Figura 9) [21]

Figura 9 Espalhamento Compton e Rayleigh [21]

35 Fluorescecircncia de Raios X - Instrumentaccedilatildeo

Na Figura 10 pode ser observado um esquema com os principais componentes do

espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X por Dispersatildeo de Comprimento de Onda

(WDXRF - Wavelength Dispersive X-ray Fluorescence) utilizado neste trabalho Suas

funccedilotildees seratildeo descritas em seguida [23]

Figura 10 Instrumentaccedilatildeo do Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X por Dispersatildeo de

Comprimento de Onda - S8 TIGER - BRUKER [23]

Tubo de Raios X

A radiaccedilatildeo incidente eacute produzida em um tubo de raios x consistindo em uma ampola

de vidro ou de metal sob alto vaacutecuo com um filamento de tungstecircnio em uma extremidade

denominado caacutetodo e um alvo de metal na outra extremidade denominado acircnodo

O filamento eacute aquecido por uma corrente eleacutetrica e emite eleacutetrons (emissatildeo

termiocircnica) Os eleacutetrons satildeo acelerados rumo a um acircnodo (alvo) empregando-se uma

diferenccedila de potencial (10-70 kV) Raios x primaacuterios satildeo produzidos quando esses eleacutetrons

com alta velocidade colidem com o material alvo Com o impacto a maior parte da energia

cineacutetica dos eleacutetrons eacute convertida em calor exigindo que o acircnodo seja resfriado de forma

eficiente Apenas uma pequena parte (02-05 dependendo do tipo do alvo) da energia

eletrocircnica eacute convertida em raios x uacuteteis

Essa radiaccedilatildeo consiste em um Contiacutenuo ou Bremsstrahlung e linhas de raios x

caracteriacutesticas do material alvo (aleacutem de linhas caracteriacutesticas de quaisquer contaminantes

presentes) Assim o espectro primaacuterio de um tubo de raios x convencional consiste em linhas

caracteriacutesticas do material do acircnodo (por exemplo Rh) superpostas a um contiacutenuo de

radiaccedilatildeo

Os tubos de raios x satildeo geralmente isolados atraveacutes de uma janela de beriacutelio pois

esse elemento apresenta baixa absorccedilatildeo de raios x e alta resistecircncia mecacircnica para suportar as

diferenccedilas de pressatildeo

Filtros do Feixe Primaacuterio

O espectro primaacuterio pode natildeo conter apenas as linhas do elemento-alvo mas tambeacutem

as linhas de impurezas como Fe Cr ou Cu presentes em vaacuterias partes do tubo Desta forma o

niacutevel de fundo (background) na posiccedilatildeo desses elementos no espectro pode ser elevado

Filtros de feixe primaacuterio satildeo utilizados para filtrar as linhas caracteriacutesticas do tubo se

o mesmo elemento estiver presente na amostra ou se houver sobreposiccedilatildeo por uma linha do

tubo em linhas de elementos da amostra No equipamento em que foram feitas as anaacutelises satildeo

utilizados (automaticamente) os filtros de Cu de 200 microm de espessura e o de Al de 500 microm de

espessura

Maacutescara

Delimita a aacuterea da amostra que seraacute irradiada

Selo de vaacutecuo (Vacuum seal )

Protege o sistema de detecccedilatildeo dos foacutetons de raios x de qualquer vazamento de

amostra

Goniocircmetro

Em equipamentos de dispersatildeo sequencial empregam-se uma ldquogeometria do feixe

paralelordquo ou uma ldquogeometria de cristal planardquo permitindo que os acircngulos do cristal e do

detector sejam selecionados por um aparelho chamado goniocircmetro

O goniocircmetro eacute uma estrutura de rotaccedilatildeo que permite que o cristal e o detector

possuam um movimento angular acoplado θ a 2θ entre eles

Colimador

Colima o feixe divergente de raios x emitido pela amostra Satildeo normalmente feitos

de uma seacuterie de lacircminas paralelas O comprimento e o espaccedilamento entre as lacircminas

determinam a divergecircncia angular admitida pelo colimador Essa divergecircncia angular

juntamente com o cristal determina a resoluccedilatildeo final do espectro

Pode-se melhorar a resoluccedilatildeo fechando o colimador para minimizar a divergecircncia

Poreacutem com isso a intensidade tambeacutem diminui Assim torna-se necessaacuterio um equiliacutebrio

entre a resoluccedilatildeo final (necessaacuteria para evitar sobreposiccedilotildees espectrais importantes) e a

sensibilidade (relacionada com a intensidade)

Cristal

Separa os vaacuterios comprimentos de onda emitidos pela amostra A lei de Bragg

(equaccedilatildeo 2) propotildee que se um plano cristalino tiver um espaccedilamento interplanar (d) refletindo

um comprimento de raios x (λ) essa onda difere em caminho percorrido por uma distacircncia

(2dsenθ) da onda refletida pelo plano adjacente Quando esse caminho percorrido difere por

um nuacutemero inteiro de comprimento de onda tem-se uma interferecircncia construtiva e os raios x

refletidos satildeo reforccedilados Caso contraacuterio tem-se uma interferecircncia destrutiva e os raios x

refletidos se anulam A equaccedilatildeo de Bragg (2)

119899120582 = 2119889119904119890119899120579 (Eq 2)

Onde

n = nuacutemero inteiro (1 2 3) chamado Ordem de Difraccedilatildeo

d = espaccedilamento interplanos no cristal utilizado

θ = acircngulo de Bragg ou acircngulo de difraccedilatildeo

λ = comprimento de onda da linha espectral

Dessa forma para um dado plano cristalino e uma dada ordem de difraccedilatildeo cada

comprimento de onda no espectro de XRF incidente eacute difratado em um uacutenico acircngulo O

comprimento de onda maacuteximo que o proacuteprio plano cristalino pode difratar eacute 2d (quando senθ

assume o valor maacuteximo de 1) Portanto eacute necessaacuterio um cristal ou um plano cristalino com

diferentes valores de 2d para cobrir diferentes intervalos de comprimento de onda em toda a

tabela perioacutedica No espectrocircmetro utilizado neste trabalho foram usados os seguintes cristais

XS-55 (multicamada de WSi) do C ateacute o Mg PET (Pentaeritriato) do Al ateacute o Ti e LiF 200

do K ateacute o U

Detector

Converte os foacutetons de raios x em pulsos de tensatildeo mensuraacuteveis Satildeo utilizados dois

detectores para cobrir todos os elementos do Be ao U Detector de fluxo proporcional

(preenchido com Ar) para elementos do Be ao Cr e o detector de cintilaccedilatildeo de NaI(Tl) para

elementos do Mn ao U

Detectores de fluxo proporcional

Satildeo detectores de radiaccedilatildeo que operam a partir da ionizaccedilatildeo de gases Satildeo

constituiacutedos por um conjunto de eletrodos e um gaacutes Quando o gaacutes eacute colocado entre dois

eletrodos aos quais eacute aplicada certa diferenccedila de potencial os caacutetions e eleacutetrons produzidos

pela passagem de radiaccedilatildeo seratildeo atraiacutedos pelos eletrodos de carga oposta e por eles seratildeo

coletados Na regiatildeo de verdadeira proporcionalidade (Equaccedilatildeo 3) a razatildeo entre a carga

coletada pelos eletrodos e a carga gerada pela ionizaccedilatildeo primaacuteria manteacutem-se constante para as

diferenccedilas de potencial (∆V) aplicadas e com um capacitor de capacitacircncia (C)

Quando a radiaccedilatildeo atravessa esse tipo de detector e produz pares iocircnicos (formados

por eleacutetrons e caacutetions do gaacutes) esses caacutetions (ionizaccedilatildeo primaacuteria) satildeo acelerados adquirindo

energia suficiente para produzir novos pares iocircnicos (ionizaccedilatildeo secundaacuteria) por colisatildeo com

moleacuteculas inicialmente neutras do gaacutes Assim haacute uma multiplicaccedilatildeo do nuacutemero de pares

original A carga coletada eacute igual agrave carga produzida pela radiaccedilatildeo (Q) multiplicada por um

fator (M) denominado ldquoganhordquo

∆119881 = (119872119876)

119862 (Eq 3)

Portanto o sinal produzido tem altura proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo incidente

Detectores de cintilaccedilatildeo

O cintilador eacute uma substacircncia soacutelida ou liacutequida na qual a energia de radiaccedilatildeo

incidente eacute transferida aos eleacutetrons do material sendo depois emitida na forma de radiaccedilatildeo

eletromagneacutetica de frequecircncia menor (visiacutevel ou ultravioleta)

O detector de cintilaccedilatildeo utilizado eacute constituiacutedo por um cristal de NaI(Tl) (iodeto de

soacutedio ativado com 1 de iodeto de taacutelio) no qual ocorre a emissatildeo de radiaccedilatildeo de frequecircncia

menor aleacutem de um fotomultiplicador onde essa radiaccedilatildeo luminosa eacute transformada em pulso

eleacutetrico e amplificada

O mecanismo de cintilaccedilatildeo nos cristais inorgacircnicos baseia-se na propriedade dos

semicondutores terem banda de valecircncia e banda de conduccedilatildeo Na banda de valecircncia os

eleacutetrons estatildeo essencialmente ligados aos siacutetios do cristal Jaacute na banda de conduccedilatildeo os

eleacutetrons tecircm energia suficiente para migrar atraveacutes do cristal No cristal puro natildeo satildeo

encontrados eleacutetrons na banda proibida

Ao incidir uma radiaccedilatildeo no cristal pode ocorrer excitaccedilatildeo de eleacutetrons ateacute a banda de

conduccedilatildeo deixando lacunas na banda de valecircncia (normalmente preenchida)

No cristal puro a energia necessaacuteria para formar um par eleacutetronlacuna eacute

aproximadamente a mesma liberada quando esse par se recombina Assim os espectros de

absorccedilatildeo e emissatildeo superpotildeem-se ocorrendo autoabsorccedilatildeo da radiaccedilatildeo luminosa produzida

Se o cristal for ativado a emissatildeo pode ocorrer via um siacutetio do ativador para o qual a energia

de transiccedilatildeo eacute menor do que a necessaacuteria para a criaccedilatildeo do par eleacutetronlacuna Desse modo o

espectro emitido eacute deslocado para comprimentos de onda maiores e natildeo causa nova absorccedilatildeo

No tubo fotomultiplicador converte-se a radiaccedilatildeo de baixa intensidade produzida no

cintilador em um sinal eleacutetrico uacutetil agrave detecccedilatildeo e contagem de radiaccedilatildeo

Analisador de altura de pulso (PHA)

A energia do foacuteton incidente de raios x determina o tamanho do pulso de tensatildeo

produzido pelo detector O analisador de altura de pulso faz uso dessa propriedade a fim de

selecionar apenas um intervalo estreito de pulsos de voltagem rejeitando todos os pulsos com

intensidades fora do intervalo escolhido

Ao final utiliza-se o meacutetodo de integraccedilatildeo dos recebidos em um integrador

eletrocircnico Se N representa o nuacutemero de contagens em um tempo de integraccedilatildeo t segundos

entatildeo a taxa de contagem eacute Nt contagens por segundo (cps)

36 Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford - Teoria

A teacutecnica de RBS consiste em incidir partiacuteculas monoenergeacuteticas de um feixe de iacuteons

(geralmente iacuteons He+) de alta energia em um alvo estacionaacuterio Ao colidirem com os aacutetomos

do alvo as partiacuteculas satildeo elasticamente espalhadas no campo eleacutetrico do nuacutecleo do aacutetomo e

chegam a um detector por um acircngulo de retroespalhamento Na Figura 11 apresenta-se um

esquema de espalhamento elaacutestico [25-27]

Figura 11 Espalhamento elaacutestico em acircngulo de retroespalhamento de um iacuteon de massa M1

por um aacutetomo de massa M2 com M2gtM1 [25]

O detector ao receber as partiacuteculas espalhadas produz um pulso ou sinal que eacute entatildeo

processado por um analisador multicanal e classificado conforme a amplitude que

corresponde a uma escala em energia Como resultado as informaccedilotildees sobre a composiccedilatildeo

elementar do aacutetomo alvo satildeo obtidas a partir de um espectro de contagens em funccedilatildeo da

energia das partiacuteculas retroespalhadas detectadas [25]

O fator cinemaacutetico (K) eacute responsaacutevel pela anaacutelise elementar qualitativa Essa

grandeza depende da razatildeo entre as energias das partiacuteculas incidentes antes (E0) e depois (E)

do espalhamento (Equaccedilatildeo 4)

119870 = 119864

1198640 (Eq 4)

Considerando as conservaccedilotildees de energia e do momentum na colisatildeo elaacutestica obteacutem-

se a relaccedilatildeo entre o fator cinemaacutetico (K) a massa atocircmica da partiacutecula incidente (M1) a massa

atocircmica do aacutetomo alvo (M2) e o acircngulo de espalhamento (θ) (Eq 5)

119870 = [1198721 119888119900119904120579+ (1198722

2minus 11987212 1199041198901198992120579)

12

1198721+ 1198722]

2

(Eq 5)

Os valores de M1 θ e E0 satildeo preacute-fixados conhecendo E determina-se K e por

conseguinte determina-se M2

A Figura 12 apresenta um esquema do espectro de RBS de um filme fino de

composiccedilatildeo geneacuterica AB onde a massa de A eacute maior do que a massa de B depositado em um

substrato C ainda mais leve

Figura 12 Esquema de um espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford de

um filme fino AB sobre um substrato C ainda mais leve [27]

A resoluccedilatildeo em massa da teacutecnica eacute a diferenccedila miacutenima de massa entre dois aacutetomos-

alvo para que sinais resolvidos possam ser observados no espectro A discriminaccedilatildeo em massa

eacute maacutexima para θ = 180deg razatildeo pela qual satildeo utilizados acircngulos elevados experimentalmente

Pode-se melhorar a resoluccedilatildeo em massa na RBS aumentando a energia e a massa dos aacutetomos

incidentes e melhorando a resoluccedilatildeo do sistema de detecccedilatildeo com o cuidado para natildeo degradar

os detectores [25]

Outra grandeza importante em RBS eacute a seccedilatildeo de choque de espalhamento (σ) que eacute

uma medida da probabilidade de ocorrer o espalhamento e que atribui o caraacuteter quantitativo agrave

teacutecnica [25] Considerando um nuacutemero de partiacuteculas espalhadas (H) sobre um detector tem-se

a Equaccedilatildeo 6

119867 = 119876119873119905 ⟨119889120590

119889120570⟩Ω (Eq 6)

Onde

Q = nuacutemero de partiacuteculas que atinge a amostra

N = densidade volumeacutetrica dos aacutetomos alvo

t = espessura do alvo

⟨119889120590

119889120570⟩ = seccedilatildeo de choque meacutedia de espalhamento

Ω = acircngulo soacutelido do detector em relaccedilatildeo ao feixe

Para acircngulos pequenos tem-se ⟨119889120590

119889120570⟩ = (

119889120590

119889120570)120579

= σ (Eq 7)

Logo 119867 = 119876119873119905120590120570 (Eq 8)

Na Equaccedilatildeo 8 conhecendo o nuacutemero de partiacuteculas que atinge o alvo Q e o detector

H pode-se determinar o numero de aacutetomos por unidade de aacuterea da amostra (Nt) desde que se

conheccedila o acircngulo soacutelido de detecccedilatildeo Ω e a seccedilatildeo de choque de espalhamento (σ) Para uma

colisatildeo elaacutestica entre dois aacutetomos com nuacutemeros atocircmicos Z1 e Z2 (do aacutetomo incidente e do

aacutetomo alvo respectivamente) em que a forccedila de interaccedilatildeo eacute a repulsatildeo eletrostaacutetica dos

nuacutecleos a seccedilatildeo de choque de espalhamento diferencial (por unidade de acircngulo soacutelido) eacute dada

pela Foacutermula de Rutherford (Equaccedilatildeo 9)

119889120590

119889120570= (

119885111988521198902

4119864)2

4

1199041198901198994120579

[1minus ((

11987211198722) 119904119890119899120579)

2

]

12

+cos120579

[1minus ((11987211198722)119904119890119899 120579)

2

]

12

2

(Eq 9)

Em siacutentese a razatildeo entre as concentraccedilotildees relativas dos elementos A e B na

superfiacutecie de uma amostra 119873119860119860119861(119909)

119873119861119860119861(119909)

pode ser calculada com o auxiacutelio de um programa

computacional ou atraveacutes da medida de altura dos degraus obtidos no espectro sendo

calculadas com as Equaccedilotildees 10 e 11

(119889120590

119889120570)119861

(119889120590

119889120570)119860

= Ji (Eq 10)

119873119860119860119861(119909)

119873119861119860119861(119909)

= 119867119860119860119861

119867119861119860119861 119869119894 (Eq 11)

37 Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford - Instrumentaccedilatildeo

Na Figura 13 pode ser observado um esquema com os principais componentes da

instrumentaccedilatildeo utilizada em anaacutelises por RBS que seratildeo descritos em seguida de acordo com

o equipamento utilizado para a realizaccedilatildeo deste trabalho e com informaccedilotildees obtidas na

referecircncia [25]

Figura 13 Esquema dos componentes presentes na instrumentaccedilatildeo utilizada em anaacutelises por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford Fonte Adaptado de [25]

O Laboratoacuterio de Implantaccedilatildeo Iocircnica da Universidade Federal do Rio Grande do Sul

possui um acelerador Tandetron equipado com fontes de iacuteons dos tipos sputtering e de

plasma com tecnologia ldquotandemrdquo com 3MV de tensatildeo maacutexima no terminal e cinco estaccedilotildees

experimentais de linhas distintas incluindo a de RBS

Fonte de iacuteons

Fonte de Plasma um gaacutes ou um vapor eacute ionizado por meio de campos

eletromagneacuteticos na faixa de radiofrequecircncia ou ao ser atravessado por corrente eleacutetrica

Fonte de ldquoSputteringrdquo os iacuteons satildeo produzidos por transferecircncia de momentum

quando da colisatildeo de um feixe primaacuterio (geralmente Cs+) com um alvo soacutelido

Aceleradores ldquotandemrdquo

Neste tipo de acelerador iacuteons positivos deixam a fonte passam por uma troca de

carga (com vapor de Liacutetio ou outro elemento eletropositivo) e satildeo conduzidos com carga

negativa ao tubo acelerador onde satildeo atraiacutedos por um terminal positivo No caso dos iacuteons

produzidos serem originalmente negativos a troca de carga eacute suprimida Junto ao terminal

positivo passam por uma seccedilatildeo contendo um gaacutes ou vapor (N2 no presente caso) ou por uma

folha muito fina de carbono para que os iacuteons emergentes tenham perdido os eleacutetrons Com

carga positiva satildeo novamente acelerados agora por repulsatildeo do terminal Diferenccedilas de

potencial da ordem de vaacuterios milhotildees de volts satildeo obtidas utilizando circuitos multiplicadores

de voltagem que multiplicam e retificam a tensatildeo produzida por um transformador Seguindo

o tubo acelerador geralmente encontra-se um segundo eletroiacutematilde que permite direcionar o

feixe de iacuteons para uma das estaccedilotildees experimentais de acordo com as espeacutecies a serem

detectadas (no presente caso partiacuteculas retroespalhadas)

Detectores de estado soacutelido com junccedilotildees p-n obtidas por implantaccedilatildeo iocircnica

A junccedilatildeo p-n sob polarizaccedilatildeo reversa permite a coleta de cargas geradas na

produccedilatildeo de pares eleacutetron-lacuna Esse fenocircmeno ocorre quando um iacuteon atravessa um

semicondutor excitando eleacutetrons da banda de valecircncia para a banda de conduccedilatildeo que entatildeo

satildeo coletados no acircnodo Dessa forma o nuacutemero de eleacutetrons coletados no acircnodo eacute proporcional

ao nuacutemero de pares de eleacutetron-lacuna produzidos o qual eacute proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo

incidente desde que o iacuteon seja totalmente freado dentro do volume ativo do detector

Analisador multicanal (MCA) no modo de anaacutelise de intensidade de pulso

O MCA consta de uma sequecircncia de registradores onde cada pulso de entrada uma

vez digitalizado por um conversor analoacutegico-digital (ADC) eacute analisado com relaccedilatildeo a sua

amplitude (modo PHA) sob o controle de um discriminador Na sequecircncia o canal de

memoacuteria correspondente tem seu conteuacutedo incrementado em uma unidade Com isso

acumulam-se em um canal especiacutefico todos os pulsos de entrada de um pequeno intervalo de

amplitudes ou energias dos iacuteons incidentes Ao final com a soma dos pulsos recebidos em

cada canal obteacutem-se um histograma do nuacutemero de pulsos em funccedilatildeo de suas amplitudes ou

energias dos iacuteons incidentes

40 METODOLOGIA

41 Amostragem

Amostras de cabelo de 16 pessoas foram coletadas Os doadores foram entrevistados

seguindo o questionaacuterio disponiacutevel no ANEXO I e selecionados de acordo com os seguintes

criteacuterios possuiacuterem cabelos virgens (cabelos sem nenhum tipo de tratamento quiacutemico como

coloraccedilotildees tinturas alisantes entre outros) estarem saudaacuteveis serem natildeo fumantes e viverem

na Regiatildeo Metropolitana do Rio de Janeiro As amostras foram divididas em dois grupos de

oito o primeiro de pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo subterracircneo e o segundo com pessoas

que ingerem a aacutegua tratada e distribuiacuteda pela CEDAE

Foram analisadas amostras de cabelo de duas pessoas que consumiam a aacutegua do

mesmo poccedilo isto eacute duas amostras de cada residecircncia totalizando 4 poccedilos diferentes (a b c

d) na localidade Chaacutecaras Arcampo em Duque de Caxias ndash RJ (Figura 14)

Figura 14 Mapa com os pontos de coleta de amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua

de poccedilo em destaque a localizaccedilatildeo das residecircncias com os poccedilos

Fonte Google Earth Acesso em 30072015

As amostras foram coletadas na regiatildeo occipital da cabeccedila (nuca) como visto na

Figura 15 com o auxiacutelio de uma tesoura de accedilo inoxidaacutevel devidamente limpa com etanol

Essa regiatildeo eacute definida como padratildeo por ser menos suscetiacutevel a contaminaccedilatildeo exoacutegena e

tambeacutem por sempre existir cabelo em indiviacuteduos semicalvos [14] Em seguida as amostras

foram catalogadas e armazenadas em sacos plaacutesticos [5] Informaccedilotildees adicionais sobre o sexo

e a idade dos doadores e o tipo e cor das amostras de cabelo coletadas disponiacuteveis no ANEXO

II

Figura 15 Coleta de amostra de cabelo na regiatildeo occipital da cabeccedila

42 Lavagem das Amostras de Cabelo

Todas as amostras foram submetidas a uma sequecircncia de etapas de lavagem de 10

minutos cada utilizando acetona e aacutegua deionizada (Figura 16) Em seguida foram colocadas

para secar agrave temperatura ambiente de acordo com o procedimento recomendado pela Agecircncia

Internacional de Energia Atocircmica (IAEA) [5]

Figura 16 Lavagem das amostras de cabelo

As amostras analisadas por XRF foram colocadas diretamente no suporte do

equipamento Os fios foram colocados de maneira a se obter a superfiacutecie do porta-amostra

totalmente coberta pelo cabelo a qual em seguida foi coberta por um filme (Ultralenereg 4

microm de espessura) (Figura 17) Para a anaacutelise com o RBS o cabelo foi aderido ao suporte do

porta-amostra com o auxiacutelio de uma fita dupla face de carbono puro (Figura 18)

Figura 17 Amostra de cabelo em porta-amostra do equipamento de Fluorescecircncia de

Raios X

Figura 18 Amostra de cabelo no porta-amostra do equipamento de Espectrometria de

Retroespalhamento Rutherford

43 Paracircmetros Instrumentais

Anaacutelises semiquantitativas de XRF dos elementos presentes no cabelo foram

realizadas no Laboratoacuterio de Impacto de Foacutetons e Eleacutetrons (LIFE) na Universidade Federal do

Rio de Janeiro (UFRJ) Utilizou-se o Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios-X S8 TIGER

ndash BRUKER (Figura 19) na faixa de energia de 05 a 56 keV acircnodo de Rh trabalhando com 1

kW de potecircncia com uma janela de Be de 76 microm atraveacutes do software Quant-Express no

meacutetodo Best Detection O tempo de aquisiccedilatildeo para cada amostra foi de aproximadamente 20

minutos

Os dados por RBS foram realizados no Laboratoacuterio de Implantaccedilatildeo Iocircnica na

Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) Utilizou-se um acelerador de iacuteons

Tandetron - HVEE 3 MV (Figura 20) usando 2000 keV de iacuteons He+ incidentes e detecccedilatildeo de

partiacuteculas retroespalhadas a 165deg

Figura 19 Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X - S8 TIGER - BRUKER

Figura 20 Acelerador de iacuteons Tandetron - HVEE 3 MV onde foi feita a anaacutelise por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford

50 RESULTADOS E DISCUSSOtildeES

51 Anaacutelise por XRF

O espectro completo de XRF da amostra 2 referente ao cabelo de uma pessoa que

ingere aacutegua de poccedilo eacute mostrado na Figura 21 conforme obtido diretamente do equipamento

Eacute possiacutevel identificar as linhas de excitaccedilatildeo do Rh e as linhas de espalhamento Compton e

Rayleigh Os espectros ampliados somente na regiatildeo de interesse com as linhas de

fluorescecircncia Kα e Kβ atribuiacutedas agrave maioria dos elementos (exceto para o chumbo em que se

detectam as linhas Lα e Lβ) e sem as linhas de Rh de todas as amostras analisadas encontram-

se nos ANEXOS III e IV Os elementos analisados e a energia de suas linhas de emissatildeo de

fluorescecircncia Kα e Kβ satildeo apresentados na Tabela 4

Figura 21 Espectro de Fluorescecircncia de Raios X completo da amostra 2

Tabela 4 Energia em keV das principais linhas de emissatildeo de raios x dos elementos

analisados Adaptado de [26]

Os elementos observados e as concentraccedilotildees semiquantitativas das amostras de

cabelo das pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo e das amostras de cabelo das pessoas que

ingerem aacutegua distribuiacuteda pela CEDAE satildeo apresentados respectivamente nas Tabelas 5 e 6

Kα Kβ

Al 1487 1557

Si 1740 1836

P 2014 2139

S 2308 2464

Cl 2622 2816

Ca 3692 4013

Mn 5899 6490

Fe 6404 7058

Cu 8048 8905

Zn 8639 9572

Pb (Linhas Lα e Lβ) 10552 12614

Elementos

Analisados

Energia (keV) das Linhas de

Emissatildeo de Raios X

Tabela 5 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (1 a 8) que

ingerem aacutegua de poccedilo As concentraccedilotildees dos elementos foram normalizadas de modo que a

soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da matriz orgacircnica em conjunto

seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo ldquoa b c drdquo correlacionam a amostra

de cabelo com o poccedilo do qual o indiviacuteduo ingere aacutegua

1 2 3 4 5 6 7 8

Al 002 003 003 34 ppm natildeo det 006 natildeo det 001

Si 001 54 ppm 006 46 ppm 005 002 002 54 ppm

P 003 003 54 ppm 002 001 46 ppm natildeo det 004

S 117 071 115 118 166 135 151 098

Cl 003 65 ppm 002 002 natildeo det 003 natildeo det 61 ppm

Ca 003 003 80 ppm 002 004 002 008 008

Mn 73 ppm 78 ppm 58 ppm 10 ppm natildeo det 91 ppm natildeo det 54 ppm

Fe 001 001 92 ppm 29 ppm 38 ppm 001 27 ppm 83 ppm

Cu 44 ppm 41 ppm 46 ppm 31 ppm natildeo det 44 ppm 37 ppm 36 ppm

Zn 77 ppm 002 91 ppm 82 ppm 41 ppm 92 ppm 40 ppm 98 ppm

Pb 10 ppm 9 ppm 12 ppm 10 ppm natildeo det 10 ppm natildeo det 9 ppm

a b c d

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Elementos

Tabela 6 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (9 a 16)

que ingerem aacutegua tratada e distribuiacuteda pela CEDAE As concentraccedilotildees dos elementos foram

normalizadas de modo que a soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da

matriz orgacircnica em conjunto seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo

9 10 11 12 13 14 15 16

Al 001 36 ppm natildeo det 002 61 ppm 90 ppm 002 natildeo det

Si natildeo det 35 ppm natildeo det 40 ppm 79 ppm 60 ppm natildeo det natildeo det

P 003 34 ppm 003 002 natildeo det 46 ppm natildeo det 41 ppm

S 111 106 116 152 136 145 155 128

Cl 52 ppm 001 002 003 004 005 014 009

Ca 006 004 002 002 001 001 001 001

Mn 51 ppm 9 ppm 32 ppm natildeo det 24 ppm 57 ppm natildeo det 30 ppm

Fe 82 ppm 30 ppm 57 ppm 56 ppm 59 ppm 90 ppm 52 ppm 54 ppm

Cu 31 ppm 51 ppm 28 ppm 27 ppm 31 ppm 44 ppm 14 ppm 29 ppm

Zn 001 001 92 ppm 86 ppm 001 001 42 ppm 001

Pb natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det

Elementos

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

Na anaacutelise semiquantitativa por XRF pode-se verificar a presenccedila de elevadas

concentraccedilotildees de enxofre o que jaacute era esperado visto que este elemento faz parte da estrutura

da cisteiacutena o aminoaacutecido em maior quantidade na composiccedilatildeo do cabelo

Os elementos Ca Zn e Fe foram detectados em todas as amostras dos dois grupos O

Ca aparece na maior parte das amostras em concentraccedilotildees da ordem de enquanto que o Zn

e o Fe da ordem de ppm Os elementos Al P Mn Cl Si e Cu aparecem na maioria das

amostras em ambos os grupos No entanto o Pb foi observado em concentraccedilotildees da ordem de

ppm somente em amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo

Para as amostras 5 7 e 15 utilizou-se um porta amostra com maacutescara de 8 mm de

diacircmetro ao inveacutes da maacutescara de 34 mm utilizada para as outras amostras devido a pouca

quantidade de cabelo coletado Agrave vantagem de poder utilizar menos amostra com a maacutescara

de 8 mm contrapotildee-se um aumento do ruiacutedo de fundo e a consequente perda da sensibilidade

na anaacutelise Tal fato pode provavelmente justificar a quantidade menor de elementos

observados nessas amostras em comparaccedilatildeo com as demais incluindo a ausecircncia do elemento

chumbo nas amostras 5 e 7 jaacute que o mesmo aparece nas amostras 6 e 8 das pessoas que

bebem a mesma aacutegua dos poccedilos c e d respectivamente

52 Anaacutelise por RBS

Apresenta-se na Figura 22 o espectro de RBS da amostra 2 adquirido durante 8

horas de anaacutelise e apoacutes tratamento dos dados atraveacutes do programa computacional OriginPro 8

Duas ampliaccedilotildees (I e II) nas regiotildees de mais alta energia satildeo apresentadas nas Figuras 23 e

24 Observou-se a presenccedila dos elementos C N O Si S Cl Ti Cu Zn e Pb

As energias dos iacuteons He+ retroespalhados a partir da interaccedilatildeo com os nuacutecleos de Pb

e Hg satildeo muito proacuteximas tornando difiacutecil a resoluccedilatildeo dos sinais No entanto o Hg natildeo foi

observado em nenhuma das amostras por XRF enquanto o Pb pode ser detectado claramente

Conclui-se portanto que o degrau no espectro eacute correspondente ao Pb

Utilizando-se o caacutelculo da seccedilatildeo de choque de espalhamento Rutherford foi possiacutevel

obter uma anaacutelise quantitativa relativa da amostra 2 Para isso foi escolhido o enxofre como

elemento padratildeo devido ao fato do S estar presente em todas as amostras de cabelo e ser

facilmente detectaacutevel por ambas as teacutecnicas Para cada aacutetomo de S na amostra de cabelo as

seguintes proporccedilotildees atocircmicas foram obtidas 115 x 102 C 274 x 10

1 N 157 x 10

1 O 479 x

10-1

Si 641 x 10-1

Cl 454 x 10-2

Ti 162 x 10-2

Cu 265 x 10-2

Zn e 504 x 10-4

Pb

Figura 22 Espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da amostra 2

(grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 23 Ampliaccedilatildeo I do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 24 Ampliaccedilatildeo II do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

60 CONCLUSOtildeES

As teacutecnicas de XRF e RBS mostraram-se eficientes e complementares na

determinaccedilatildeo de vaacuterios elementos presentes em amostras de cabelo humano Atraveacutes das duas

teacutecnicas foi possiacutevel detectar de forma semiquantitativa a presenccedila de elementos desde o Al

ateacute o Pb Por RBS tambeacutem foram detectados elementos mais leves como C N e O A

utilizaccedilatildeo conjunta das duas teacutecnicas permitiu a identificaccedilatildeo inequiacutevoca de Pb no espectro de

RBS

Eacute evidente que as concentraccedilotildees dos elementos nas amostras de cabelo dependem de

diversos fatores tais como o tipo de alimentaccedilatildeo idade sexo ambiente em que o indiviacuteduo

vive e podem ser provenientes de meios exoacutegenos e endoacutegenos Entretanto considerando o

natildeo aparecimento do Pb em nenhuma das amostras de cabelo das pessoas que ingerem aacutegua

distribuiacuteda pela CEDAE aleacutem das anaacutelises preacutevias da aacutegua dos poccedilos da aacuterea em estudo eacute

possiacutevel afirmar que existe uma elevada possibilidade da aacutegua de poccedilo estaacute atuando como

uma fonte de contaminaccedilatildeo de Pb para as pessoas Como o Pb eacute um elemento toacutexico com

propriedade de bioacumulaccedilatildeo sua presenccedila pode gerar danos irreversiacuteveis aos organismos

vivos

70 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS

Como sugestotildees deste estudo podemos indicar

Realizar uma anaacutelise quantitativa de um nuacutemero mais amplo de amostras

Efetuar uma comparaccedilatildeo com materiais de referecircncia certificados a fim de

determinar com um grau de confiabilidade mais elevado se as quantidades de

chumbo detectadas nas amostras de cabelo estatildeo acima do intervalo de valores

considerados aceitaacuteveis

80 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

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Paraiacuteba do Sul Paraibuna chega ao volume morto pela primeira vez Jornal O Globo 22

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paraiba-do-sul-paraibuna-chega-ao-volume-morto-pela-primeira-vez-gt Acesso em 30 de

julho de 2015

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lthttpwwwmaxwellvracpuc-riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 30 de julho de 2015

[21] TASCH P DAMIANI F OLIVEIRA L C M IE - 607A Teacutecnicas de anaacutelise e

caracterizaccedilatildeo de materiais Universidade Estadual de Campinas ndash UNICAMP Campinas

2000

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ndash USP Satildeo Paulo 1999

[23] PERDONAacute C R Introduccedilatildeo a espectrometria de Fluorescecircncia de Raios-X Manual

Teacutecnico ndash BRUKER 2014

[24] O espectrocircmetro de fluorescecircncia de raios-x Thermo ARL 9900 PUC-Rio ndash

Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em lthttpwwwmaxwellvracpuc-

riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 08 de agosto de 2015

[25] KRUG C Superfiacutecies porosas recobertas com metalocenos anaacutelise multivariada

envolvendo caracterizaccedilatildeo com feixe de iacuteons Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Fiacutesica Instituto

de Fiacutesica Universidade Federal do Rio Grande do Sul ndash UFRGS Porto Alegre 2000

[26] TABACNIKS M H Anaacutelise de filmes finos por PIXE e RBS Instituto de Fiacutesica da

Universidade de Satildeo Paulo Disponiacutevel em ltwww2ifuspbr~lamfipixeamprbspdfgt Acesso

em julho de 2015

[27] ALMEIDA C R Efeito de tratamentos teacutermico e quiacutemico de aerogeacuteis de oacutexido de

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Catarina Florianoacutepolis 2013

[28] ATTWOOD D T HENKE B L et al X-Ray Data Booklet Lawrence Berkeley

Laboratory University of California Berkeley California 1986

ANEXO I

MODELO DO QUESTIONAacuteRIO PREENCHIDO ANTES DA COLETA DAS AMOSTRAS

DE CABELO

Coacutedigo da amostra

Nome

Idade (anos)

Endereccedilo

Fuma Sim ( ) Natildeo ( )

Ingere aacutegua de que tipo (poccedilo CEDAE) Poccedilo ( ) CEDAE ( )

Fez algum tipo de tratamento quiacutemico no cabelo

(coloraccedilatildeo alisamento etc)Sim ( ) Natildeo ( )

Qual Quando foi a uacuteltima vez

Esteve bem de sauacutede nos uacuteltimos 6 meses Sim ( ) Natildeo ( )

Data da coleta

Responsaacutevel pela coleta

COLETA DE AMOSTRA DE CABELO

ANEXO II

INFORMACcedilOtildeES ADICIONAIS SOBRE OS DOADORES E AS AMOSTRAS DE

CABELO COLETADAS

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

1 Feminino 62 Cacheado Castanho Escuro

2 Feminino 27 Cacheado Castanho Escuro

3 Feminino 17 Liso Castanho Escuro

4 Feminino 10 Cacheado Castanho Escuro

5 Feminino 58 Liso Castanho Escuro

6 Feminino 7 Cacheado Castanho Escuro

7 Masculino 17 Liso Castanho Claro

8 Feminino 39 Liso Castanho Escuro

Pessoas que Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

9 Feminino 41 Cacheado Castanho Escuro

10 Feminino 17 Ondulado Castanho Claro

11 Masculino 1 Cacheado Castanho Escuro

12 Feminino 11 Liso Castanho Escuro

13 Masculino 21 Liso Castanho Escuro

14 Masculino 42 Cacheado Preto

15 Masculino 6 Liso Preto

16 Masculino 14 Liso Preto

Pessoas que Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

ANEXO III

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DE POCcedilO (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 1

Amostra 2

Amostra 3

Amostra 4

Amostra 5

Amostra 6

Amostra 7

Amostra 8

ANEXO IV

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DISTRIBUIacuteDA PELA CEDAE (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 9

Amostra 10

Amostra 11

Amostra 12

Amostra 13

Amostra 14

Amostra 15

Amostra 16

Page 19: Dissertação Priscilla Velasco da Paixão

complexo de ceacutelulas alongadas e justapostas que envolvem o coacutertex O coacutertex eacute o principal

constituinte do cabelo formado por um conjunto de ceacutelulas ciliacutendricas denominadas matriz e

perfeitamente ligadas umas as outras Na matriz encontram-se a α-queratina e outras

proteiacutenas A medula apresenta-se em pequena quantidade e pode estar ausente em alguns tipos

de cabelo Eacute composta por ceacutelulas anucleadas contendo lipiacutedeos e granulaccedilotildees pigmentadas

[1214]

Figura 1 Desenho esquemaacutetico de um fio de cabelo

Fonte http ltwwwartistasdocabelocombrgt Acesso em 30072015

O fio de cabelo desenvolve-se a partir de cavidades denominadas foliacuteculos pilosos

localizados de 3 a 5 mm abaixo da superfiacutecie da pele A taxa de crescimento meacutedio do fio eacute de

cerca de 1 cm por mecircs e cada fio pode ter de 15 a 120 microm de diacircmetro dependendo do tipo de

cabelo O ciclo de crescimento do cabelo eacute dividido em trecircs estaacutegios (Fig2)

Anaacutegeno ocorre o crescimento ativo do cabelo com irrigaccedilatildeo sanguiacutenea atraveacutes dos

foliacuteculos capilares na regiatildeo da papila Pode durar ateacute 7 anos Em um adulto cerca de

90 dos fios encontram-se neste estaacutegio

Cataacutegeno ocorre uma transiccedilatildeo entre o crescimento do fio e seu teacutermino dura apenas

algumas semanas O cabelo para de receber irrigaccedilatildeo sanguiacutenea para de crescer e a

parte mais profunda do foliacuteculo piloso fica mais proacutexima da superfiacutecie da pele

Teloacutegeno ocorre a queda do fio iniciando o crescimento de outro fio atraveacutes de um

foliacuteculo novo que surge no mesmo local [1214]

Figura 2 Esquema das fases de crescimento do cabelo

Fonte httpltwwwtratamentocalviciecombrartigo_02phpgt Acesso em 30072015

A α-queratina eacute uma proteiacutena que apresenta uma estrutura secundaacuteria (α-heacutelice) em

um arranjo helicoidal estabilizado por pontes de hidrogecircnio (Figura 3) e eacute responsaacutevel por dar

sustentaccedilatildeo ao cabelo Ela fica imersa na matriz e eacute composta por uma sequecircncia de

aminoaacutecidos (Tabela 1) sendo a cisteiacutena o principal desses

Figura 3 Estrutura secundaacuteria (α-heacutelice) da α-queratina

Fonte httpltwwwslideplayercombrgt Acesso em 27092015

Tabela 1 Composiccedilatildeo de aminoaacutecidos no cabelo normal Fonte [15]

Ligaccedilotildees quiacutemicas cruzadas entre as cadeias polimeacutericas de α-queratina formam

pontes dissulfeto (-S-S-) que datildeo origem aos resiacuteduos de cistina (Fig4) Como estatildeo em

grande quantidade na composiccedilatildeo do cabelo formam uma rede de alta resistecircncia e datildeo o

formato ao fio A reduccedilatildeo dessas ligaccedilotildees causa mudanccedilas nas propriedades mecacircnicas do fio

Cortes histoloacutegicos evidenciaram elevada atividade de metais pesados na α-queratina [114]

Aminoaacutecido Quantidade Residual ()

Aacutecido Aspaacutertico 49

Aacutecido Glutacircmico 114

Alanina 46

Arginina 58

Cisteiacutena 178

Fenilalanina 16

Glicina 64

Histidina 09

Isoleucina 26

Leucina 58

Lisina 27

Metionina 06

Prolina 84

Serina 117

Tirosina 2

Treonina 68

Valina 58

Figura 4 Estrutura da Cisteiacutena e da Cistina Reaccedilatildeo de oxi-reduccedilatildeo formando a ponte

dissulfeto Adaptado de httpltbiocienciascpoblogspotcombr201211resumo-

proteinashtmlgt

A incorporaccedilatildeo de elementos ao cabelo pode ocorrer por dois meios exoacutegeno e

endoacutegeno A incorporaccedilatildeo endoacutegena ocorre no primeiro estaacutegio de crescimento do fio onde o

foliacuteculo capilar encontra-se em contato com as glacircndulas secretoras e vasos sanguiacuteneos

Assim os elementos quiacutemicos que circulam no organismo atraveacutes dos fluidos podem

incorporar-se ao cabelo Estima-se que o periacuteodo entre a absorccedilatildeo pelo indiviacuteduo e a

incorporaccedilatildeo de elementos no cabelo seja de 30 dias Um modelo mais simples sugere que a

incorporaccedilatildeo endoacutegena ocorra de forma passiva isto eacute por difusatildeo [1] Os metais ligam-se

aos aminoaacutecidos atraveacutes de seus grupos funcionais como sulfidrila (-SH) amina (-NH2)

hidroxila (-OH) e carboxila (-COOH) nos quais a forccedila destas ligaccedilotildees dependeraacute da

estrutura eletrocircnica externa do metal [14]

Na incorporaccedilatildeo exoacutegena os elementos quiacutemicos satildeo levados ao cabelo por fatores

externos como aacutegua poeira fumaccedila cosmeacuteticos entre outros Os elementos podem ligar-se agrave

cutiacutecula do fio capilar principalmente se as cutiacuteculas estiverem danificadas [14]

32 Elementos Essenciais e Natildeo Essenciais e a Sauacutede Humana

Os elementos traccedilos podem ser divididos em essenciais e natildeo essenciais de acordo

com a importacircncia nutricional e a influecircncia no organismo dos seres vivos Os elementos

traccedilo essenciais satildeo considerados beneacuteficos e indispensaacuteveis para os seres vivos dentro de

uma faixa especiacutefica de concentraccedilatildeo Na Tabela 2 estatildeo listados os elementos traccedilo

essenciais e suas respectivas funccedilotildees bioloacutegicas [214]

Tabela 2 Elementos traccedilo essenciais e algumas de suas funccedilotildees bioloacutegicas

Adaptado de [14 16]

B Previne a osteoporose em mulheres na fase poacutes-menopausa

CaImportante na coagulaccedilatildeo sanguinea na contraccedilatildeo muscular transmissatildeo nervosa e

formaccedilatildeo de ossos e dentes

Cl Presente no suco gaacutestrico manteacutem o equilibrio hidrico e de eletroacutelitos

Co Constituinte da vitamina B12

Cr Importante no metabolismo da glicose

Cu Cofator em enzimas redox e no transporte de O2

F Prevenccedilatildeo das patologias bucodentaacuteria e oacutessea atua tambeacutem nos tecidos celulares

Fe Cofator em muitas enzimas e proteiacutenas heme

IPresente na estrutura de dois fatores hormonais da glacircndula tireoacuteide (tiroxina e

triiodotiroxina)

KImportante na regulaccedilatildeo da atividade neuromuscular crescimento celular e equiliacutebrio

osmoacutetico

MgRegula diversas reaccedilotildees enzimaacuteticas e age sobre as trocas iocircnicas da membrana

celular

MnCofator em muitas enzimas auxilia na reduccedilatildeo de accedilucar no sangue e a regular o

funcionamento do sistema reprodutivo

Elementos Essenciais e suas Funccedilotildees Bioloacutegicas

Os elementos traccedilo natildeo essenciais satildeo aqueles que natildeo apresentam nenhuma funccedilatildeo

no metabolismo das espeacutecies animais e vegetais e quando estatildeo em alta concentraccedilatildeo podem

provocar efeitos negativos ao organismo dos seres vivos Na Tabela 3 estatildeo listados alguns

elementos traccedilo natildeo essenciais e suas toxicidades [214]

Mo Cofator em enzimas que metabolizam os aminoaacutecidos metionina e cistina

NaAtua no controle osmoacutetico volume plasmaacutetico transmissatildeo de impulsos nervosos e

controle da contraccedilatildeo muscular

Ni A essencialidade eacute provaacutevel mas ainda natildeo estaacute estabelecida

PAtua na formaccedilatildeo dos ossos e dentes participa da estrutura das membranas

celulares e do processo de absorccedilatildeo renal da glicose

SParticipa da construccedilatildeo das proteiacutenas e no metabolismo energeacutetico faz parte de

algumas vitaminas (tiamina e biotina)

SeParticipaccedilatildeo na siacutentese de hormocircnios tireoideanos na accedilatildeo antioxidante e eacute cofator

em enzimas

Si Atua na estrutura da derme promovendo sua elasticidade

Sn A essencialidade eacute provaacutevel mas ainda natildeo estaacute estabelecida

V A essencialidade eacute provaacutevel mas ainda natildeo estaacute estabelecida

ZnCofator em algumas enzimas e na insulina tambeacutem exerce influecircncia no metabolismo

dos aacutecidos nucleiacutecos

Tabela 3 Elementos traccedilo natildeo essenciais e suas toxicidades Adaptado de [14]

Os termos macrominerais e microminerais (ou elementos-traccedilo) tambeacutem satildeo muito

utilizados no meio cientiacutefico principalmente na aacuterea de nutriccedilatildeo Os macrominerais satildeo

aqueles elementos encontrados em altas concentraccedilotildees nas amostras geralmente acima de

1 ou cuja necessidade diaacuteria no organismo seja maior que 100 mg No cabelo satildeo

considerados macrominerais por exemplo Ca P S Mg Na K e Cl Jaacute os microminerais satildeo

aqueles encontrados em baixas concentraccedilotildees na amostra (ppm ou ppb) ou cuja necessidade

no organismo seja inferior a 100 mg por dia No cabelo podem ser citados os seguintes

microminerais Fe Zn Cu Mn I Cr Se F Co Ni Si e Mo [114]

33 Abastecimento de Aacutegua na Regiatildeo de Amostragem

No Estado do Rio de Janeiro a captaccedilatildeo tratamento aduccedilatildeo e distribuiccedilatildeo das redes

de aacutegua ficam a cargo da CEDAE ndash Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos No presente

momento a CEDAE abastece cerca de 9 milhotildees de pessoas em 64 dos 92 municiacutepios do

Estado sendo Duque de Caxias um desses [17]

O abastecimento de aacutegua pela CEDAE na cidade de Duque de Caxias nunca ocorreu

de forma contiacutenua e natildeo haacute garantia da manutenccedilatildeo da qualidade da aacutegua ateacute a chegada ao

Al

Causa ao organismo anemia enfraquecimento dos ossos e muacutesculos

dificuldade no metabolismo do caacutelcio alteraccedilotildees hepatoloacutegicas e

renais dores de cabeccedila e nervosismo

AsInterrompe a expressatildeo de diversos genes em especial aqueles que

participam das vias de transduccedilatildeo de sinal

CdOcasiona perda de peso hemorragia danos ao sistema respiratoacuterio

hepatoloacutegico e renal

PbGera alteraccedilotildees cardiovasculares gastrointestinais hematoloacutegicas

renais neuroloacutegicas e imunoloacutegicas

Elementos Natildeo Essenciais e suas Toxicidades

consumidor Segundo dados do CENSO-2010 dos 269353 domiciacutelios estabelecidos no

municiacutepio de Duque de Caxias apenas 63 alegaram receber aacutegua de redes de distribuiccedilatildeo

[18] Diante do cenaacuterio atual em que o Sudeste vive a maior crise hiacutedrica dos uacuteltimos cem

anos devido agrave escassez de chuvas os reservatoacuterios que abastecem o estado do Rio de Janeiro

encontram-se em niacuteveis muito baixos e alguns deles chegaram ao volume morto (reserva

teacutecnica) Com isso o abastecimento de aacutegua para a populaccedilatildeo estaacute a cada dia mais escasso

Na Figura 5 apresenta-se uma foto da situaccedilatildeo do maior reservatoacuterio da Bacia do Rio Paraiacuteba

do Sul (em fevereiro deste ano) Este reservatoacuterio alimenta a Estaccedilatildeo de Tratamento de Aacutegua

do Guandu que por sua vez eacute responsaacutevel pelo abastecimento de toda a Regiatildeo Metropolitana

do Rio de Janeiro [19]

Figura 5 Reservatoacuterio Paraibuna localizado na Bacia do Rio Paraiacuteba do Sul apoacutes estiagem dos uacuteltimos anos

Na foto o reservatoacuterio estaacute com -056 da capacidade (volume morto) 03022015 Fonte http

ltogloboglobocomrionivel-de-reservatorios-do-rio-paraiba-do-sul-apresentam-leve-melhora-apos-chuvas-

fortes-15229418gt Acesso em 30072015

Devido aos fatores mencionados aliados agrave facilidade de manutenccedilatildeo e ao baixo custo

de perfuraccedilatildeo a utilizaccedilatildeo de aacutegua de poccedilo subterracircneo (Figura 6) eacute cada vez mais requisitada

para suprir as carecircncias de abastecimento No Brasil o aquiacutefero subterracircneo abastece cerca de

19 do total dos domiciacutelios particulares enquanto que no municiacutepio de Duque de Caxias este

percentual atinge os 35 segundo o CENSO-2010 [18]

Figura 6 Poccedilo subterracircneo em Duque de Caxias

34 Fluorescecircncia de Raios X - Teoria

A Espectroscopia de Fluorescecircncia de Raios X eacute uma teacutecnica natildeo destrutiva que

permite a identificaccedilatildeo simultacircnea (qualitativa e quantitativa) de elementos presentes em uma

amostra A teacutecnica baseia-se no fato dos elementos quiacutemicos emitirem radiaccedilotildees

caracteriacutesticas quando submetidos a uma excitaccedilatildeo adequada [20-23]

As amostras satildeo irradiadas com foacutetons (feixe de raios x) gerados por uma fonte Esse

feixe de raios x primaacuterio possui energia suficiente para ejetar eleacutetrons de camadas internas do

aacutetomo (camadas com maior energia de ligaccedilatildeo) transferindo energia para este eleacutetron que eacute

ejetado como fotoeleacutetron O aacutetomo fica instaacutevel (excitado) com uma vacacircncia na camada

interna Com o intuito de diminuir a energia do sistema eleacutetrons de outras camadas

preenchem essa lacuna A diferenccedila de energia entre os niacuteveis da transiccedilatildeo eletrocircnica eacute

liberada atraveacutes da emissatildeo de um foacuteton de raios x (fluorescecircncia ou raio x secundaacuterio) que

tem energia caracteriacutestica para cada elemento como ilustrado na Figura 7 A energia do raio x

caracteriacutestico eacute fornecida pela Equaccedilatildeo 1 [20-23]

Ex = Eni - Enf (Eq1)

Onde

Ex = energia do raio x caracteriacutestico emitido

Eni Enf = energia dos estados eletrocircnicos inicial e final respectivamente

Figura 7 Esquema do princiacutepio da Fluorescecircncia de Raios X

Fonteltwwwshimadzucombrgt Acesso em 30072015

A radiaccedilatildeo caracteriacutestica eacute nomeada de acordo com o niacutevel de onde se apresenta a

vacacircncia (K L M) e de qual niacutevel (α β) e subniacutevel (1 2) proveacutem o eleacutetron que iraacute

ocupar essa lacuna Por exemplo a vacacircncia originada na camada K pode ser preenchida por

eleacutetrons de dois subniacuteveis da camada L o que origina as linhas espectrais Kα1 e Kα2 Se a

vacacircncia da camada K fosse ocupada por um eleacutetron da M teria-se o Kβ e assim por diante

[23]

Com isso os elementos em uma amostra podem ser identificados atraveacutes da medida

do comprimento de onda (ou energia) dessas radiaccedilotildees caracteriacutesticas e as concentraccedilotildees

mensuradas pela intensidade dessas radiaccedilotildees [2123]

Quando um feixe de raios x incide sobre um determinado material diversas formas

de interaccedilatildeo entre a radiaccedilatildeo e a mateacuteria podem ocorrer tais como o Efeito Auger e os

espalhamentos Rayleigh e Compton [20-23]

O processo de relaxaccedilatildeo natildeo-radiativa ou Efeito Auger ocorre quando o aacutetomo

excitado emite um eleacutetron (eleacutetron Auger) ao inveacutes do processo de fluorescecircncia (Figura 8)

Esses dois processos de relaxaccedilatildeo do sistema satildeo concorrentes e a predominacircncia de um ou de

outro depende do numero atocircmico O Efeito Auger prevalece em elementos com baixo

nuacutemero atocircmico (Zlt20) [21]

Figura 8 Efeito Auger [20]

O fenocircmeno de espalhamento de raios x eacute importante em espectroscopia pois eacute

responsaacutevel pela intensidade da radiaccedilatildeo de fundo (background) presente em uma

determinada medida Ele eacute a soma dos efeitos de dois fenocircmenos o espalhamento coerente

elaacutestico ou Rayleigh no qual os raios x primaacuterios satildeo defletidos sem perda de energia isto eacute

sem alteraccedilatildeo no comprimento de onda (λ) e o espalhamento incoerente inelaacutestico ou

Compton no qual foacutetons de raios x primaacuterio satildeo defletidos com perda de energia e com

ejeccedilatildeo de um fotoeleacutetron (Figura 9) [21]

Figura 9 Espalhamento Compton e Rayleigh [21]

35 Fluorescecircncia de Raios X - Instrumentaccedilatildeo

Na Figura 10 pode ser observado um esquema com os principais componentes do

espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X por Dispersatildeo de Comprimento de Onda

(WDXRF - Wavelength Dispersive X-ray Fluorescence) utilizado neste trabalho Suas

funccedilotildees seratildeo descritas em seguida [23]

Figura 10 Instrumentaccedilatildeo do Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X por Dispersatildeo de

Comprimento de Onda - S8 TIGER - BRUKER [23]

Tubo de Raios X

A radiaccedilatildeo incidente eacute produzida em um tubo de raios x consistindo em uma ampola

de vidro ou de metal sob alto vaacutecuo com um filamento de tungstecircnio em uma extremidade

denominado caacutetodo e um alvo de metal na outra extremidade denominado acircnodo

O filamento eacute aquecido por uma corrente eleacutetrica e emite eleacutetrons (emissatildeo

termiocircnica) Os eleacutetrons satildeo acelerados rumo a um acircnodo (alvo) empregando-se uma

diferenccedila de potencial (10-70 kV) Raios x primaacuterios satildeo produzidos quando esses eleacutetrons

com alta velocidade colidem com o material alvo Com o impacto a maior parte da energia

cineacutetica dos eleacutetrons eacute convertida em calor exigindo que o acircnodo seja resfriado de forma

eficiente Apenas uma pequena parte (02-05 dependendo do tipo do alvo) da energia

eletrocircnica eacute convertida em raios x uacuteteis

Essa radiaccedilatildeo consiste em um Contiacutenuo ou Bremsstrahlung e linhas de raios x

caracteriacutesticas do material alvo (aleacutem de linhas caracteriacutesticas de quaisquer contaminantes

presentes) Assim o espectro primaacuterio de um tubo de raios x convencional consiste em linhas

caracteriacutesticas do material do acircnodo (por exemplo Rh) superpostas a um contiacutenuo de

radiaccedilatildeo

Os tubos de raios x satildeo geralmente isolados atraveacutes de uma janela de beriacutelio pois

esse elemento apresenta baixa absorccedilatildeo de raios x e alta resistecircncia mecacircnica para suportar as

diferenccedilas de pressatildeo

Filtros do Feixe Primaacuterio

O espectro primaacuterio pode natildeo conter apenas as linhas do elemento-alvo mas tambeacutem

as linhas de impurezas como Fe Cr ou Cu presentes em vaacuterias partes do tubo Desta forma o

niacutevel de fundo (background) na posiccedilatildeo desses elementos no espectro pode ser elevado

Filtros de feixe primaacuterio satildeo utilizados para filtrar as linhas caracteriacutesticas do tubo se

o mesmo elemento estiver presente na amostra ou se houver sobreposiccedilatildeo por uma linha do

tubo em linhas de elementos da amostra No equipamento em que foram feitas as anaacutelises satildeo

utilizados (automaticamente) os filtros de Cu de 200 microm de espessura e o de Al de 500 microm de

espessura

Maacutescara

Delimita a aacuterea da amostra que seraacute irradiada

Selo de vaacutecuo (Vacuum seal )

Protege o sistema de detecccedilatildeo dos foacutetons de raios x de qualquer vazamento de

amostra

Goniocircmetro

Em equipamentos de dispersatildeo sequencial empregam-se uma ldquogeometria do feixe

paralelordquo ou uma ldquogeometria de cristal planardquo permitindo que os acircngulos do cristal e do

detector sejam selecionados por um aparelho chamado goniocircmetro

O goniocircmetro eacute uma estrutura de rotaccedilatildeo que permite que o cristal e o detector

possuam um movimento angular acoplado θ a 2θ entre eles

Colimador

Colima o feixe divergente de raios x emitido pela amostra Satildeo normalmente feitos

de uma seacuterie de lacircminas paralelas O comprimento e o espaccedilamento entre as lacircminas

determinam a divergecircncia angular admitida pelo colimador Essa divergecircncia angular

juntamente com o cristal determina a resoluccedilatildeo final do espectro

Pode-se melhorar a resoluccedilatildeo fechando o colimador para minimizar a divergecircncia

Poreacutem com isso a intensidade tambeacutem diminui Assim torna-se necessaacuterio um equiliacutebrio

entre a resoluccedilatildeo final (necessaacuteria para evitar sobreposiccedilotildees espectrais importantes) e a

sensibilidade (relacionada com a intensidade)

Cristal

Separa os vaacuterios comprimentos de onda emitidos pela amostra A lei de Bragg

(equaccedilatildeo 2) propotildee que se um plano cristalino tiver um espaccedilamento interplanar (d) refletindo

um comprimento de raios x (λ) essa onda difere em caminho percorrido por uma distacircncia

(2dsenθ) da onda refletida pelo plano adjacente Quando esse caminho percorrido difere por

um nuacutemero inteiro de comprimento de onda tem-se uma interferecircncia construtiva e os raios x

refletidos satildeo reforccedilados Caso contraacuterio tem-se uma interferecircncia destrutiva e os raios x

refletidos se anulam A equaccedilatildeo de Bragg (2)

119899120582 = 2119889119904119890119899120579 (Eq 2)

Onde

n = nuacutemero inteiro (1 2 3) chamado Ordem de Difraccedilatildeo

d = espaccedilamento interplanos no cristal utilizado

θ = acircngulo de Bragg ou acircngulo de difraccedilatildeo

λ = comprimento de onda da linha espectral

Dessa forma para um dado plano cristalino e uma dada ordem de difraccedilatildeo cada

comprimento de onda no espectro de XRF incidente eacute difratado em um uacutenico acircngulo O

comprimento de onda maacuteximo que o proacuteprio plano cristalino pode difratar eacute 2d (quando senθ

assume o valor maacuteximo de 1) Portanto eacute necessaacuterio um cristal ou um plano cristalino com

diferentes valores de 2d para cobrir diferentes intervalos de comprimento de onda em toda a

tabela perioacutedica No espectrocircmetro utilizado neste trabalho foram usados os seguintes cristais

XS-55 (multicamada de WSi) do C ateacute o Mg PET (Pentaeritriato) do Al ateacute o Ti e LiF 200

do K ateacute o U

Detector

Converte os foacutetons de raios x em pulsos de tensatildeo mensuraacuteveis Satildeo utilizados dois

detectores para cobrir todos os elementos do Be ao U Detector de fluxo proporcional

(preenchido com Ar) para elementos do Be ao Cr e o detector de cintilaccedilatildeo de NaI(Tl) para

elementos do Mn ao U

Detectores de fluxo proporcional

Satildeo detectores de radiaccedilatildeo que operam a partir da ionizaccedilatildeo de gases Satildeo

constituiacutedos por um conjunto de eletrodos e um gaacutes Quando o gaacutes eacute colocado entre dois

eletrodos aos quais eacute aplicada certa diferenccedila de potencial os caacutetions e eleacutetrons produzidos

pela passagem de radiaccedilatildeo seratildeo atraiacutedos pelos eletrodos de carga oposta e por eles seratildeo

coletados Na regiatildeo de verdadeira proporcionalidade (Equaccedilatildeo 3) a razatildeo entre a carga

coletada pelos eletrodos e a carga gerada pela ionizaccedilatildeo primaacuteria manteacutem-se constante para as

diferenccedilas de potencial (∆V) aplicadas e com um capacitor de capacitacircncia (C)

Quando a radiaccedilatildeo atravessa esse tipo de detector e produz pares iocircnicos (formados

por eleacutetrons e caacutetions do gaacutes) esses caacutetions (ionizaccedilatildeo primaacuteria) satildeo acelerados adquirindo

energia suficiente para produzir novos pares iocircnicos (ionizaccedilatildeo secundaacuteria) por colisatildeo com

moleacuteculas inicialmente neutras do gaacutes Assim haacute uma multiplicaccedilatildeo do nuacutemero de pares

original A carga coletada eacute igual agrave carga produzida pela radiaccedilatildeo (Q) multiplicada por um

fator (M) denominado ldquoganhordquo

∆119881 = (119872119876)

119862 (Eq 3)

Portanto o sinal produzido tem altura proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo incidente

Detectores de cintilaccedilatildeo

O cintilador eacute uma substacircncia soacutelida ou liacutequida na qual a energia de radiaccedilatildeo

incidente eacute transferida aos eleacutetrons do material sendo depois emitida na forma de radiaccedilatildeo

eletromagneacutetica de frequecircncia menor (visiacutevel ou ultravioleta)

O detector de cintilaccedilatildeo utilizado eacute constituiacutedo por um cristal de NaI(Tl) (iodeto de

soacutedio ativado com 1 de iodeto de taacutelio) no qual ocorre a emissatildeo de radiaccedilatildeo de frequecircncia

menor aleacutem de um fotomultiplicador onde essa radiaccedilatildeo luminosa eacute transformada em pulso

eleacutetrico e amplificada

O mecanismo de cintilaccedilatildeo nos cristais inorgacircnicos baseia-se na propriedade dos

semicondutores terem banda de valecircncia e banda de conduccedilatildeo Na banda de valecircncia os

eleacutetrons estatildeo essencialmente ligados aos siacutetios do cristal Jaacute na banda de conduccedilatildeo os

eleacutetrons tecircm energia suficiente para migrar atraveacutes do cristal No cristal puro natildeo satildeo

encontrados eleacutetrons na banda proibida

Ao incidir uma radiaccedilatildeo no cristal pode ocorrer excitaccedilatildeo de eleacutetrons ateacute a banda de

conduccedilatildeo deixando lacunas na banda de valecircncia (normalmente preenchida)

No cristal puro a energia necessaacuteria para formar um par eleacutetronlacuna eacute

aproximadamente a mesma liberada quando esse par se recombina Assim os espectros de

absorccedilatildeo e emissatildeo superpotildeem-se ocorrendo autoabsorccedilatildeo da radiaccedilatildeo luminosa produzida

Se o cristal for ativado a emissatildeo pode ocorrer via um siacutetio do ativador para o qual a energia

de transiccedilatildeo eacute menor do que a necessaacuteria para a criaccedilatildeo do par eleacutetronlacuna Desse modo o

espectro emitido eacute deslocado para comprimentos de onda maiores e natildeo causa nova absorccedilatildeo

No tubo fotomultiplicador converte-se a radiaccedilatildeo de baixa intensidade produzida no

cintilador em um sinal eleacutetrico uacutetil agrave detecccedilatildeo e contagem de radiaccedilatildeo

Analisador de altura de pulso (PHA)

A energia do foacuteton incidente de raios x determina o tamanho do pulso de tensatildeo

produzido pelo detector O analisador de altura de pulso faz uso dessa propriedade a fim de

selecionar apenas um intervalo estreito de pulsos de voltagem rejeitando todos os pulsos com

intensidades fora do intervalo escolhido

Ao final utiliza-se o meacutetodo de integraccedilatildeo dos recebidos em um integrador

eletrocircnico Se N representa o nuacutemero de contagens em um tempo de integraccedilatildeo t segundos

entatildeo a taxa de contagem eacute Nt contagens por segundo (cps)

36 Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford - Teoria

A teacutecnica de RBS consiste em incidir partiacuteculas monoenergeacuteticas de um feixe de iacuteons

(geralmente iacuteons He+) de alta energia em um alvo estacionaacuterio Ao colidirem com os aacutetomos

do alvo as partiacuteculas satildeo elasticamente espalhadas no campo eleacutetrico do nuacutecleo do aacutetomo e

chegam a um detector por um acircngulo de retroespalhamento Na Figura 11 apresenta-se um

esquema de espalhamento elaacutestico [25-27]

Figura 11 Espalhamento elaacutestico em acircngulo de retroespalhamento de um iacuteon de massa M1

por um aacutetomo de massa M2 com M2gtM1 [25]

O detector ao receber as partiacuteculas espalhadas produz um pulso ou sinal que eacute entatildeo

processado por um analisador multicanal e classificado conforme a amplitude que

corresponde a uma escala em energia Como resultado as informaccedilotildees sobre a composiccedilatildeo

elementar do aacutetomo alvo satildeo obtidas a partir de um espectro de contagens em funccedilatildeo da

energia das partiacuteculas retroespalhadas detectadas [25]

O fator cinemaacutetico (K) eacute responsaacutevel pela anaacutelise elementar qualitativa Essa

grandeza depende da razatildeo entre as energias das partiacuteculas incidentes antes (E0) e depois (E)

do espalhamento (Equaccedilatildeo 4)

119870 = 119864

1198640 (Eq 4)

Considerando as conservaccedilotildees de energia e do momentum na colisatildeo elaacutestica obteacutem-

se a relaccedilatildeo entre o fator cinemaacutetico (K) a massa atocircmica da partiacutecula incidente (M1) a massa

atocircmica do aacutetomo alvo (M2) e o acircngulo de espalhamento (θ) (Eq 5)

119870 = [1198721 119888119900119904120579+ (1198722

2minus 11987212 1199041198901198992120579)

12

1198721+ 1198722]

2

(Eq 5)

Os valores de M1 θ e E0 satildeo preacute-fixados conhecendo E determina-se K e por

conseguinte determina-se M2

A Figura 12 apresenta um esquema do espectro de RBS de um filme fino de

composiccedilatildeo geneacuterica AB onde a massa de A eacute maior do que a massa de B depositado em um

substrato C ainda mais leve

Figura 12 Esquema de um espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford de

um filme fino AB sobre um substrato C ainda mais leve [27]

A resoluccedilatildeo em massa da teacutecnica eacute a diferenccedila miacutenima de massa entre dois aacutetomos-

alvo para que sinais resolvidos possam ser observados no espectro A discriminaccedilatildeo em massa

eacute maacutexima para θ = 180deg razatildeo pela qual satildeo utilizados acircngulos elevados experimentalmente

Pode-se melhorar a resoluccedilatildeo em massa na RBS aumentando a energia e a massa dos aacutetomos

incidentes e melhorando a resoluccedilatildeo do sistema de detecccedilatildeo com o cuidado para natildeo degradar

os detectores [25]

Outra grandeza importante em RBS eacute a seccedilatildeo de choque de espalhamento (σ) que eacute

uma medida da probabilidade de ocorrer o espalhamento e que atribui o caraacuteter quantitativo agrave

teacutecnica [25] Considerando um nuacutemero de partiacuteculas espalhadas (H) sobre um detector tem-se

a Equaccedilatildeo 6

119867 = 119876119873119905 ⟨119889120590

119889120570⟩Ω (Eq 6)

Onde

Q = nuacutemero de partiacuteculas que atinge a amostra

N = densidade volumeacutetrica dos aacutetomos alvo

t = espessura do alvo

⟨119889120590

119889120570⟩ = seccedilatildeo de choque meacutedia de espalhamento

Ω = acircngulo soacutelido do detector em relaccedilatildeo ao feixe

Para acircngulos pequenos tem-se ⟨119889120590

119889120570⟩ = (

119889120590

119889120570)120579

= σ (Eq 7)

Logo 119867 = 119876119873119905120590120570 (Eq 8)

Na Equaccedilatildeo 8 conhecendo o nuacutemero de partiacuteculas que atinge o alvo Q e o detector

H pode-se determinar o numero de aacutetomos por unidade de aacuterea da amostra (Nt) desde que se

conheccedila o acircngulo soacutelido de detecccedilatildeo Ω e a seccedilatildeo de choque de espalhamento (σ) Para uma

colisatildeo elaacutestica entre dois aacutetomos com nuacutemeros atocircmicos Z1 e Z2 (do aacutetomo incidente e do

aacutetomo alvo respectivamente) em que a forccedila de interaccedilatildeo eacute a repulsatildeo eletrostaacutetica dos

nuacutecleos a seccedilatildeo de choque de espalhamento diferencial (por unidade de acircngulo soacutelido) eacute dada

pela Foacutermula de Rutherford (Equaccedilatildeo 9)

119889120590

119889120570= (

119885111988521198902

4119864)2

4

1199041198901198994120579

[1minus ((

11987211198722) 119904119890119899120579)

2

]

12

+cos120579

[1minus ((11987211198722)119904119890119899 120579)

2

]

12

2

(Eq 9)

Em siacutentese a razatildeo entre as concentraccedilotildees relativas dos elementos A e B na

superfiacutecie de uma amostra 119873119860119860119861(119909)

119873119861119860119861(119909)

pode ser calculada com o auxiacutelio de um programa

computacional ou atraveacutes da medida de altura dos degraus obtidos no espectro sendo

calculadas com as Equaccedilotildees 10 e 11

(119889120590

119889120570)119861

(119889120590

119889120570)119860

= Ji (Eq 10)

119873119860119860119861(119909)

119873119861119860119861(119909)

= 119867119860119860119861

119867119861119860119861 119869119894 (Eq 11)

37 Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford - Instrumentaccedilatildeo

Na Figura 13 pode ser observado um esquema com os principais componentes da

instrumentaccedilatildeo utilizada em anaacutelises por RBS que seratildeo descritos em seguida de acordo com

o equipamento utilizado para a realizaccedilatildeo deste trabalho e com informaccedilotildees obtidas na

referecircncia [25]

Figura 13 Esquema dos componentes presentes na instrumentaccedilatildeo utilizada em anaacutelises por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford Fonte Adaptado de [25]

O Laboratoacuterio de Implantaccedilatildeo Iocircnica da Universidade Federal do Rio Grande do Sul

possui um acelerador Tandetron equipado com fontes de iacuteons dos tipos sputtering e de

plasma com tecnologia ldquotandemrdquo com 3MV de tensatildeo maacutexima no terminal e cinco estaccedilotildees

experimentais de linhas distintas incluindo a de RBS

Fonte de iacuteons

Fonte de Plasma um gaacutes ou um vapor eacute ionizado por meio de campos

eletromagneacuteticos na faixa de radiofrequecircncia ou ao ser atravessado por corrente eleacutetrica

Fonte de ldquoSputteringrdquo os iacuteons satildeo produzidos por transferecircncia de momentum

quando da colisatildeo de um feixe primaacuterio (geralmente Cs+) com um alvo soacutelido

Aceleradores ldquotandemrdquo

Neste tipo de acelerador iacuteons positivos deixam a fonte passam por uma troca de

carga (com vapor de Liacutetio ou outro elemento eletropositivo) e satildeo conduzidos com carga

negativa ao tubo acelerador onde satildeo atraiacutedos por um terminal positivo No caso dos iacuteons

produzidos serem originalmente negativos a troca de carga eacute suprimida Junto ao terminal

positivo passam por uma seccedilatildeo contendo um gaacutes ou vapor (N2 no presente caso) ou por uma

folha muito fina de carbono para que os iacuteons emergentes tenham perdido os eleacutetrons Com

carga positiva satildeo novamente acelerados agora por repulsatildeo do terminal Diferenccedilas de

potencial da ordem de vaacuterios milhotildees de volts satildeo obtidas utilizando circuitos multiplicadores

de voltagem que multiplicam e retificam a tensatildeo produzida por um transformador Seguindo

o tubo acelerador geralmente encontra-se um segundo eletroiacutematilde que permite direcionar o

feixe de iacuteons para uma das estaccedilotildees experimentais de acordo com as espeacutecies a serem

detectadas (no presente caso partiacuteculas retroespalhadas)

Detectores de estado soacutelido com junccedilotildees p-n obtidas por implantaccedilatildeo iocircnica

A junccedilatildeo p-n sob polarizaccedilatildeo reversa permite a coleta de cargas geradas na

produccedilatildeo de pares eleacutetron-lacuna Esse fenocircmeno ocorre quando um iacuteon atravessa um

semicondutor excitando eleacutetrons da banda de valecircncia para a banda de conduccedilatildeo que entatildeo

satildeo coletados no acircnodo Dessa forma o nuacutemero de eleacutetrons coletados no acircnodo eacute proporcional

ao nuacutemero de pares de eleacutetron-lacuna produzidos o qual eacute proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo

incidente desde que o iacuteon seja totalmente freado dentro do volume ativo do detector

Analisador multicanal (MCA) no modo de anaacutelise de intensidade de pulso

O MCA consta de uma sequecircncia de registradores onde cada pulso de entrada uma

vez digitalizado por um conversor analoacutegico-digital (ADC) eacute analisado com relaccedilatildeo a sua

amplitude (modo PHA) sob o controle de um discriminador Na sequecircncia o canal de

memoacuteria correspondente tem seu conteuacutedo incrementado em uma unidade Com isso

acumulam-se em um canal especiacutefico todos os pulsos de entrada de um pequeno intervalo de

amplitudes ou energias dos iacuteons incidentes Ao final com a soma dos pulsos recebidos em

cada canal obteacutem-se um histograma do nuacutemero de pulsos em funccedilatildeo de suas amplitudes ou

energias dos iacuteons incidentes

40 METODOLOGIA

41 Amostragem

Amostras de cabelo de 16 pessoas foram coletadas Os doadores foram entrevistados

seguindo o questionaacuterio disponiacutevel no ANEXO I e selecionados de acordo com os seguintes

criteacuterios possuiacuterem cabelos virgens (cabelos sem nenhum tipo de tratamento quiacutemico como

coloraccedilotildees tinturas alisantes entre outros) estarem saudaacuteveis serem natildeo fumantes e viverem

na Regiatildeo Metropolitana do Rio de Janeiro As amostras foram divididas em dois grupos de

oito o primeiro de pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo subterracircneo e o segundo com pessoas

que ingerem a aacutegua tratada e distribuiacuteda pela CEDAE

Foram analisadas amostras de cabelo de duas pessoas que consumiam a aacutegua do

mesmo poccedilo isto eacute duas amostras de cada residecircncia totalizando 4 poccedilos diferentes (a b c

d) na localidade Chaacutecaras Arcampo em Duque de Caxias ndash RJ (Figura 14)

Figura 14 Mapa com os pontos de coleta de amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua

de poccedilo em destaque a localizaccedilatildeo das residecircncias com os poccedilos

Fonte Google Earth Acesso em 30072015

As amostras foram coletadas na regiatildeo occipital da cabeccedila (nuca) como visto na

Figura 15 com o auxiacutelio de uma tesoura de accedilo inoxidaacutevel devidamente limpa com etanol

Essa regiatildeo eacute definida como padratildeo por ser menos suscetiacutevel a contaminaccedilatildeo exoacutegena e

tambeacutem por sempre existir cabelo em indiviacuteduos semicalvos [14] Em seguida as amostras

foram catalogadas e armazenadas em sacos plaacutesticos [5] Informaccedilotildees adicionais sobre o sexo

e a idade dos doadores e o tipo e cor das amostras de cabelo coletadas disponiacuteveis no ANEXO

II

Figura 15 Coleta de amostra de cabelo na regiatildeo occipital da cabeccedila

42 Lavagem das Amostras de Cabelo

Todas as amostras foram submetidas a uma sequecircncia de etapas de lavagem de 10

minutos cada utilizando acetona e aacutegua deionizada (Figura 16) Em seguida foram colocadas

para secar agrave temperatura ambiente de acordo com o procedimento recomendado pela Agecircncia

Internacional de Energia Atocircmica (IAEA) [5]

Figura 16 Lavagem das amostras de cabelo

As amostras analisadas por XRF foram colocadas diretamente no suporte do

equipamento Os fios foram colocados de maneira a se obter a superfiacutecie do porta-amostra

totalmente coberta pelo cabelo a qual em seguida foi coberta por um filme (Ultralenereg 4

microm de espessura) (Figura 17) Para a anaacutelise com o RBS o cabelo foi aderido ao suporte do

porta-amostra com o auxiacutelio de uma fita dupla face de carbono puro (Figura 18)

Figura 17 Amostra de cabelo em porta-amostra do equipamento de Fluorescecircncia de

Raios X

Figura 18 Amostra de cabelo no porta-amostra do equipamento de Espectrometria de

Retroespalhamento Rutherford

43 Paracircmetros Instrumentais

Anaacutelises semiquantitativas de XRF dos elementos presentes no cabelo foram

realizadas no Laboratoacuterio de Impacto de Foacutetons e Eleacutetrons (LIFE) na Universidade Federal do

Rio de Janeiro (UFRJ) Utilizou-se o Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios-X S8 TIGER

ndash BRUKER (Figura 19) na faixa de energia de 05 a 56 keV acircnodo de Rh trabalhando com 1

kW de potecircncia com uma janela de Be de 76 microm atraveacutes do software Quant-Express no

meacutetodo Best Detection O tempo de aquisiccedilatildeo para cada amostra foi de aproximadamente 20

minutos

Os dados por RBS foram realizados no Laboratoacuterio de Implantaccedilatildeo Iocircnica na

Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) Utilizou-se um acelerador de iacuteons

Tandetron - HVEE 3 MV (Figura 20) usando 2000 keV de iacuteons He+ incidentes e detecccedilatildeo de

partiacuteculas retroespalhadas a 165deg

Figura 19 Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X - S8 TIGER - BRUKER

Figura 20 Acelerador de iacuteons Tandetron - HVEE 3 MV onde foi feita a anaacutelise por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford

50 RESULTADOS E DISCUSSOtildeES

51 Anaacutelise por XRF

O espectro completo de XRF da amostra 2 referente ao cabelo de uma pessoa que

ingere aacutegua de poccedilo eacute mostrado na Figura 21 conforme obtido diretamente do equipamento

Eacute possiacutevel identificar as linhas de excitaccedilatildeo do Rh e as linhas de espalhamento Compton e

Rayleigh Os espectros ampliados somente na regiatildeo de interesse com as linhas de

fluorescecircncia Kα e Kβ atribuiacutedas agrave maioria dos elementos (exceto para o chumbo em que se

detectam as linhas Lα e Lβ) e sem as linhas de Rh de todas as amostras analisadas encontram-

se nos ANEXOS III e IV Os elementos analisados e a energia de suas linhas de emissatildeo de

fluorescecircncia Kα e Kβ satildeo apresentados na Tabela 4

Figura 21 Espectro de Fluorescecircncia de Raios X completo da amostra 2

Tabela 4 Energia em keV das principais linhas de emissatildeo de raios x dos elementos

analisados Adaptado de [26]

Os elementos observados e as concentraccedilotildees semiquantitativas das amostras de

cabelo das pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo e das amostras de cabelo das pessoas que

ingerem aacutegua distribuiacuteda pela CEDAE satildeo apresentados respectivamente nas Tabelas 5 e 6

Kα Kβ

Al 1487 1557

Si 1740 1836

P 2014 2139

S 2308 2464

Cl 2622 2816

Ca 3692 4013

Mn 5899 6490

Fe 6404 7058

Cu 8048 8905

Zn 8639 9572

Pb (Linhas Lα e Lβ) 10552 12614

Elementos

Analisados

Energia (keV) das Linhas de

Emissatildeo de Raios X

Tabela 5 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (1 a 8) que

ingerem aacutegua de poccedilo As concentraccedilotildees dos elementos foram normalizadas de modo que a

soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da matriz orgacircnica em conjunto

seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo ldquoa b c drdquo correlacionam a amostra

de cabelo com o poccedilo do qual o indiviacuteduo ingere aacutegua

1 2 3 4 5 6 7 8

Al 002 003 003 34 ppm natildeo det 006 natildeo det 001

Si 001 54 ppm 006 46 ppm 005 002 002 54 ppm

P 003 003 54 ppm 002 001 46 ppm natildeo det 004

S 117 071 115 118 166 135 151 098

Cl 003 65 ppm 002 002 natildeo det 003 natildeo det 61 ppm

Ca 003 003 80 ppm 002 004 002 008 008

Mn 73 ppm 78 ppm 58 ppm 10 ppm natildeo det 91 ppm natildeo det 54 ppm

Fe 001 001 92 ppm 29 ppm 38 ppm 001 27 ppm 83 ppm

Cu 44 ppm 41 ppm 46 ppm 31 ppm natildeo det 44 ppm 37 ppm 36 ppm

Zn 77 ppm 002 91 ppm 82 ppm 41 ppm 92 ppm 40 ppm 98 ppm

Pb 10 ppm 9 ppm 12 ppm 10 ppm natildeo det 10 ppm natildeo det 9 ppm

a b c d

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Elementos

Tabela 6 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (9 a 16)

que ingerem aacutegua tratada e distribuiacuteda pela CEDAE As concentraccedilotildees dos elementos foram

normalizadas de modo que a soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da

matriz orgacircnica em conjunto seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo

9 10 11 12 13 14 15 16

Al 001 36 ppm natildeo det 002 61 ppm 90 ppm 002 natildeo det

Si natildeo det 35 ppm natildeo det 40 ppm 79 ppm 60 ppm natildeo det natildeo det

P 003 34 ppm 003 002 natildeo det 46 ppm natildeo det 41 ppm

S 111 106 116 152 136 145 155 128

Cl 52 ppm 001 002 003 004 005 014 009

Ca 006 004 002 002 001 001 001 001

Mn 51 ppm 9 ppm 32 ppm natildeo det 24 ppm 57 ppm natildeo det 30 ppm

Fe 82 ppm 30 ppm 57 ppm 56 ppm 59 ppm 90 ppm 52 ppm 54 ppm

Cu 31 ppm 51 ppm 28 ppm 27 ppm 31 ppm 44 ppm 14 ppm 29 ppm

Zn 001 001 92 ppm 86 ppm 001 001 42 ppm 001

Pb natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det

Elementos

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

Na anaacutelise semiquantitativa por XRF pode-se verificar a presenccedila de elevadas

concentraccedilotildees de enxofre o que jaacute era esperado visto que este elemento faz parte da estrutura

da cisteiacutena o aminoaacutecido em maior quantidade na composiccedilatildeo do cabelo

Os elementos Ca Zn e Fe foram detectados em todas as amostras dos dois grupos O

Ca aparece na maior parte das amostras em concentraccedilotildees da ordem de enquanto que o Zn

e o Fe da ordem de ppm Os elementos Al P Mn Cl Si e Cu aparecem na maioria das

amostras em ambos os grupos No entanto o Pb foi observado em concentraccedilotildees da ordem de

ppm somente em amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo

Para as amostras 5 7 e 15 utilizou-se um porta amostra com maacutescara de 8 mm de

diacircmetro ao inveacutes da maacutescara de 34 mm utilizada para as outras amostras devido a pouca

quantidade de cabelo coletado Agrave vantagem de poder utilizar menos amostra com a maacutescara

de 8 mm contrapotildee-se um aumento do ruiacutedo de fundo e a consequente perda da sensibilidade

na anaacutelise Tal fato pode provavelmente justificar a quantidade menor de elementos

observados nessas amostras em comparaccedilatildeo com as demais incluindo a ausecircncia do elemento

chumbo nas amostras 5 e 7 jaacute que o mesmo aparece nas amostras 6 e 8 das pessoas que

bebem a mesma aacutegua dos poccedilos c e d respectivamente

52 Anaacutelise por RBS

Apresenta-se na Figura 22 o espectro de RBS da amostra 2 adquirido durante 8

horas de anaacutelise e apoacutes tratamento dos dados atraveacutes do programa computacional OriginPro 8

Duas ampliaccedilotildees (I e II) nas regiotildees de mais alta energia satildeo apresentadas nas Figuras 23 e

24 Observou-se a presenccedila dos elementos C N O Si S Cl Ti Cu Zn e Pb

As energias dos iacuteons He+ retroespalhados a partir da interaccedilatildeo com os nuacutecleos de Pb

e Hg satildeo muito proacuteximas tornando difiacutecil a resoluccedilatildeo dos sinais No entanto o Hg natildeo foi

observado em nenhuma das amostras por XRF enquanto o Pb pode ser detectado claramente

Conclui-se portanto que o degrau no espectro eacute correspondente ao Pb

Utilizando-se o caacutelculo da seccedilatildeo de choque de espalhamento Rutherford foi possiacutevel

obter uma anaacutelise quantitativa relativa da amostra 2 Para isso foi escolhido o enxofre como

elemento padratildeo devido ao fato do S estar presente em todas as amostras de cabelo e ser

facilmente detectaacutevel por ambas as teacutecnicas Para cada aacutetomo de S na amostra de cabelo as

seguintes proporccedilotildees atocircmicas foram obtidas 115 x 102 C 274 x 10

1 N 157 x 10

1 O 479 x

10-1

Si 641 x 10-1

Cl 454 x 10-2

Ti 162 x 10-2

Cu 265 x 10-2

Zn e 504 x 10-4

Pb

Figura 22 Espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da amostra 2

(grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 23 Ampliaccedilatildeo I do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 24 Ampliaccedilatildeo II do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

60 CONCLUSOtildeES

As teacutecnicas de XRF e RBS mostraram-se eficientes e complementares na

determinaccedilatildeo de vaacuterios elementos presentes em amostras de cabelo humano Atraveacutes das duas

teacutecnicas foi possiacutevel detectar de forma semiquantitativa a presenccedila de elementos desde o Al

ateacute o Pb Por RBS tambeacutem foram detectados elementos mais leves como C N e O A

utilizaccedilatildeo conjunta das duas teacutecnicas permitiu a identificaccedilatildeo inequiacutevoca de Pb no espectro de

RBS

Eacute evidente que as concentraccedilotildees dos elementos nas amostras de cabelo dependem de

diversos fatores tais como o tipo de alimentaccedilatildeo idade sexo ambiente em que o indiviacuteduo

vive e podem ser provenientes de meios exoacutegenos e endoacutegenos Entretanto considerando o

natildeo aparecimento do Pb em nenhuma das amostras de cabelo das pessoas que ingerem aacutegua

distribuiacuteda pela CEDAE aleacutem das anaacutelises preacutevias da aacutegua dos poccedilos da aacuterea em estudo eacute

possiacutevel afirmar que existe uma elevada possibilidade da aacutegua de poccedilo estaacute atuando como

uma fonte de contaminaccedilatildeo de Pb para as pessoas Como o Pb eacute um elemento toacutexico com

propriedade de bioacumulaccedilatildeo sua presenccedila pode gerar danos irreversiacuteveis aos organismos

vivos

70 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS

Como sugestotildees deste estudo podemos indicar

Realizar uma anaacutelise quantitativa de um nuacutemero mais amplo de amostras

Efetuar uma comparaccedilatildeo com materiais de referecircncia certificados a fim de

determinar com um grau de confiabilidade mais elevado se as quantidades de

chumbo detectadas nas amostras de cabelo estatildeo acima do intervalo de valores

considerados aceitaacuteveis

80 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

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Universidade de Satildeo Paulo - USP Satildeo Paulo 2008

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paraiba-do-sul-paraibuna-chega-ao-volume-morto-pela-primeira-vez-gt Acesso em 30 de

julho de 2015

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raios-x PUC-Rio ndash Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em

lthttpwwwmaxwellvracpuc-riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 30 de julho de 2015

[21] TASCH P DAMIANI F OLIVEIRA L C M IE - 607A Teacutecnicas de anaacutelise e

caracterizaccedilatildeo de materiais Universidade Estadual de Campinas ndash UNICAMP Campinas

2000

[22] FILHO V F N Teacutecnicas analiacuteticas nucleares de Fluorescecircncia de Raios ndashX por

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ndash USP Satildeo Paulo 1999

[23] PERDONAacute C R Introduccedilatildeo a espectrometria de Fluorescecircncia de Raios-X Manual

Teacutecnico ndash BRUKER 2014

[24] O espectrocircmetro de fluorescecircncia de raios-x Thermo ARL 9900 PUC-Rio ndash

Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em lthttpwwwmaxwellvracpuc-

riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 08 de agosto de 2015

[25] KRUG C Superfiacutecies porosas recobertas com metalocenos anaacutelise multivariada

envolvendo caracterizaccedilatildeo com feixe de iacuteons Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Fiacutesica Instituto

de Fiacutesica Universidade Federal do Rio Grande do Sul ndash UFRGS Porto Alegre 2000

[26] TABACNIKS M H Anaacutelise de filmes finos por PIXE e RBS Instituto de Fiacutesica da

Universidade de Satildeo Paulo Disponiacutevel em ltwww2ifuspbr~lamfipixeamprbspdfgt Acesso

em julho de 2015

[27] ALMEIDA C R Efeito de tratamentos teacutermico e quiacutemico de aerogeacuteis de oacutexido de

estanho Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Engenharia Eleacutetrica Universidade Federal de Santa

Catarina Florianoacutepolis 2013

[28] ATTWOOD D T HENKE B L et al X-Ray Data Booklet Lawrence Berkeley

Laboratory University of California Berkeley California 1986

ANEXO I

MODELO DO QUESTIONAacuteRIO PREENCHIDO ANTES DA COLETA DAS AMOSTRAS

DE CABELO

Coacutedigo da amostra

Nome

Idade (anos)

Endereccedilo

Fuma Sim ( ) Natildeo ( )

Ingere aacutegua de que tipo (poccedilo CEDAE) Poccedilo ( ) CEDAE ( )

Fez algum tipo de tratamento quiacutemico no cabelo

(coloraccedilatildeo alisamento etc)Sim ( ) Natildeo ( )

Qual Quando foi a uacuteltima vez

Esteve bem de sauacutede nos uacuteltimos 6 meses Sim ( ) Natildeo ( )

Data da coleta

Responsaacutevel pela coleta

COLETA DE AMOSTRA DE CABELO

ANEXO II

INFORMACcedilOtildeES ADICIONAIS SOBRE OS DOADORES E AS AMOSTRAS DE

CABELO COLETADAS

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

1 Feminino 62 Cacheado Castanho Escuro

2 Feminino 27 Cacheado Castanho Escuro

3 Feminino 17 Liso Castanho Escuro

4 Feminino 10 Cacheado Castanho Escuro

5 Feminino 58 Liso Castanho Escuro

6 Feminino 7 Cacheado Castanho Escuro

7 Masculino 17 Liso Castanho Claro

8 Feminino 39 Liso Castanho Escuro

Pessoas que Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

9 Feminino 41 Cacheado Castanho Escuro

10 Feminino 17 Ondulado Castanho Claro

11 Masculino 1 Cacheado Castanho Escuro

12 Feminino 11 Liso Castanho Escuro

13 Masculino 21 Liso Castanho Escuro

14 Masculino 42 Cacheado Preto

15 Masculino 6 Liso Preto

16 Masculino 14 Liso Preto

Pessoas que Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

ANEXO III

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DE POCcedilO (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 1

Amostra 2

Amostra 3

Amostra 4

Amostra 5

Amostra 6

Amostra 7

Amostra 8

ANEXO IV

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DISTRIBUIacuteDA PELA CEDAE (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 9

Amostra 10

Amostra 11

Amostra 12

Amostra 13

Amostra 14

Amostra 15

Amostra 16

Page 20: Dissertação Priscilla Velasco da Paixão

Teloacutegeno ocorre a queda do fio iniciando o crescimento de outro fio atraveacutes de um

foliacuteculo novo que surge no mesmo local [1214]

Figura 2 Esquema das fases de crescimento do cabelo

Fonte httpltwwwtratamentocalviciecombrartigo_02phpgt Acesso em 30072015

A α-queratina eacute uma proteiacutena que apresenta uma estrutura secundaacuteria (α-heacutelice) em

um arranjo helicoidal estabilizado por pontes de hidrogecircnio (Figura 3) e eacute responsaacutevel por dar

sustentaccedilatildeo ao cabelo Ela fica imersa na matriz e eacute composta por uma sequecircncia de

aminoaacutecidos (Tabela 1) sendo a cisteiacutena o principal desses

Figura 3 Estrutura secundaacuteria (α-heacutelice) da α-queratina

Fonte httpltwwwslideplayercombrgt Acesso em 27092015

Tabela 1 Composiccedilatildeo de aminoaacutecidos no cabelo normal Fonte [15]

Ligaccedilotildees quiacutemicas cruzadas entre as cadeias polimeacutericas de α-queratina formam

pontes dissulfeto (-S-S-) que datildeo origem aos resiacuteduos de cistina (Fig4) Como estatildeo em

grande quantidade na composiccedilatildeo do cabelo formam uma rede de alta resistecircncia e datildeo o

formato ao fio A reduccedilatildeo dessas ligaccedilotildees causa mudanccedilas nas propriedades mecacircnicas do fio

Cortes histoloacutegicos evidenciaram elevada atividade de metais pesados na α-queratina [114]

Aminoaacutecido Quantidade Residual ()

Aacutecido Aspaacutertico 49

Aacutecido Glutacircmico 114

Alanina 46

Arginina 58

Cisteiacutena 178

Fenilalanina 16

Glicina 64

Histidina 09

Isoleucina 26

Leucina 58

Lisina 27

Metionina 06

Prolina 84

Serina 117

Tirosina 2

Treonina 68

Valina 58

Figura 4 Estrutura da Cisteiacutena e da Cistina Reaccedilatildeo de oxi-reduccedilatildeo formando a ponte

dissulfeto Adaptado de httpltbiocienciascpoblogspotcombr201211resumo-

proteinashtmlgt

A incorporaccedilatildeo de elementos ao cabelo pode ocorrer por dois meios exoacutegeno e

endoacutegeno A incorporaccedilatildeo endoacutegena ocorre no primeiro estaacutegio de crescimento do fio onde o

foliacuteculo capilar encontra-se em contato com as glacircndulas secretoras e vasos sanguiacuteneos

Assim os elementos quiacutemicos que circulam no organismo atraveacutes dos fluidos podem

incorporar-se ao cabelo Estima-se que o periacuteodo entre a absorccedilatildeo pelo indiviacuteduo e a

incorporaccedilatildeo de elementos no cabelo seja de 30 dias Um modelo mais simples sugere que a

incorporaccedilatildeo endoacutegena ocorra de forma passiva isto eacute por difusatildeo [1] Os metais ligam-se

aos aminoaacutecidos atraveacutes de seus grupos funcionais como sulfidrila (-SH) amina (-NH2)

hidroxila (-OH) e carboxila (-COOH) nos quais a forccedila destas ligaccedilotildees dependeraacute da

estrutura eletrocircnica externa do metal [14]

Na incorporaccedilatildeo exoacutegena os elementos quiacutemicos satildeo levados ao cabelo por fatores

externos como aacutegua poeira fumaccedila cosmeacuteticos entre outros Os elementos podem ligar-se agrave

cutiacutecula do fio capilar principalmente se as cutiacuteculas estiverem danificadas [14]

32 Elementos Essenciais e Natildeo Essenciais e a Sauacutede Humana

Os elementos traccedilos podem ser divididos em essenciais e natildeo essenciais de acordo

com a importacircncia nutricional e a influecircncia no organismo dos seres vivos Os elementos

traccedilo essenciais satildeo considerados beneacuteficos e indispensaacuteveis para os seres vivos dentro de

uma faixa especiacutefica de concentraccedilatildeo Na Tabela 2 estatildeo listados os elementos traccedilo

essenciais e suas respectivas funccedilotildees bioloacutegicas [214]

Tabela 2 Elementos traccedilo essenciais e algumas de suas funccedilotildees bioloacutegicas

Adaptado de [14 16]

B Previne a osteoporose em mulheres na fase poacutes-menopausa

CaImportante na coagulaccedilatildeo sanguinea na contraccedilatildeo muscular transmissatildeo nervosa e

formaccedilatildeo de ossos e dentes

Cl Presente no suco gaacutestrico manteacutem o equilibrio hidrico e de eletroacutelitos

Co Constituinte da vitamina B12

Cr Importante no metabolismo da glicose

Cu Cofator em enzimas redox e no transporte de O2

F Prevenccedilatildeo das patologias bucodentaacuteria e oacutessea atua tambeacutem nos tecidos celulares

Fe Cofator em muitas enzimas e proteiacutenas heme

IPresente na estrutura de dois fatores hormonais da glacircndula tireoacuteide (tiroxina e

triiodotiroxina)

KImportante na regulaccedilatildeo da atividade neuromuscular crescimento celular e equiliacutebrio

osmoacutetico

MgRegula diversas reaccedilotildees enzimaacuteticas e age sobre as trocas iocircnicas da membrana

celular

MnCofator em muitas enzimas auxilia na reduccedilatildeo de accedilucar no sangue e a regular o

funcionamento do sistema reprodutivo

Elementos Essenciais e suas Funccedilotildees Bioloacutegicas

Os elementos traccedilo natildeo essenciais satildeo aqueles que natildeo apresentam nenhuma funccedilatildeo

no metabolismo das espeacutecies animais e vegetais e quando estatildeo em alta concentraccedilatildeo podem

provocar efeitos negativos ao organismo dos seres vivos Na Tabela 3 estatildeo listados alguns

elementos traccedilo natildeo essenciais e suas toxicidades [214]

Mo Cofator em enzimas que metabolizam os aminoaacutecidos metionina e cistina

NaAtua no controle osmoacutetico volume plasmaacutetico transmissatildeo de impulsos nervosos e

controle da contraccedilatildeo muscular

Ni A essencialidade eacute provaacutevel mas ainda natildeo estaacute estabelecida

PAtua na formaccedilatildeo dos ossos e dentes participa da estrutura das membranas

celulares e do processo de absorccedilatildeo renal da glicose

SParticipa da construccedilatildeo das proteiacutenas e no metabolismo energeacutetico faz parte de

algumas vitaminas (tiamina e biotina)

SeParticipaccedilatildeo na siacutentese de hormocircnios tireoideanos na accedilatildeo antioxidante e eacute cofator

em enzimas

Si Atua na estrutura da derme promovendo sua elasticidade

Sn A essencialidade eacute provaacutevel mas ainda natildeo estaacute estabelecida

V A essencialidade eacute provaacutevel mas ainda natildeo estaacute estabelecida

ZnCofator em algumas enzimas e na insulina tambeacutem exerce influecircncia no metabolismo

dos aacutecidos nucleiacutecos

Tabela 3 Elementos traccedilo natildeo essenciais e suas toxicidades Adaptado de [14]

Os termos macrominerais e microminerais (ou elementos-traccedilo) tambeacutem satildeo muito

utilizados no meio cientiacutefico principalmente na aacuterea de nutriccedilatildeo Os macrominerais satildeo

aqueles elementos encontrados em altas concentraccedilotildees nas amostras geralmente acima de

1 ou cuja necessidade diaacuteria no organismo seja maior que 100 mg No cabelo satildeo

considerados macrominerais por exemplo Ca P S Mg Na K e Cl Jaacute os microminerais satildeo

aqueles encontrados em baixas concentraccedilotildees na amostra (ppm ou ppb) ou cuja necessidade

no organismo seja inferior a 100 mg por dia No cabelo podem ser citados os seguintes

microminerais Fe Zn Cu Mn I Cr Se F Co Ni Si e Mo [114]

33 Abastecimento de Aacutegua na Regiatildeo de Amostragem

No Estado do Rio de Janeiro a captaccedilatildeo tratamento aduccedilatildeo e distribuiccedilatildeo das redes

de aacutegua ficam a cargo da CEDAE ndash Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos No presente

momento a CEDAE abastece cerca de 9 milhotildees de pessoas em 64 dos 92 municiacutepios do

Estado sendo Duque de Caxias um desses [17]

O abastecimento de aacutegua pela CEDAE na cidade de Duque de Caxias nunca ocorreu

de forma contiacutenua e natildeo haacute garantia da manutenccedilatildeo da qualidade da aacutegua ateacute a chegada ao

Al

Causa ao organismo anemia enfraquecimento dos ossos e muacutesculos

dificuldade no metabolismo do caacutelcio alteraccedilotildees hepatoloacutegicas e

renais dores de cabeccedila e nervosismo

AsInterrompe a expressatildeo de diversos genes em especial aqueles que

participam das vias de transduccedilatildeo de sinal

CdOcasiona perda de peso hemorragia danos ao sistema respiratoacuterio

hepatoloacutegico e renal

PbGera alteraccedilotildees cardiovasculares gastrointestinais hematoloacutegicas

renais neuroloacutegicas e imunoloacutegicas

Elementos Natildeo Essenciais e suas Toxicidades

consumidor Segundo dados do CENSO-2010 dos 269353 domiciacutelios estabelecidos no

municiacutepio de Duque de Caxias apenas 63 alegaram receber aacutegua de redes de distribuiccedilatildeo

[18] Diante do cenaacuterio atual em que o Sudeste vive a maior crise hiacutedrica dos uacuteltimos cem

anos devido agrave escassez de chuvas os reservatoacuterios que abastecem o estado do Rio de Janeiro

encontram-se em niacuteveis muito baixos e alguns deles chegaram ao volume morto (reserva

teacutecnica) Com isso o abastecimento de aacutegua para a populaccedilatildeo estaacute a cada dia mais escasso

Na Figura 5 apresenta-se uma foto da situaccedilatildeo do maior reservatoacuterio da Bacia do Rio Paraiacuteba

do Sul (em fevereiro deste ano) Este reservatoacuterio alimenta a Estaccedilatildeo de Tratamento de Aacutegua

do Guandu que por sua vez eacute responsaacutevel pelo abastecimento de toda a Regiatildeo Metropolitana

do Rio de Janeiro [19]

Figura 5 Reservatoacuterio Paraibuna localizado na Bacia do Rio Paraiacuteba do Sul apoacutes estiagem dos uacuteltimos anos

Na foto o reservatoacuterio estaacute com -056 da capacidade (volume morto) 03022015 Fonte http

ltogloboglobocomrionivel-de-reservatorios-do-rio-paraiba-do-sul-apresentam-leve-melhora-apos-chuvas-

fortes-15229418gt Acesso em 30072015

Devido aos fatores mencionados aliados agrave facilidade de manutenccedilatildeo e ao baixo custo

de perfuraccedilatildeo a utilizaccedilatildeo de aacutegua de poccedilo subterracircneo (Figura 6) eacute cada vez mais requisitada

para suprir as carecircncias de abastecimento No Brasil o aquiacutefero subterracircneo abastece cerca de

19 do total dos domiciacutelios particulares enquanto que no municiacutepio de Duque de Caxias este

percentual atinge os 35 segundo o CENSO-2010 [18]

Figura 6 Poccedilo subterracircneo em Duque de Caxias

34 Fluorescecircncia de Raios X - Teoria

A Espectroscopia de Fluorescecircncia de Raios X eacute uma teacutecnica natildeo destrutiva que

permite a identificaccedilatildeo simultacircnea (qualitativa e quantitativa) de elementos presentes em uma

amostra A teacutecnica baseia-se no fato dos elementos quiacutemicos emitirem radiaccedilotildees

caracteriacutesticas quando submetidos a uma excitaccedilatildeo adequada [20-23]

As amostras satildeo irradiadas com foacutetons (feixe de raios x) gerados por uma fonte Esse

feixe de raios x primaacuterio possui energia suficiente para ejetar eleacutetrons de camadas internas do

aacutetomo (camadas com maior energia de ligaccedilatildeo) transferindo energia para este eleacutetron que eacute

ejetado como fotoeleacutetron O aacutetomo fica instaacutevel (excitado) com uma vacacircncia na camada

interna Com o intuito de diminuir a energia do sistema eleacutetrons de outras camadas

preenchem essa lacuna A diferenccedila de energia entre os niacuteveis da transiccedilatildeo eletrocircnica eacute

liberada atraveacutes da emissatildeo de um foacuteton de raios x (fluorescecircncia ou raio x secundaacuterio) que

tem energia caracteriacutestica para cada elemento como ilustrado na Figura 7 A energia do raio x

caracteriacutestico eacute fornecida pela Equaccedilatildeo 1 [20-23]

Ex = Eni - Enf (Eq1)

Onde

Ex = energia do raio x caracteriacutestico emitido

Eni Enf = energia dos estados eletrocircnicos inicial e final respectivamente

Figura 7 Esquema do princiacutepio da Fluorescecircncia de Raios X

Fonteltwwwshimadzucombrgt Acesso em 30072015

A radiaccedilatildeo caracteriacutestica eacute nomeada de acordo com o niacutevel de onde se apresenta a

vacacircncia (K L M) e de qual niacutevel (α β) e subniacutevel (1 2) proveacutem o eleacutetron que iraacute

ocupar essa lacuna Por exemplo a vacacircncia originada na camada K pode ser preenchida por

eleacutetrons de dois subniacuteveis da camada L o que origina as linhas espectrais Kα1 e Kα2 Se a

vacacircncia da camada K fosse ocupada por um eleacutetron da M teria-se o Kβ e assim por diante

[23]

Com isso os elementos em uma amostra podem ser identificados atraveacutes da medida

do comprimento de onda (ou energia) dessas radiaccedilotildees caracteriacutesticas e as concentraccedilotildees

mensuradas pela intensidade dessas radiaccedilotildees [2123]

Quando um feixe de raios x incide sobre um determinado material diversas formas

de interaccedilatildeo entre a radiaccedilatildeo e a mateacuteria podem ocorrer tais como o Efeito Auger e os

espalhamentos Rayleigh e Compton [20-23]

O processo de relaxaccedilatildeo natildeo-radiativa ou Efeito Auger ocorre quando o aacutetomo

excitado emite um eleacutetron (eleacutetron Auger) ao inveacutes do processo de fluorescecircncia (Figura 8)

Esses dois processos de relaxaccedilatildeo do sistema satildeo concorrentes e a predominacircncia de um ou de

outro depende do numero atocircmico O Efeito Auger prevalece em elementos com baixo

nuacutemero atocircmico (Zlt20) [21]

Figura 8 Efeito Auger [20]

O fenocircmeno de espalhamento de raios x eacute importante em espectroscopia pois eacute

responsaacutevel pela intensidade da radiaccedilatildeo de fundo (background) presente em uma

determinada medida Ele eacute a soma dos efeitos de dois fenocircmenos o espalhamento coerente

elaacutestico ou Rayleigh no qual os raios x primaacuterios satildeo defletidos sem perda de energia isto eacute

sem alteraccedilatildeo no comprimento de onda (λ) e o espalhamento incoerente inelaacutestico ou

Compton no qual foacutetons de raios x primaacuterio satildeo defletidos com perda de energia e com

ejeccedilatildeo de um fotoeleacutetron (Figura 9) [21]

Figura 9 Espalhamento Compton e Rayleigh [21]

35 Fluorescecircncia de Raios X - Instrumentaccedilatildeo

Na Figura 10 pode ser observado um esquema com os principais componentes do

espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X por Dispersatildeo de Comprimento de Onda

(WDXRF - Wavelength Dispersive X-ray Fluorescence) utilizado neste trabalho Suas

funccedilotildees seratildeo descritas em seguida [23]

Figura 10 Instrumentaccedilatildeo do Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X por Dispersatildeo de

Comprimento de Onda - S8 TIGER - BRUKER [23]

Tubo de Raios X

A radiaccedilatildeo incidente eacute produzida em um tubo de raios x consistindo em uma ampola

de vidro ou de metal sob alto vaacutecuo com um filamento de tungstecircnio em uma extremidade

denominado caacutetodo e um alvo de metal na outra extremidade denominado acircnodo

O filamento eacute aquecido por uma corrente eleacutetrica e emite eleacutetrons (emissatildeo

termiocircnica) Os eleacutetrons satildeo acelerados rumo a um acircnodo (alvo) empregando-se uma

diferenccedila de potencial (10-70 kV) Raios x primaacuterios satildeo produzidos quando esses eleacutetrons

com alta velocidade colidem com o material alvo Com o impacto a maior parte da energia

cineacutetica dos eleacutetrons eacute convertida em calor exigindo que o acircnodo seja resfriado de forma

eficiente Apenas uma pequena parte (02-05 dependendo do tipo do alvo) da energia

eletrocircnica eacute convertida em raios x uacuteteis

Essa radiaccedilatildeo consiste em um Contiacutenuo ou Bremsstrahlung e linhas de raios x

caracteriacutesticas do material alvo (aleacutem de linhas caracteriacutesticas de quaisquer contaminantes

presentes) Assim o espectro primaacuterio de um tubo de raios x convencional consiste em linhas

caracteriacutesticas do material do acircnodo (por exemplo Rh) superpostas a um contiacutenuo de

radiaccedilatildeo

Os tubos de raios x satildeo geralmente isolados atraveacutes de uma janela de beriacutelio pois

esse elemento apresenta baixa absorccedilatildeo de raios x e alta resistecircncia mecacircnica para suportar as

diferenccedilas de pressatildeo

Filtros do Feixe Primaacuterio

O espectro primaacuterio pode natildeo conter apenas as linhas do elemento-alvo mas tambeacutem

as linhas de impurezas como Fe Cr ou Cu presentes em vaacuterias partes do tubo Desta forma o

niacutevel de fundo (background) na posiccedilatildeo desses elementos no espectro pode ser elevado

Filtros de feixe primaacuterio satildeo utilizados para filtrar as linhas caracteriacutesticas do tubo se

o mesmo elemento estiver presente na amostra ou se houver sobreposiccedilatildeo por uma linha do

tubo em linhas de elementos da amostra No equipamento em que foram feitas as anaacutelises satildeo

utilizados (automaticamente) os filtros de Cu de 200 microm de espessura e o de Al de 500 microm de

espessura

Maacutescara

Delimita a aacuterea da amostra que seraacute irradiada

Selo de vaacutecuo (Vacuum seal )

Protege o sistema de detecccedilatildeo dos foacutetons de raios x de qualquer vazamento de

amostra

Goniocircmetro

Em equipamentos de dispersatildeo sequencial empregam-se uma ldquogeometria do feixe

paralelordquo ou uma ldquogeometria de cristal planardquo permitindo que os acircngulos do cristal e do

detector sejam selecionados por um aparelho chamado goniocircmetro

O goniocircmetro eacute uma estrutura de rotaccedilatildeo que permite que o cristal e o detector

possuam um movimento angular acoplado θ a 2θ entre eles

Colimador

Colima o feixe divergente de raios x emitido pela amostra Satildeo normalmente feitos

de uma seacuterie de lacircminas paralelas O comprimento e o espaccedilamento entre as lacircminas

determinam a divergecircncia angular admitida pelo colimador Essa divergecircncia angular

juntamente com o cristal determina a resoluccedilatildeo final do espectro

Pode-se melhorar a resoluccedilatildeo fechando o colimador para minimizar a divergecircncia

Poreacutem com isso a intensidade tambeacutem diminui Assim torna-se necessaacuterio um equiliacutebrio

entre a resoluccedilatildeo final (necessaacuteria para evitar sobreposiccedilotildees espectrais importantes) e a

sensibilidade (relacionada com a intensidade)

Cristal

Separa os vaacuterios comprimentos de onda emitidos pela amostra A lei de Bragg

(equaccedilatildeo 2) propotildee que se um plano cristalino tiver um espaccedilamento interplanar (d) refletindo

um comprimento de raios x (λ) essa onda difere em caminho percorrido por uma distacircncia

(2dsenθ) da onda refletida pelo plano adjacente Quando esse caminho percorrido difere por

um nuacutemero inteiro de comprimento de onda tem-se uma interferecircncia construtiva e os raios x

refletidos satildeo reforccedilados Caso contraacuterio tem-se uma interferecircncia destrutiva e os raios x

refletidos se anulam A equaccedilatildeo de Bragg (2)

119899120582 = 2119889119904119890119899120579 (Eq 2)

Onde

n = nuacutemero inteiro (1 2 3) chamado Ordem de Difraccedilatildeo

d = espaccedilamento interplanos no cristal utilizado

θ = acircngulo de Bragg ou acircngulo de difraccedilatildeo

λ = comprimento de onda da linha espectral

Dessa forma para um dado plano cristalino e uma dada ordem de difraccedilatildeo cada

comprimento de onda no espectro de XRF incidente eacute difratado em um uacutenico acircngulo O

comprimento de onda maacuteximo que o proacuteprio plano cristalino pode difratar eacute 2d (quando senθ

assume o valor maacuteximo de 1) Portanto eacute necessaacuterio um cristal ou um plano cristalino com

diferentes valores de 2d para cobrir diferentes intervalos de comprimento de onda em toda a

tabela perioacutedica No espectrocircmetro utilizado neste trabalho foram usados os seguintes cristais

XS-55 (multicamada de WSi) do C ateacute o Mg PET (Pentaeritriato) do Al ateacute o Ti e LiF 200

do K ateacute o U

Detector

Converte os foacutetons de raios x em pulsos de tensatildeo mensuraacuteveis Satildeo utilizados dois

detectores para cobrir todos os elementos do Be ao U Detector de fluxo proporcional

(preenchido com Ar) para elementos do Be ao Cr e o detector de cintilaccedilatildeo de NaI(Tl) para

elementos do Mn ao U

Detectores de fluxo proporcional

Satildeo detectores de radiaccedilatildeo que operam a partir da ionizaccedilatildeo de gases Satildeo

constituiacutedos por um conjunto de eletrodos e um gaacutes Quando o gaacutes eacute colocado entre dois

eletrodos aos quais eacute aplicada certa diferenccedila de potencial os caacutetions e eleacutetrons produzidos

pela passagem de radiaccedilatildeo seratildeo atraiacutedos pelos eletrodos de carga oposta e por eles seratildeo

coletados Na regiatildeo de verdadeira proporcionalidade (Equaccedilatildeo 3) a razatildeo entre a carga

coletada pelos eletrodos e a carga gerada pela ionizaccedilatildeo primaacuteria manteacutem-se constante para as

diferenccedilas de potencial (∆V) aplicadas e com um capacitor de capacitacircncia (C)

Quando a radiaccedilatildeo atravessa esse tipo de detector e produz pares iocircnicos (formados

por eleacutetrons e caacutetions do gaacutes) esses caacutetions (ionizaccedilatildeo primaacuteria) satildeo acelerados adquirindo

energia suficiente para produzir novos pares iocircnicos (ionizaccedilatildeo secundaacuteria) por colisatildeo com

moleacuteculas inicialmente neutras do gaacutes Assim haacute uma multiplicaccedilatildeo do nuacutemero de pares

original A carga coletada eacute igual agrave carga produzida pela radiaccedilatildeo (Q) multiplicada por um

fator (M) denominado ldquoganhordquo

∆119881 = (119872119876)

119862 (Eq 3)

Portanto o sinal produzido tem altura proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo incidente

Detectores de cintilaccedilatildeo

O cintilador eacute uma substacircncia soacutelida ou liacutequida na qual a energia de radiaccedilatildeo

incidente eacute transferida aos eleacutetrons do material sendo depois emitida na forma de radiaccedilatildeo

eletromagneacutetica de frequecircncia menor (visiacutevel ou ultravioleta)

O detector de cintilaccedilatildeo utilizado eacute constituiacutedo por um cristal de NaI(Tl) (iodeto de

soacutedio ativado com 1 de iodeto de taacutelio) no qual ocorre a emissatildeo de radiaccedilatildeo de frequecircncia

menor aleacutem de um fotomultiplicador onde essa radiaccedilatildeo luminosa eacute transformada em pulso

eleacutetrico e amplificada

O mecanismo de cintilaccedilatildeo nos cristais inorgacircnicos baseia-se na propriedade dos

semicondutores terem banda de valecircncia e banda de conduccedilatildeo Na banda de valecircncia os

eleacutetrons estatildeo essencialmente ligados aos siacutetios do cristal Jaacute na banda de conduccedilatildeo os

eleacutetrons tecircm energia suficiente para migrar atraveacutes do cristal No cristal puro natildeo satildeo

encontrados eleacutetrons na banda proibida

Ao incidir uma radiaccedilatildeo no cristal pode ocorrer excitaccedilatildeo de eleacutetrons ateacute a banda de

conduccedilatildeo deixando lacunas na banda de valecircncia (normalmente preenchida)

No cristal puro a energia necessaacuteria para formar um par eleacutetronlacuna eacute

aproximadamente a mesma liberada quando esse par se recombina Assim os espectros de

absorccedilatildeo e emissatildeo superpotildeem-se ocorrendo autoabsorccedilatildeo da radiaccedilatildeo luminosa produzida

Se o cristal for ativado a emissatildeo pode ocorrer via um siacutetio do ativador para o qual a energia

de transiccedilatildeo eacute menor do que a necessaacuteria para a criaccedilatildeo do par eleacutetronlacuna Desse modo o

espectro emitido eacute deslocado para comprimentos de onda maiores e natildeo causa nova absorccedilatildeo

No tubo fotomultiplicador converte-se a radiaccedilatildeo de baixa intensidade produzida no

cintilador em um sinal eleacutetrico uacutetil agrave detecccedilatildeo e contagem de radiaccedilatildeo

Analisador de altura de pulso (PHA)

A energia do foacuteton incidente de raios x determina o tamanho do pulso de tensatildeo

produzido pelo detector O analisador de altura de pulso faz uso dessa propriedade a fim de

selecionar apenas um intervalo estreito de pulsos de voltagem rejeitando todos os pulsos com

intensidades fora do intervalo escolhido

Ao final utiliza-se o meacutetodo de integraccedilatildeo dos recebidos em um integrador

eletrocircnico Se N representa o nuacutemero de contagens em um tempo de integraccedilatildeo t segundos

entatildeo a taxa de contagem eacute Nt contagens por segundo (cps)

36 Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford - Teoria

A teacutecnica de RBS consiste em incidir partiacuteculas monoenergeacuteticas de um feixe de iacuteons

(geralmente iacuteons He+) de alta energia em um alvo estacionaacuterio Ao colidirem com os aacutetomos

do alvo as partiacuteculas satildeo elasticamente espalhadas no campo eleacutetrico do nuacutecleo do aacutetomo e

chegam a um detector por um acircngulo de retroespalhamento Na Figura 11 apresenta-se um

esquema de espalhamento elaacutestico [25-27]

Figura 11 Espalhamento elaacutestico em acircngulo de retroespalhamento de um iacuteon de massa M1

por um aacutetomo de massa M2 com M2gtM1 [25]

O detector ao receber as partiacuteculas espalhadas produz um pulso ou sinal que eacute entatildeo

processado por um analisador multicanal e classificado conforme a amplitude que

corresponde a uma escala em energia Como resultado as informaccedilotildees sobre a composiccedilatildeo

elementar do aacutetomo alvo satildeo obtidas a partir de um espectro de contagens em funccedilatildeo da

energia das partiacuteculas retroespalhadas detectadas [25]

O fator cinemaacutetico (K) eacute responsaacutevel pela anaacutelise elementar qualitativa Essa

grandeza depende da razatildeo entre as energias das partiacuteculas incidentes antes (E0) e depois (E)

do espalhamento (Equaccedilatildeo 4)

119870 = 119864

1198640 (Eq 4)

Considerando as conservaccedilotildees de energia e do momentum na colisatildeo elaacutestica obteacutem-

se a relaccedilatildeo entre o fator cinemaacutetico (K) a massa atocircmica da partiacutecula incidente (M1) a massa

atocircmica do aacutetomo alvo (M2) e o acircngulo de espalhamento (θ) (Eq 5)

119870 = [1198721 119888119900119904120579+ (1198722

2minus 11987212 1199041198901198992120579)

12

1198721+ 1198722]

2

(Eq 5)

Os valores de M1 θ e E0 satildeo preacute-fixados conhecendo E determina-se K e por

conseguinte determina-se M2

A Figura 12 apresenta um esquema do espectro de RBS de um filme fino de

composiccedilatildeo geneacuterica AB onde a massa de A eacute maior do que a massa de B depositado em um

substrato C ainda mais leve

Figura 12 Esquema de um espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford de

um filme fino AB sobre um substrato C ainda mais leve [27]

A resoluccedilatildeo em massa da teacutecnica eacute a diferenccedila miacutenima de massa entre dois aacutetomos-

alvo para que sinais resolvidos possam ser observados no espectro A discriminaccedilatildeo em massa

eacute maacutexima para θ = 180deg razatildeo pela qual satildeo utilizados acircngulos elevados experimentalmente

Pode-se melhorar a resoluccedilatildeo em massa na RBS aumentando a energia e a massa dos aacutetomos

incidentes e melhorando a resoluccedilatildeo do sistema de detecccedilatildeo com o cuidado para natildeo degradar

os detectores [25]

Outra grandeza importante em RBS eacute a seccedilatildeo de choque de espalhamento (σ) que eacute

uma medida da probabilidade de ocorrer o espalhamento e que atribui o caraacuteter quantitativo agrave

teacutecnica [25] Considerando um nuacutemero de partiacuteculas espalhadas (H) sobre um detector tem-se

a Equaccedilatildeo 6

119867 = 119876119873119905 ⟨119889120590

119889120570⟩Ω (Eq 6)

Onde

Q = nuacutemero de partiacuteculas que atinge a amostra

N = densidade volumeacutetrica dos aacutetomos alvo

t = espessura do alvo

⟨119889120590

119889120570⟩ = seccedilatildeo de choque meacutedia de espalhamento

Ω = acircngulo soacutelido do detector em relaccedilatildeo ao feixe

Para acircngulos pequenos tem-se ⟨119889120590

119889120570⟩ = (

119889120590

119889120570)120579

= σ (Eq 7)

Logo 119867 = 119876119873119905120590120570 (Eq 8)

Na Equaccedilatildeo 8 conhecendo o nuacutemero de partiacuteculas que atinge o alvo Q e o detector

H pode-se determinar o numero de aacutetomos por unidade de aacuterea da amostra (Nt) desde que se

conheccedila o acircngulo soacutelido de detecccedilatildeo Ω e a seccedilatildeo de choque de espalhamento (σ) Para uma

colisatildeo elaacutestica entre dois aacutetomos com nuacutemeros atocircmicos Z1 e Z2 (do aacutetomo incidente e do

aacutetomo alvo respectivamente) em que a forccedila de interaccedilatildeo eacute a repulsatildeo eletrostaacutetica dos

nuacutecleos a seccedilatildeo de choque de espalhamento diferencial (por unidade de acircngulo soacutelido) eacute dada

pela Foacutermula de Rutherford (Equaccedilatildeo 9)

119889120590

119889120570= (

119885111988521198902

4119864)2

4

1199041198901198994120579

[1minus ((

11987211198722) 119904119890119899120579)

2

]

12

+cos120579

[1minus ((11987211198722)119904119890119899 120579)

2

]

12

2

(Eq 9)

Em siacutentese a razatildeo entre as concentraccedilotildees relativas dos elementos A e B na

superfiacutecie de uma amostra 119873119860119860119861(119909)

119873119861119860119861(119909)

pode ser calculada com o auxiacutelio de um programa

computacional ou atraveacutes da medida de altura dos degraus obtidos no espectro sendo

calculadas com as Equaccedilotildees 10 e 11

(119889120590

119889120570)119861

(119889120590

119889120570)119860

= Ji (Eq 10)

119873119860119860119861(119909)

119873119861119860119861(119909)

= 119867119860119860119861

119867119861119860119861 119869119894 (Eq 11)

37 Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford - Instrumentaccedilatildeo

Na Figura 13 pode ser observado um esquema com os principais componentes da

instrumentaccedilatildeo utilizada em anaacutelises por RBS que seratildeo descritos em seguida de acordo com

o equipamento utilizado para a realizaccedilatildeo deste trabalho e com informaccedilotildees obtidas na

referecircncia [25]

Figura 13 Esquema dos componentes presentes na instrumentaccedilatildeo utilizada em anaacutelises por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford Fonte Adaptado de [25]

O Laboratoacuterio de Implantaccedilatildeo Iocircnica da Universidade Federal do Rio Grande do Sul

possui um acelerador Tandetron equipado com fontes de iacuteons dos tipos sputtering e de

plasma com tecnologia ldquotandemrdquo com 3MV de tensatildeo maacutexima no terminal e cinco estaccedilotildees

experimentais de linhas distintas incluindo a de RBS

Fonte de iacuteons

Fonte de Plasma um gaacutes ou um vapor eacute ionizado por meio de campos

eletromagneacuteticos na faixa de radiofrequecircncia ou ao ser atravessado por corrente eleacutetrica

Fonte de ldquoSputteringrdquo os iacuteons satildeo produzidos por transferecircncia de momentum

quando da colisatildeo de um feixe primaacuterio (geralmente Cs+) com um alvo soacutelido

Aceleradores ldquotandemrdquo

Neste tipo de acelerador iacuteons positivos deixam a fonte passam por uma troca de

carga (com vapor de Liacutetio ou outro elemento eletropositivo) e satildeo conduzidos com carga

negativa ao tubo acelerador onde satildeo atraiacutedos por um terminal positivo No caso dos iacuteons

produzidos serem originalmente negativos a troca de carga eacute suprimida Junto ao terminal

positivo passam por uma seccedilatildeo contendo um gaacutes ou vapor (N2 no presente caso) ou por uma

folha muito fina de carbono para que os iacuteons emergentes tenham perdido os eleacutetrons Com

carga positiva satildeo novamente acelerados agora por repulsatildeo do terminal Diferenccedilas de

potencial da ordem de vaacuterios milhotildees de volts satildeo obtidas utilizando circuitos multiplicadores

de voltagem que multiplicam e retificam a tensatildeo produzida por um transformador Seguindo

o tubo acelerador geralmente encontra-se um segundo eletroiacutematilde que permite direcionar o

feixe de iacuteons para uma das estaccedilotildees experimentais de acordo com as espeacutecies a serem

detectadas (no presente caso partiacuteculas retroespalhadas)

Detectores de estado soacutelido com junccedilotildees p-n obtidas por implantaccedilatildeo iocircnica

A junccedilatildeo p-n sob polarizaccedilatildeo reversa permite a coleta de cargas geradas na

produccedilatildeo de pares eleacutetron-lacuna Esse fenocircmeno ocorre quando um iacuteon atravessa um

semicondutor excitando eleacutetrons da banda de valecircncia para a banda de conduccedilatildeo que entatildeo

satildeo coletados no acircnodo Dessa forma o nuacutemero de eleacutetrons coletados no acircnodo eacute proporcional

ao nuacutemero de pares de eleacutetron-lacuna produzidos o qual eacute proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo

incidente desde que o iacuteon seja totalmente freado dentro do volume ativo do detector

Analisador multicanal (MCA) no modo de anaacutelise de intensidade de pulso

O MCA consta de uma sequecircncia de registradores onde cada pulso de entrada uma

vez digitalizado por um conversor analoacutegico-digital (ADC) eacute analisado com relaccedilatildeo a sua

amplitude (modo PHA) sob o controle de um discriminador Na sequecircncia o canal de

memoacuteria correspondente tem seu conteuacutedo incrementado em uma unidade Com isso

acumulam-se em um canal especiacutefico todos os pulsos de entrada de um pequeno intervalo de

amplitudes ou energias dos iacuteons incidentes Ao final com a soma dos pulsos recebidos em

cada canal obteacutem-se um histograma do nuacutemero de pulsos em funccedilatildeo de suas amplitudes ou

energias dos iacuteons incidentes

40 METODOLOGIA

41 Amostragem

Amostras de cabelo de 16 pessoas foram coletadas Os doadores foram entrevistados

seguindo o questionaacuterio disponiacutevel no ANEXO I e selecionados de acordo com os seguintes

criteacuterios possuiacuterem cabelos virgens (cabelos sem nenhum tipo de tratamento quiacutemico como

coloraccedilotildees tinturas alisantes entre outros) estarem saudaacuteveis serem natildeo fumantes e viverem

na Regiatildeo Metropolitana do Rio de Janeiro As amostras foram divididas em dois grupos de

oito o primeiro de pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo subterracircneo e o segundo com pessoas

que ingerem a aacutegua tratada e distribuiacuteda pela CEDAE

Foram analisadas amostras de cabelo de duas pessoas que consumiam a aacutegua do

mesmo poccedilo isto eacute duas amostras de cada residecircncia totalizando 4 poccedilos diferentes (a b c

d) na localidade Chaacutecaras Arcampo em Duque de Caxias ndash RJ (Figura 14)

Figura 14 Mapa com os pontos de coleta de amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua

de poccedilo em destaque a localizaccedilatildeo das residecircncias com os poccedilos

Fonte Google Earth Acesso em 30072015

As amostras foram coletadas na regiatildeo occipital da cabeccedila (nuca) como visto na

Figura 15 com o auxiacutelio de uma tesoura de accedilo inoxidaacutevel devidamente limpa com etanol

Essa regiatildeo eacute definida como padratildeo por ser menos suscetiacutevel a contaminaccedilatildeo exoacutegena e

tambeacutem por sempre existir cabelo em indiviacuteduos semicalvos [14] Em seguida as amostras

foram catalogadas e armazenadas em sacos plaacutesticos [5] Informaccedilotildees adicionais sobre o sexo

e a idade dos doadores e o tipo e cor das amostras de cabelo coletadas disponiacuteveis no ANEXO

II

Figura 15 Coleta de amostra de cabelo na regiatildeo occipital da cabeccedila

42 Lavagem das Amostras de Cabelo

Todas as amostras foram submetidas a uma sequecircncia de etapas de lavagem de 10

minutos cada utilizando acetona e aacutegua deionizada (Figura 16) Em seguida foram colocadas

para secar agrave temperatura ambiente de acordo com o procedimento recomendado pela Agecircncia

Internacional de Energia Atocircmica (IAEA) [5]

Figura 16 Lavagem das amostras de cabelo

As amostras analisadas por XRF foram colocadas diretamente no suporte do

equipamento Os fios foram colocados de maneira a se obter a superfiacutecie do porta-amostra

totalmente coberta pelo cabelo a qual em seguida foi coberta por um filme (Ultralenereg 4

microm de espessura) (Figura 17) Para a anaacutelise com o RBS o cabelo foi aderido ao suporte do

porta-amostra com o auxiacutelio de uma fita dupla face de carbono puro (Figura 18)

Figura 17 Amostra de cabelo em porta-amostra do equipamento de Fluorescecircncia de

Raios X

Figura 18 Amostra de cabelo no porta-amostra do equipamento de Espectrometria de

Retroespalhamento Rutherford

43 Paracircmetros Instrumentais

Anaacutelises semiquantitativas de XRF dos elementos presentes no cabelo foram

realizadas no Laboratoacuterio de Impacto de Foacutetons e Eleacutetrons (LIFE) na Universidade Federal do

Rio de Janeiro (UFRJ) Utilizou-se o Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios-X S8 TIGER

ndash BRUKER (Figura 19) na faixa de energia de 05 a 56 keV acircnodo de Rh trabalhando com 1

kW de potecircncia com uma janela de Be de 76 microm atraveacutes do software Quant-Express no

meacutetodo Best Detection O tempo de aquisiccedilatildeo para cada amostra foi de aproximadamente 20

minutos

Os dados por RBS foram realizados no Laboratoacuterio de Implantaccedilatildeo Iocircnica na

Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) Utilizou-se um acelerador de iacuteons

Tandetron - HVEE 3 MV (Figura 20) usando 2000 keV de iacuteons He+ incidentes e detecccedilatildeo de

partiacuteculas retroespalhadas a 165deg

Figura 19 Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X - S8 TIGER - BRUKER

Figura 20 Acelerador de iacuteons Tandetron - HVEE 3 MV onde foi feita a anaacutelise por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford

50 RESULTADOS E DISCUSSOtildeES

51 Anaacutelise por XRF

O espectro completo de XRF da amostra 2 referente ao cabelo de uma pessoa que

ingere aacutegua de poccedilo eacute mostrado na Figura 21 conforme obtido diretamente do equipamento

Eacute possiacutevel identificar as linhas de excitaccedilatildeo do Rh e as linhas de espalhamento Compton e

Rayleigh Os espectros ampliados somente na regiatildeo de interesse com as linhas de

fluorescecircncia Kα e Kβ atribuiacutedas agrave maioria dos elementos (exceto para o chumbo em que se

detectam as linhas Lα e Lβ) e sem as linhas de Rh de todas as amostras analisadas encontram-

se nos ANEXOS III e IV Os elementos analisados e a energia de suas linhas de emissatildeo de

fluorescecircncia Kα e Kβ satildeo apresentados na Tabela 4

Figura 21 Espectro de Fluorescecircncia de Raios X completo da amostra 2

Tabela 4 Energia em keV das principais linhas de emissatildeo de raios x dos elementos

analisados Adaptado de [26]

Os elementos observados e as concentraccedilotildees semiquantitativas das amostras de

cabelo das pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo e das amostras de cabelo das pessoas que

ingerem aacutegua distribuiacuteda pela CEDAE satildeo apresentados respectivamente nas Tabelas 5 e 6

Kα Kβ

Al 1487 1557

Si 1740 1836

P 2014 2139

S 2308 2464

Cl 2622 2816

Ca 3692 4013

Mn 5899 6490

Fe 6404 7058

Cu 8048 8905

Zn 8639 9572

Pb (Linhas Lα e Lβ) 10552 12614

Elementos

Analisados

Energia (keV) das Linhas de

Emissatildeo de Raios X

Tabela 5 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (1 a 8) que

ingerem aacutegua de poccedilo As concentraccedilotildees dos elementos foram normalizadas de modo que a

soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da matriz orgacircnica em conjunto

seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo ldquoa b c drdquo correlacionam a amostra

de cabelo com o poccedilo do qual o indiviacuteduo ingere aacutegua

1 2 3 4 5 6 7 8

Al 002 003 003 34 ppm natildeo det 006 natildeo det 001

Si 001 54 ppm 006 46 ppm 005 002 002 54 ppm

P 003 003 54 ppm 002 001 46 ppm natildeo det 004

S 117 071 115 118 166 135 151 098

Cl 003 65 ppm 002 002 natildeo det 003 natildeo det 61 ppm

Ca 003 003 80 ppm 002 004 002 008 008

Mn 73 ppm 78 ppm 58 ppm 10 ppm natildeo det 91 ppm natildeo det 54 ppm

Fe 001 001 92 ppm 29 ppm 38 ppm 001 27 ppm 83 ppm

Cu 44 ppm 41 ppm 46 ppm 31 ppm natildeo det 44 ppm 37 ppm 36 ppm

Zn 77 ppm 002 91 ppm 82 ppm 41 ppm 92 ppm 40 ppm 98 ppm

Pb 10 ppm 9 ppm 12 ppm 10 ppm natildeo det 10 ppm natildeo det 9 ppm

a b c d

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Elementos

Tabela 6 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (9 a 16)

que ingerem aacutegua tratada e distribuiacuteda pela CEDAE As concentraccedilotildees dos elementos foram

normalizadas de modo que a soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da

matriz orgacircnica em conjunto seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo

9 10 11 12 13 14 15 16

Al 001 36 ppm natildeo det 002 61 ppm 90 ppm 002 natildeo det

Si natildeo det 35 ppm natildeo det 40 ppm 79 ppm 60 ppm natildeo det natildeo det

P 003 34 ppm 003 002 natildeo det 46 ppm natildeo det 41 ppm

S 111 106 116 152 136 145 155 128

Cl 52 ppm 001 002 003 004 005 014 009

Ca 006 004 002 002 001 001 001 001

Mn 51 ppm 9 ppm 32 ppm natildeo det 24 ppm 57 ppm natildeo det 30 ppm

Fe 82 ppm 30 ppm 57 ppm 56 ppm 59 ppm 90 ppm 52 ppm 54 ppm

Cu 31 ppm 51 ppm 28 ppm 27 ppm 31 ppm 44 ppm 14 ppm 29 ppm

Zn 001 001 92 ppm 86 ppm 001 001 42 ppm 001

Pb natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det

Elementos

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

Na anaacutelise semiquantitativa por XRF pode-se verificar a presenccedila de elevadas

concentraccedilotildees de enxofre o que jaacute era esperado visto que este elemento faz parte da estrutura

da cisteiacutena o aminoaacutecido em maior quantidade na composiccedilatildeo do cabelo

Os elementos Ca Zn e Fe foram detectados em todas as amostras dos dois grupos O

Ca aparece na maior parte das amostras em concentraccedilotildees da ordem de enquanto que o Zn

e o Fe da ordem de ppm Os elementos Al P Mn Cl Si e Cu aparecem na maioria das

amostras em ambos os grupos No entanto o Pb foi observado em concentraccedilotildees da ordem de

ppm somente em amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo

Para as amostras 5 7 e 15 utilizou-se um porta amostra com maacutescara de 8 mm de

diacircmetro ao inveacutes da maacutescara de 34 mm utilizada para as outras amostras devido a pouca

quantidade de cabelo coletado Agrave vantagem de poder utilizar menos amostra com a maacutescara

de 8 mm contrapotildee-se um aumento do ruiacutedo de fundo e a consequente perda da sensibilidade

na anaacutelise Tal fato pode provavelmente justificar a quantidade menor de elementos

observados nessas amostras em comparaccedilatildeo com as demais incluindo a ausecircncia do elemento

chumbo nas amostras 5 e 7 jaacute que o mesmo aparece nas amostras 6 e 8 das pessoas que

bebem a mesma aacutegua dos poccedilos c e d respectivamente

52 Anaacutelise por RBS

Apresenta-se na Figura 22 o espectro de RBS da amostra 2 adquirido durante 8

horas de anaacutelise e apoacutes tratamento dos dados atraveacutes do programa computacional OriginPro 8

Duas ampliaccedilotildees (I e II) nas regiotildees de mais alta energia satildeo apresentadas nas Figuras 23 e

24 Observou-se a presenccedila dos elementos C N O Si S Cl Ti Cu Zn e Pb

As energias dos iacuteons He+ retroespalhados a partir da interaccedilatildeo com os nuacutecleos de Pb

e Hg satildeo muito proacuteximas tornando difiacutecil a resoluccedilatildeo dos sinais No entanto o Hg natildeo foi

observado em nenhuma das amostras por XRF enquanto o Pb pode ser detectado claramente

Conclui-se portanto que o degrau no espectro eacute correspondente ao Pb

Utilizando-se o caacutelculo da seccedilatildeo de choque de espalhamento Rutherford foi possiacutevel

obter uma anaacutelise quantitativa relativa da amostra 2 Para isso foi escolhido o enxofre como

elemento padratildeo devido ao fato do S estar presente em todas as amostras de cabelo e ser

facilmente detectaacutevel por ambas as teacutecnicas Para cada aacutetomo de S na amostra de cabelo as

seguintes proporccedilotildees atocircmicas foram obtidas 115 x 102 C 274 x 10

1 N 157 x 10

1 O 479 x

10-1

Si 641 x 10-1

Cl 454 x 10-2

Ti 162 x 10-2

Cu 265 x 10-2

Zn e 504 x 10-4

Pb

Figura 22 Espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da amostra 2

(grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 23 Ampliaccedilatildeo I do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 24 Ampliaccedilatildeo II do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

60 CONCLUSOtildeES

As teacutecnicas de XRF e RBS mostraram-se eficientes e complementares na

determinaccedilatildeo de vaacuterios elementos presentes em amostras de cabelo humano Atraveacutes das duas

teacutecnicas foi possiacutevel detectar de forma semiquantitativa a presenccedila de elementos desde o Al

ateacute o Pb Por RBS tambeacutem foram detectados elementos mais leves como C N e O A

utilizaccedilatildeo conjunta das duas teacutecnicas permitiu a identificaccedilatildeo inequiacutevoca de Pb no espectro de

RBS

Eacute evidente que as concentraccedilotildees dos elementos nas amostras de cabelo dependem de

diversos fatores tais como o tipo de alimentaccedilatildeo idade sexo ambiente em que o indiviacuteduo

vive e podem ser provenientes de meios exoacutegenos e endoacutegenos Entretanto considerando o

natildeo aparecimento do Pb em nenhuma das amostras de cabelo das pessoas que ingerem aacutegua

distribuiacuteda pela CEDAE aleacutem das anaacutelises preacutevias da aacutegua dos poccedilos da aacuterea em estudo eacute

possiacutevel afirmar que existe uma elevada possibilidade da aacutegua de poccedilo estaacute atuando como

uma fonte de contaminaccedilatildeo de Pb para as pessoas Como o Pb eacute um elemento toacutexico com

propriedade de bioacumulaccedilatildeo sua presenccedila pode gerar danos irreversiacuteveis aos organismos

vivos

70 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS

Como sugestotildees deste estudo podemos indicar

Realizar uma anaacutelise quantitativa de um nuacutemero mais amplo de amostras

Efetuar uma comparaccedilatildeo com materiais de referecircncia certificados a fim de

determinar com um grau de confiabilidade mais elevado se as quantidades de

chumbo detectadas nas amostras de cabelo estatildeo acima do intervalo de valores

considerados aceitaacuteveis

80 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

[1] POZEBON D DRESSLER V L CURTIUS A J Anaacutelise de cabelo uma revisatildeo

dos procedimentos para a determinaccedilatildeo de elementos traccedilo e aplicaccedilotildees Quiacutem Nova

1999 22 (6) 838-846

[2] FRAZAtildeO S V Estudo da determinaccedilatildeo de elementos traccedilo em cabelos humanos

pelo meacutetodo de anaacutelise por ativaccedilatildeo de necircutrons Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Ciecircncias na

Aacuterea de Tecnologia Nuclear ndash Aplicaccedilotildees Instituto de Pesquisas Energeacuteticas e Nucleares ndash

Universidade de Satildeo Paulo - USP Satildeo Paulo 2008

[3] CARNEIRO M T W D SILVEIRA C L P MIEKELEY N FORTES L M C

Reference intervals for minor and trace elements in human hair for the population of

Rio de Janeiro city Brazil Quiacutem Nova 2002 25 (1) 37-45

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incorporation of copper and zinc in hair and their potential role as bioindicators a

review Journal of Toxicology and Environmental Health 2007 B 10 611-622

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MATSUBARA J NIESE S SATP T WESENBERG G R MURAMATSU Y PARR

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anomalies in hair as indicators of endocrinologic pathologies and deficiencies in calcium

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JACKLEVIC J M Nondestructive X-Ray Fluorescence Spectrometry for determination

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nickel cuper zinc and lead in human scalp hair in Syrian occupationally exposed

workers by total reflection X-Ray Fluorescence Environ Monit Assess 2008 143 67-74

[11] BARANOWSKA I BARCHANSKI L BAK M SMOLEC B MZYK Z X-Ray

Fluorescence Spectrometry in multielemental analysis of hair and teeth Polish Journal of

Environmental Studies 2004 13 (6) 639-646

[12] WATT F LANDSBERG J P Nuclear microscopy biomedical applications

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research 1993 B 77 249-260

[13] PAIXAtildeO P V GOMES L M B Anaacutelise de aacutegua de poccedilos subterracircneos na

localidade Chaacutecaras Arcampo em Duque de Caxias ndash RJ Relatoacuterio Final de Estaacutegio

Iniciaccedilatildeo Cientiacutefica Instituto de Quiacutemica ndash Universidade Federal do Rio de Janeiro ndash UFRJ

Rio de Janeiro 2012

[14] ANUNCIACcedilAtildeO D L R Anaacutelise de elementos maiores menores e traccedilo em

amostras de cabelo aplicado a triagem populacional com elevada incidecircncia de cacircncer

Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Quiacutemica Instituto de Quiacutemica ndash Universidade de Brasiacutelia

Brasiacutelia ndash Distrito Federal 2008

[15] TEGON E C Caracterizaccedilatildeo Quiacutemica do Enxofre e do Caacutelcio presentes em

amostras de cabelos empregando as teacutecnicas XRF e NEXAFS Projeto de Final de Curso

em Quiacutemica com Atribuiccedilotildees Tecnoloacutegicas Instituto de Quiacutemica ndash Universidade Federal do

Rio de Janeiro Rio de Janeiro 2013

[16] Dossiecirc os minerais na alimentaccedilatildeo Food Ingredients Brasil 2008 ndeg 4 48-65

Disponiacutevel em lt wwwrevista-ficommaterias52pdfgt Acesso em 30 de julho de 2015

[17] CEDAE Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos Disponiacutevel em

ltwwwcedaecombrgt Acesso em 30 de julho de 2015

[18] IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatiacutestica Censo Brasileiro de 2010 Rio de

Janeiro 2010 Disponiacutevel em ltwwwcenso2010ibgegovbrgt Acesso em 30 de julho de

2015

[19] RESENDE D ALENCAR E ALMEIDA R BERTA R Principal reservatoacuterio do

Paraiacuteba do Sul Paraibuna chega ao volume morto pela primeira vez Jornal O Globo 22

de janeiro de 2015 Disponiacutevel em httpogloboglobocomrioprincipal-reservatorio-do-

paraiba-do-sul-paraibuna-chega-ao-volume-morto-pela-primeira-vez-gt Acesso em 30 de

julho de 2015

[20] Fundamentos teoacutericos da teacutecnica de anaacutelise espectromeacutetrica por fluorescecircncia de

raios-x PUC-Rio ndash Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em

lthttpwwwmaxwellvracpuc-riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 30 de julho de 2015

[21] TASCH P DAMIANI F OLIVEIRA L C M IE - 607A Teacutecnicas de anaacutelise e

caracterizaccedilatildeo de materiais Universidade Estadual de Campinas ndash UNICAMP Campinas

2000

[22] FILHO V F N Teacutecnicas analiacuteticas nucleares de Fluorescecircncia de Raios ndashX por

Dispersatildeo de Enerdia (ED-XRF) e por Reflexatildeo Total (TXRF) Departamento de Ciecircncias

Exatas ESALQ Laboratoacuterio de Instrumentaccedilatildeo Nuclear CENA Universidade de Satildeo Paulo

ndash USP Satildeo Paulo 1999

[23] PERDONAacute C R Introduccedilatildeo a espectrometria de Fluorescecircncia de Raios-X Manual

Teacutecnico ndash BRUKER 2014

[24] O espectrocircmetro de fluorescecircncia de raios-x Thermo ARL 9900 PUC-Rio ndash

Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em lthttpwwwmaxwellvracpuc-

riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 08 de agosto de 2015

[25] KRUG C Superfiacutecies porosas recobertas com metalocenos anaacutelise multivariada

envolvendo caracterizaccedilatildeo com feixe de iacuteons Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Fiacutesica Instituto

de Fiacutesica Universidade Federal do Rio Grande do Sul ndash UFRGS Porto Alegre 2000

[26] TABACNIKS M H Anaacutelise de filmes finos por PIXE e RBS Instituto de Fiacutesica da

Universidade de Satildeo Paulo Disponiacutevel em ltwww2ifuspbr~lamfipixeamprbspdfgt Acesso

em julho de 2015

[27] ALMEIDA C R Efeito de tratamentos teacutermico e quiacutemico de aerogeacuteis de oacutexido de

estanho Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Engenharia Eleacutetrica Universidade Federal de Santa

Catarina Florianoacutepolis 2013

[28] ATTWOOD D T HENKE B L et al X-Ray Data Booklet Lawrence Berkeley

Laboratory University of California Berkeley California 1986

ANEXO I

MODELO DO QUESTIONAacuteRIO PREENCHIDO ANTES DA COLETA DAS AMOSTRAS

DE CABELO

Coacutedigo da amostra

Nome

Idade (anos)

Endereccedilo

Fuma Sim ( ) Natildeo ( )

Ingere aacutegua de que tipo (poccedilo CEDAE) Poccedilo ( ) CEDAE ( )

Fez algum tipo de tratamento quiacutemico no cabelo

(coloraccedilatildeo alisamento etc)Sim ( ) Natildeo ( )

Qual Quando foi a uacuteltima vez

Esteve bem de sauacutede nos uacuteltimos 6 meses Sim ( ) Natildeo ( )

Data da coleta

Responsaacutevel pela coleta

COLETA DE AMOSTRA DE CABELO

ANEXO II

INFORMACcedilOtildeES ADICIONAIS SOBRE OS DOADORES E AS AMOSTRAS DE

CABELO COLETADAS

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

1 Feminino 62 Cacheado Castanho Escuro

2 Feminino 27 Cacheado Castanho Escuro

3 Feminino 17 Liso Castanho Escuro

4 Feminino 10 Cacheado Castanho Escuro

5 Feminino 58 Liso Castanho Escuro

6 Feminino 7 Cacheado Castanho Escuro

7 Masculino 17 Liso Castanho Claro

8 Feminino 39 Liso Castanho Escuro

Pessoas que Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

9 Feminino 41 Cacheado Castanho Escuro

10 Feminino 17 Ondulado Castanho Claro

11 Masculino 1 Cacheado Castanho Escuro

12 Feminino 11 Liso Castanho Escuro

13 Masculino 21 Liso Castanho Escuro

14 Masculino 42 Cacheado Preto

15 Masculino 6 Liso Preto

16 Masculino 14 Liso Preto

Pessoas que Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

ANEXO III

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DE POCcedilO (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 1

Amostra 2

Amostra 3

Amostra 4

Amostra 5

Amostra 6

Amostra 7

Amostra 8

ANEXO IV

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DISTRIBUIacuteDA PELA CEDAE (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 9

Amostra 10

Amostra 11

Amostra 12

Amostra 13

Amostra 14

Amostra 15

Amostra 16

Page 21: Dissertação Priscilla Velasco da Paixão

Tabela 1 Composiccedilatildeo de aminoaacutecidos no cabelo normal Fonte [15]

Ligaccedilotildees quiacutemicas cruzadas entre as cadeias polimeacutericas de α-queratina formam

pontes dissulfeto (-S-S-) que datildeo origem aos resiacuteduos de cistina (Fig4) Como estatildeo em

grande quantidade na composiccedilatildeo do cabelo formam uma rede de alta resistecircncia e datildeo o

formato ao fio A reduccedilatildeo dessas ligaccedilotildees causa mudanccedilas nas propriedades mecacircnicas do fio

Cortes histoloacutegicos evidenciaram elevada atividade de metais pesados na α-queratina [114]

Aminoaacutecido Quantidade Residual ()

Aacutecido Aspaacutertico 49

Aacutecido Glutacircmico 114

Alanina 46

Arginina 58

Cisteiacutena 178

Fenilalanina 16

Glicina 64

Histidina 09

Isoleucina 26

Leucina 58

Lisina 27

Metionina 06

Prolina 84

Serina 117

Tirosina 2

Treonina 68

Valina 58

Figura 4 Estrutura da Cisteiacutena e da Cistina Reaccedilatildeo de oxi-reduccedilatildeo formando a ponte

dissulfeto Adaptado de httpltbiocienciascpoblogspotcombr201211resumo-

proteinashtmlgt

A incorporaccedilatildeo de elementos ao cabelo pode ocorrer por dois meios exoacutegeno e

endoacutegeno A incorporaccedilatildeo endoacutegena ocorre no primeiro estaacutegio de crescimento do fio onde o

foliacuteculo capilar encontra-se em contato com as glacircndulas secretoras e vasos sanguiacuteneos

Assim os elementos quiacutemicos que circulam no organismo atraveacutes dos fluidos podem

incorporar-se ao cabelo Estima-se que o periacuteodo entre a absorccedilatildeo pelo indiviacuteduo e a

incorporaccedilatildeo de elementos no cabelo seja de 30 dias Um modelo mais simples sugere que a

incorporaccedilatildeo endoacutegena ocorra de forma passiva isto eacute por difusatildeo [1] Os metais ligam-se

aos aminoaacutecidos atraveacutes de seus grupos funcionais como sulfidrila (-SH) amina (-NH2)

hidroxila (-OH) e carboxila (-COOH) nos quais a forccedila destas ligaccedilotildees dependeraacute da

estrutura eletrocircnica externa do metal [14]

Na incorporaccedilatildeo exoacutegena os elementos quiacutemicos satildeo levados ao cabelo por fatores

externos como aacutegua poeira fumaccedila cosmeacuteticos entre outros Os elementos podem ligar-se agrave

cutiacutecula do fio capilar principalmente se as cutiacuteculas estiverem danificadas [14]

32 Elementos Essenciais e Natildeo Essenciais e a Sauacutede Humana

Os elementos traccedilos podem ser divididos em essenciais e natildeo essenciais de acordo

com a importacircncia nutricional e a influecircncia no organismo dos seres vivos Os elementos

traccedilo essenciais satildeo considerados beneacuteficos e indispensaacuteveis para os seres vivos dentro de

uma faixa especiacutefica de concentraccedilatildeo Na Tabela 2 estatildeo listados os elementos traccedilo

essenciais e suas respectivas funccedilotildees bioloacutegicas [214]

Tabela 2 Elementos traccedilo essenciais e algumas de suas funccedilotildees bioloacutegicas

Adaptado de [14 16]

B Previne a osteoporose em mulheres na fase poacutes-menopausa

CaImportante na coagulaccedilatildeo sanguinea na contraccedilatildeo muscular transmissatildeo nervosa e

formaccedilatildeo de ossos e dentes

Cl Presente no suco gaacutestrico manteacutem o equilibrio hidrico e de eletroacutelitos

Co Constituinte da vitamina B12

Cr Importante no metabolismo da glicose

Cu Cofator em enzimas redox e no transporte de O2

F Prevenccedilatildeo das patologias bucodentaacuteria e oacutessea atua tambeacutem nos tecidos celulares

Fe Cofator em muitas enzimas e proteiacutenas heme

IPresente na estrutura de dois fatores hormonais da glacircndula tireoacuteide (tiroxina e

triiodotiroxina)

KImportante na regulaccedilatildeo da atividade neuromuscular crescimento celular e equiliacutebrio

osmoacutetico

MgRegula diversas reaccedilotildees enzimaacuteticas e age sobre as trocas iocircnicas da membrana

celular

MnCofator em muitas enzimas auxilia na reduccedilatildeo de accedilucar no sangue e a regular o

funcionamento do sistema reprodutivo

Elementos Essenciais e suas Funccedilotildees Bioloacutegicas

Os elementos traccedilo natildeo essenciais satildeo aqueles que natildeo apresentam nenhuma funccedilatildeo

no metabolismo das espeacutecies animais e vegetais e quando estatildeo em alta concentraccedilatildeo podem

provocar efeitos negativos ao organismo dos seres vivos Na Tabela 3 estatildeo listados alguns

elementos traccedilo natildeo essenciais e suas toxicidades [214]

Mo Cofator em enzimas que metabolizam os aminoaacutecidos metionina e cistina

NaAtua no controle osmoacutetico volume plasmaacutetico transmissatildeo de impulsos nervosos e

controle da contraccedilatildeo muscular

Ni A essencialidade eacute provaacutevel mas ainda natildeo estaacute estabelecida

PAtua na formaccedilatildeo dos ossos e dentes participa da estrutura das membranas

celulares e do processo de absorccedilatildeo renal da glicose

SParticipa da construccedilatildeo das proteiacutenas e no metabolismo energeacutetico faz parte de

algumas vitaminas (tiamina e biotina)

SeParticipaccedilatildeo na siacutentese de hormocircnios tireoideanos na accedilatildeo antioxidante e eacute cofator

em enzimas

Si Atua na estrutura da derme promovendo sua elasticidade

Sn A essencialidade eacute provaacutevel mas ainda natildeo estaacute estabelecida

V A essencialidade eacute provaacutevel mas ainda natildeo estaacute estabelecida

ZnCofator em algumas enzimas e na insulina tambeacutem exerce influecircncia no metabolismo

dos aacutecidos nucleiacutecos

Tabela 3 Elementos traccedilo natildeo essenciais e suas toxicidades Adaptado de [14]

Os termos macrominerais e microminerais (ou elementos-traccedilo) tambeacutem satildeo muito

utilizados no meio cientiacutefico principalmente na aacuterea de nutriccedilatildeo Os macrominerais satildeo

aqueles elementos encontrados em altas concentraccedilotildees nas amostras geralmente acima de

1 ou cuja necessidade diaacuteria no organismo seja maior que 100 mg No cabelo satildeo

considerados macrominerais por exemplo Ca P S Mg Na K e Cl Jaacute os microminerais satildeo

aqueles encontrados em baixas concentraccedilotildees na amostra (ppm ou ppb) ou cuja necessidade

no organismo seja inferior a 100 mg por dia No cabelo podem ser citados os seguintes

microminerais Fe Zn Cu Mn I Cr Se F Co Ni Si e Mo [114]

33 Abastecimento de Aacutegua na Regiatildeo de Amostragem

No Estado do Rio de Janeiro a captaccedilatildeo tratamento aduccedilatildeo e distribuiccedilatildeo das redes

de aacutegua ficam a cargo da CEDAE ndash Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos No presente

momento a CEDAE abastece cerca de 9 milhotildees de pessoas em 64 dos 92 municiacutepios do

Estado sendo Duque de Caxias um desses [17]

O abastecimento de aacutegua pela CEDAE na cidade de Duque de Caxias nunca ocorreu

de forma contiacutenua e natildeo haacute garantia da manutenccedilatildeo da qualidade da aacutegua ateacute a chegada ao

Al

Causa ao organismo anemia enfraquecimento dos ossos e muacutesculos

dificuldade no metabolismo do caacutelcio alteraccedilotildees hepatoloacutegicas e

renais dores de cabeccedila e nervosismo

AsInterrompe a expressatildeo de diversos genes em especial aqueles que

participam das vias de transduccedilatildeo de sinal

CdOcasiona perda de peso hemorragia danos ao sistema respiratoacuterio

hepatoloacutegico e renal

PbGera alteraccedilotildees cardiovasculares gastrointestinais hematoloacutegicas

renais neuroloacutegicas e imunoloacutegicas

Elementos Natildeo Essenciais e suas Toxicidades

consumidor Segundo dados do CENSO-2010 dos 269353 domiciacutelios estabelecidos no

municiacutepio de Duque de Caxias apenas 63 alegaram receber aacutegua de redes de distribuiccedilatildeo

[18] Diante do cenaacuterio atual em que o Sudeste vive a maior crise hiacutedrica dos uacuteltimos cem

anos devido agrave escassez de chuvas os reservatoacuterios que abastecem o estado do Rio de Janeiro

encontram-se em niacuteveis muito baixos e alguns deles chegaram ao volume morto (reserva

teacutecnica) Com isso o abastecimento de aacutegua para a populaccedilatildeo estaacute a cada dia mais escasso

Na Figura 5 apresenta-se uma foto da situaccedilatildeo do maior reservatoacuterio da Bacia do Rio Paraiacuteba

do Sul (em fevereiro deste ano) Este reservatoacuterio alimenta a Estaccedilatildeo de Tratamento de Aacutegua

do Guandu que por sua vez eacute responsaacutevel pelo abastecimento de toda a Regiatildeo Metropolitana

do Rio de Janeiro [19]

Figura 5 Reservatoacuterio Paraibuna localizado na Bacia do Rio Paraiacuteba do Sul apoacutes estiagem dos uacuteltimos anos

Na foto o reservatoacuterio estaacute com -056 da capacidade (volume morto) 03022015 Fonte http

ltogloboglobocomrionivel-de-reservatorios-do-rio-paraiba-do-sul-apresentam-leve-melhora-apos-chuvas-

fortes-15229418gt Acesso em 30072015

Devido aos fatores mencionados aliados agrave facilidade de manutenccedilatildeo e ao baixo custo

de perfuraccedilatildeo a utilizaccedilatildeo de aacutegua de poccedilo subterracircneo (Figura 6) eacute cada vez mais requisitada

para suprir as carecircncias de abastecimento No Brasil o aquiacutefero subterracircneo abastece cerca de

19 do total dos domiciacutelios particulares enquanto que no municiacutepio de Duque de Caxias este

percentual atinge os 35 segundo o CENSO-2010 [18]

Figura 6 Poccedilo subterracircneo em Duque de Caxias

34 Fluorescecircncia de Raios X - Teoria

A Espectroscopia de Fluorescecircncia de Raios X eacute uma teacutecnica natildeo destrutiva que

permite a identificaccedilatildeo simultacircnea (qualitativa e quantitativa) de elementos presentes em uma

amostra A teacutecnica baseia-se no fato dos elementos quiacutemicos emitirem radiaccedilotildees

caracteriacutesticas quando submetidos a uma excitaccedilatildeo adequada [20-23]

As amostras satildeo irradiadas com foacutetons (feixe de raios x) gerados por uma fonte Esse

feixe de raios x primaacuterio possui energia suficiente para ejetar eleacutetrons de camadas internas do

aacutetomo (camadas com maior energia de ligaccedilatildeo) transferindo energia para este eleacutetron que eacute

ejetado como fotoeleacutetron O aacutetomo fica instaacutevel (excitado) com uma vacacircncia na camada

interna Com o intuito de diminuir a energia do sistema eleacutetrons de outras camadas

preenchem essa lacuna A diferenccedila de energia entre os niacuteveis da transiccedilatildeo eletrocircnica eacute

liberada atraveacutes da emissatildeo de um foacuteton de raios x (fluorescecircncia ou raio x secundaacuterio) que

tem energia caracteriacutestica para cada elemento como ilustrado na Figura 7 A energia do raio x

caracteriacutestico eacute fornecida pela Equaccedilatildeo 1 [20-23]

Ex = Eni - Enf (Eq1)

Onde

Ex = energia do raio x caracteriacutestico emitido

Eni Enf = energia dos estados eletrocircnicos inicial e final respectivamente

Figura 7 Esquema do princiacutepio da Fluorescecircncia de Raios X

Fonteltwwwshimadzucombrgt Acesso em 30072015

A radiaccedilatildeo caracteriacutestica eacute nomeada de acordo com o niacutevel de onde se apresenta a

vacacircncia (K L M) e de qual niacutevel (α β) e subniacutevel (1 2) proveacutem o eleacutetron que iraacute

ocupar essa lacuna Por exemplo a vacacircncia originada na camada K pode ser preenchida por

eleacutetrons de dois subniacuteveis da camada L o que origina as linhas espectrais Kα1 e Kα2 Se a

vacacircncia da camada K fosse ocupada por um eleacutetron da M teria-se o Kβ e assim por diante

[23]

Com isso os elementos em uma amostra podem ser identificados atraveacutes da medida

do comprimento de onda (ou energia) dessas radiaccedilotildees caracteriacutesticas e as concentraccedilotildees

mensuradas pela intensidade dessas radiaccedilotildees [2123]

Quando um feixe de raios x incide sobre um determinado material diversas formas

de interaccedilatildeo entre a radiaccedilatildeo e a mateacuteria podem ocorrer tais como o Efeito Auger e os

espalhamentos Rayleigh e Compton [20-23]

O processo de relaxaccedilatildeo natildeo-radiativa ou Efeito Auger ocorre quando o aacutetomo

excitado emite um eleacutetron (eleacutetron Auger) ao inveacutes do processo de fluorescecircncia (Figura 8)

Esses dois processos de relaxaccedilatildeo do sistema satildeo concorrentes e a predominacircncia de um ou de

outro depende do numero atocircmico O Efeito Auger prevalece em elementos com baixo

nuacutemero atocircmico (Zlt20) [21]

Figura 8 Efeito Auger [20]

O fenocircmeno de espalhamento de raios x eacute importante em espectroscopia pois eacute

responsaacutevel pela intensidade da radiaccedilatildeo de fundo (background) presente em uma

determinada medida Ele eacute a soma dos efeitos de dois fenocircmenos o espalhamento coerente

elaacutestico ou Rayleigh no qual os raios x primaacuterios satildeo defletidos sem perda de energia isto eacute

sem alteraccedilatildeo no comprimento de onda (λ) e o espalhamento incoerente inelaacutestico ou

Compton no qual foacutetons de raios x primaacuterio satildeo defletidos com perda de energia e com

ejeccedilatildeo de um fotoeleacutetron (Figura 9) [21]

Figura 9 Espalhamento Compton e Rayleigh [21]

35 Fluorescecircncia de Raios X - Instrumentaccedilatildeo

Na Figura 10 pode ser observado um esquema com os principais componentes do

espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X por Dispersatildeo de Comprimento de Onda

(WDXRF - Wavelength Dispersive X-ray Fluorescence) utilizado neste trabalho Suas

funccedilotildees seratildeo descritas em seguida [23]

Figura 10 Instrumentaccedilatildeo do Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X por Dispersatildeo de

Comprimento de Onda - S8 TIGER - BRUKER [23]

Tubo de Raios X

A radiaccedilatildeo incidente eacute produzida em um tubo de raios x consistindo em uma ampola

de vidro ou de metal sob alto vaacutecuo com um filamento de tungstecircnio em uma extremidade

denominado caacutetodo e um alvo de metal na outra extremidade denominado acircnodo

O filamento eacute aquecido por uma corrente eleacutetrica e emite eleacutetrons (emissatildeo

termiocircnica) Os eleacutetrons satildeo acelerados rumo a um acircnodo (alvo) empregando-se uma

diferenccedila de potencial (10-70 kV) Raios x primaacuterios satildeo produzidos quando esses eleacutetrons

com alta velocidade colidem com o material alvo Com o impacto a maior parte da energia

cineacutetica dos eleacutetrons eacute convertida em calor exigindo que o acircnodo seja resfriado de forma

eficiente Apenas uma pequena parte (02-05 dependendo do tipo do alvo) da energia

eletrocircnica eacute convertida em raios x uacuteteis

Essa radiaccedilatildeo consiste em um Contiacutenuo ou Bremsstrahlung e linhas de raios x

caracteriacutesticas do material alvo (aleacutem de linhas caracteriacutesticas de quaisquer contaminantes

presentes) Assim o espectro primaacuterio de um tubo de raios x convencional consiste em linhas

caracteriacutesticas do material do acircnodo (por exemplo Rh) superpostas a um contiacutenuo de

radiaccedilatildeo

Os tubos de raios x satildeo geralmente isolados atraveacutes de uma janela de beriacutelio pois

esse elemento apresenta baixa absorccedilatildeo de raios x e alta resistecircncia mecacircnica para suportar as

diferenccedilas de pressatildeo

Filtros do Feixe Primaacuterio

O espectro primaacuterio pode natildeo conter apenas as linhas do elemento-alvo mas tambeacutem

as linhas de impurezas como Fe Cr ou Cu presentes em vaacuterias partes do tubo Desta forma o

niacutevel de fundo (background) na posiccedilatildeo desses elementos no espectro pode ser elevado

Filtros de feixe primaacuterio satildeo utilizados para filtrar as linhas caracteriacutesticas do tubo se

o mesmo elemento estiver presente na amostra ou se houver sobreposiccedilatildeo por uma linha do

tubo em linhas de elementos da amostra No equipamento em que foram feitas as anaacutelises satildeo

utilizados (automaticamente) os filtros de Cu de 200 microm de espessura e o de Al de 500 microm de

espessura

Maacutescara

Delimita a aacuterea da amostra que seraacute irradiada

Selo de vaacutecuo (Vacuum seal )

Protege o sistema de detecccedilatildeo dos foacutetons de raios x de qualquer vazamento de

amostra

Goniocircmetro

Em equipamentos de dispersatildeo sequencial empregam-se uma ldquogeometria do feixe

paralelordquo ou uma ldquogeometria de cristal planardquo permitindo que os acircngulos do cristal e do

detector sejam selecionados por um aparelho chamado goniocircmetro

O goniocircmetro eacute uma estrutura de rotaccedilatildeo que permite que o cristal e o detector

possuam um movimento angular acoplado θ a 2θ entre eles

Colimador

Colima o feixe divergente de raios x emitido pela amostra Satildeo normalmente feitos

de uma seacuterie de lacircminas paralelas O comprimento e o espaccedilamento entre as lacircminas

determinam a divergecircncia angular admitida pelo colimador Essa divergecircncia angular

juntamente com o cristal determina a resoluccedilatildeo final do espectro

Pode-se melhorar a resoluccedilatildeo fechando o colimador para minimizar a divergecircncia

Poreacutem com isso a intensidade tambeacutem diminui Assim torna-se necessaacuterio um equiliacutebrio

entre a resoluccedilatildeo final (necessaacuteria para evitar sobreposiccedilotildees espectrais importantes) e a

sensibilidade (relacionada com a intensidade)

Cristal

Separa os vaacuterios comprimentos de onda emitidos pela amostra A lei de Bragg

(equaccedilatildeo 2) propotildee que se um plano cristalino tiver um espaccedilamento interplanar (d) refletindo

um comprimento de raios x (λ) essa onda difere em caminho percorrido por uma distacircncia

(2dsenθ) da onda refletida pelo plano adjacente Quando esse caminho percorrido difere por

um nuacutemero inteiro de comprimento de onda tem-se uma interferecircncia construtiva e os raios x

refletidos satildeo reforccedilados Caso contraacuterio tem-se uma interferecircncia destrutiva e os raios x

refletidos se anulam A equaccedilatildeo de Bragg (2)

119899120582 = 2119889119904119890119899120579 (Eq 2)

Onde

n = nuacutemero inteiro (1 2 3) chamado Ordem de Difraccedilatildeo

d = espaccedilamento interplanos no cristal utilizado

θ = acircngulo de Bragg ou acircngulo de difraccedilatildeo

λ = comprimento de onda da linha espectral

Dessa forma para um dado plano cristalino e uma dada ordem de difraccedilatildeo cada

comprimento de onda no espectro de XRF incidente eacute difratado em um uacutenico acircngulo O

comprimento de onda maacuteximo que o proacuteprio plano cristalino pode difratar eacute 2d (quando senθ

assume o valor maacuteximo de 1) Portanto eacute necessaacuterio um cristal ou um plano cristalino com

diferentes valores de 2d para cobrir diferentes intervalos de comprimento de onda em toda a

tabela perioacutedica No espectrocircmetro utilizado neste trabalho foram usados os seguintes cristais

XS-55 (multicamada de WSi) do C ateacute o Mg PET (Pentaeritriato) do Al ateacute o Ti e LiF 200

do K ateacute o U

Detector

Converte os foacutetons de raios x em pulsos de tensatildeo mensuraacuteveis Satildeo utilizados dois

detectores para cobrir todos os elementos do Be ao U Detector de fluxo proporcional

(preenchido com Ar) para elementos do Be ao Cr e o detector de cintilaccedilatildeo de NaI(Tl) para

elementos do Mn ao U

Detectores de fluxo proporcional

Satildeo detectores de radiaccedilatildeo que operam a partir da ionizaccedilatildeo de gases Satildeo

constituiacutedos por um conjunto de eletrodos e um gaacutes Quando o gaacutes eacute colocado entre dois

eletrodos aos quais eacute aplicada certa diferenccedila de potencial os caacutetions e eleacutetrons produzidos

pela passagem de radiaccedilatildeo seratildeo atraiacutedos pelos eletrodos de carga oposta e por eles seratildeo

coletados Na regiatildeo de verdadeira proporcionalidade (Equaccedilatildeo 3) a razatildeo entre a carga

coletada pelos eletrodos e a carga gerada pela ionizaccedilatildeo primaacuteria manteacutem-se constante para as

diferenccedilas de potencial (∆V) aplicadas e com um capacitor de capacitacircncia (C)

Quando a radiaccedilatildeo atravessa esse tipo de detector e produz pares iocircnicos (formados

por eleacutetrons e caacutetions do gaacutes) esses caacutetions (ionizaccedilatildeo primaacuteria) satildeo acelerados adquirindo

energia suficiente para produzir novos pares iocircnicos (ionizaccedilatildeo secundaacuteria) por colisatildeo com

moleacuteculas inicialmente neutras do gaacutes Assim haacute uma multiplicaccedilatildeo do nuacutemero de pares

original A carga coletada eacute igual agrave carga produzida pela radiaccedilatildeo (Q) multiplicada por um

fator (M) denominado ldquoganhordquo

∆119881 = (119872119876)

119862 (Eq 3)

Portanto o sinal produzido tem altura proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo incidente

Detectores de cintilaccedilatildeo

O cintilador eacute uma substacircncia soacutelida ou liacutequida na qual a energia de radiaccedilatildeo

incidente eacute transferida aos eleacutetrons do material sendo depois emitida na forma de radiaccedilatildeo

eletromagneacutetica de frequecircncia menor (visiacutevel ou ultravioleta)

O detector de cintilaccedilatildeo utilizado eacute constituiacutedo por um cristal de NaI(Tl) (iodeto de

soacutedio ativado com 1 de iodeto de taacutelio) no qual ocorre a emissatildeo de radiaccedilatildeo de frequecircncia

menor aleacutem de um fotomultiplicador onde essa radiaccedilatildeo luminosa eacute transformada em pulso

eleacutetrico e amplificada

O mecanismo de cintilaccedilatildeo nos cristais inorgacircnicos baseia-se na propriedade dos

semicondutores terem banda de valecircncia e banda de conduccedilatildeo Na banda de valecircncia os

eleacutetrons estatildeo essencialmente ligados aos siacutetios do cristal Jaacute na banda de conduccedilatildeo os

eleacutetrons tecircm energia suficiente para migrar atraveacutes do cristal No cristal puro natildeo satildeo

encontrados eleacutetrons na banda proibida

Ao incidir uma radiaccedilatildeo no cristal pode ocorrer excitaccedilatildeo de eleacutetrons ateacute a banda de

conduccedilatildeo deixando lacunas na banda de valecircncia (normalmente preenchida)

No cristal puro a energia necessaacuteria para formar um par eleacutetronlacuna eacute

aproximadamente a mesma liberada quando esse par se recombina Assim os espectros de

absorccedilatildeo e emissatildeo superpotildeem-se ocorrendo autoabsorccedilatildeo da radiaccedilatildeo luminosa produzida

Se o cristal for ativado a emissatildeo pode ocorrer via um siacutetio do ativador para o qual a energia

de transiccedilatildeo eacute menor do que a necessaacuteria para a criaccedilatildeo do par eleacutetronlacuna Desse modo o

espectro emitido eacute deslocado para comprimentos de onda maiores e natildeo causa nova absorccedilatildeo

No tubo fotomultiplicador converte-se a radiaccedilatildeo de baixa intensidade produzida no

cintilador em um sinal eleacutetrico uacutetil agrave detecccedilatildeo e contagem de radiaccedilatildeo

Analisador de altura de pulso (PHA)

A energia do foacuteton incidente de raios x determina o tamanho do pulso de tensatildeo

produzido pelo detector O analisador de altura de pulso faz uso dessa propriedade a fim de

selecionar apenas um intervalo estreito de pulsos de voltagem rejeitando todos os pulsos com

intensidades fora do intervalo escolhido

Ao final utiliza-se o meacutetodo de integraccedilatildeo dos recebidos em um integrador

eletrocircnico Se N representa o nuacutemero de contagens em um tempo de integraccedilatildeo t segundos

entatildeo a taxa de contagem eacute Nt contagens por segundo (cps)

36 Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford - Teoria

A teacutecnica de RBS consiste em incidir partiacuteculas monoenergeacuteticas de um feixe de iacuteons

(geralmente iacuteons He+) de alta energia em um alvo estacionaacuterio Ao colidirem com os aacutetomos

do alvo as partiacuteculas satildeo elasticamente espalhadas no campo eleacutetrico do nuacutecleo do aacutetomo e

chegam a um detector por um acircngulo de retroespalhamento Na Figura 11 apresenta-se um

esquema de espalhamento elaacutestico [25-27]

Figura 11 Espalhamento elaacutestico em acircngulo de retroespalhamento de um iacuteon de massa M1

por um aacutetomo de massa M2 com M2gtM1 [25]

O detector ao receber as partiacuteculas espalhadas produz um pulso ou sinal que eacute entatildeo

processado por um analisador multicanal e classificado conforme a amplitude que

corresponde a uma escala em energia Como resultado as informaccedilotildees sobre a composiccedilatildeo

elementar do aacutetomo alvo satildeo obtidas a partir de um espectro de contagens em funccedilatildeo da

energia das partiacuteculas retroespalhadas detectadas [25]

O fator cinemaacutetico (K) eacute responsaacutevel pela anaacutelise elementar qualitativa Essa

grandeza depende da razatildeo entre as energias das partiacuteculas incidentes antes (E0) e depois (E)

do espalhamento (Equaccedilatildeo 4)

119870 = 119864

1198640 (Eq 4)

Considerando as conservaccedilotildees de energia e do momentum na colisatildeo elaacutestica obteacutem-

se a relaccedilatildeo entre o fator cinemaacutetico (K) a massa atocircmica da partiacutecula incidente (M1) a massa

atocircmica do aacutetomo alvo (M2) e o acircngulo de espalhamento (θ) (Eq 5)

119870 = [1198721 119888119900119904120579+ (1198722

2minus 11987212 1199041198901198992120579)

12

1198721+ 1198722]

2

(Eq 5)

Os valores de M1 θ e E0 satildeo preacute-fixados conhecendo E determina-se K e por

conseguinte determina-se M2

A Figura 12 apresenta um esquema do espectro de RBS de um filme fino de

composiccedilatildeo geneacuterica AB onde a massa de A eacute maior do que a massa de B depositado em um

substrato C ainda mais leve

Figura 12 Esquema de um espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford de

um filme fino AB sobre um substrato C ainda mais leve [27]

A resoluccedilatildeo em massa da teacutecnica eacute a diferenccedila miacutenima de massa entre dois aacutetomos-

alvo para que sinais resolvidos possam ser observados no espectro A discriminaccedilatildeo em massa

eacute maacutexima para θ = 180deg razatildeo pela qual satildeo utilizados acircngulos elevados experimentalmente

Pode-se melhorar a resoluccedilatildeo em massa na RBS aumentando a energia e a massa dos aacutetomos

incidentes e melhorando a resoluccedilatildeo do sistema de detecccedilatildeo com o cuidado para natildeo degradar

os detectores [25]

Outra grandeza importante em RBS eacute a seccedilatildeo de choque de espalhamento (σ) que eacute

uma medida da probabilidade de ocorrer o espalhamento e que atribui o caraacuteter quantitativo agrave

teacutecnica [25] Considerando um nuacutemero de partiacuteculas espalhadas (H) sobre um detector tem-se

a Equaccedilatildeo 6

119867 = 119876119873119905 ⟨119889120590

119889120570⟩Ω (Eq 6)

Onde

Q = nuacutemero de partiacuteculas que atinge a amostra

N = densidade volumeacutetrica dos aacutetomos alvo

t = espessura do alvo

⟨119889120590

119889120570⟩ = seccedilatildeo de choque meacutedia de espalhamento

Ω = acircngulo soacutelido do detector em relaccedilatildeo ao feixe

Para acircngulos pequenos tem-se ⟨119889120590

119889120570⟩ = (

119889120590

119889120570)120579

= σ (Eq 7)

Logo 119867 = 119876119873119905120590120570 (Eq 8)

Na Equaccedilatildeo 8 conhecendo o nuacutemero de partiacuteculas que atinge o alvo Q e o detector

H pode-se determinar o numero de aacutetomos por unidade de aacuterea da amostra (Nt) desde que se

conheccedila o acircngulo soacutelido de detecccedilatildeo Ω e a seccedilatildeo de choque de espalhamento (σ) Para uma

colisatildeo elaacutestica entre dois aacutetomos com nuacutemeros atocircmicos Z1 e Z2 (do aacutetomo incidente e do

aacutetomo alvo respectivamente) em que a forccedila de interaccedilatildeo eacute a repulsatildeo eletrostaacutetica dos

nuacutecleos a seccedilatildeo de choque de espalhamento diferencial (por unidade de acircngulo soacutelido) eacute dada

pela Foacutermula de Rutherford (Equaccedilatildeo 9)

119889120590

119889120570= (

119885111988521198902

4119864)2

4

1199041198901198994120579

[1minus ((

11987211198722) 119904119890119899120579)

2

]

12

+cos120579

[1minus ((11987211198722)119904119890119899 120579)

2

]

12

2

(Eq 9)

Em siacutentese a razatildeo entre as concentraccedilotildees relativas dos elementos A e B na

superfiacutecie de uma amostra 119873119860119860119861(119909)

119873119861119860119861(119909)

pode ser calculada com o auxiacutelio de um programa

computacional ou atraveacutes da medida de altura dos degraus obtidos no espectro sendo

calculadas com as Equaccedilotildees 10 e 11

(119889120590

119889120570)119861

(119889120590

119889120570)119860

= Ji (Eq 10)

119873119860119860119861(119909)

119873119861119860119861(119909)

= 119867119860119860119861

119867119861119860119861 119869119894 (Eq 11)

37 Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford - Instrumentaccedilatildeo

Na Figura 13 pode ser observado um esquema com os principais componentes da

instrumentaccedilatildeo utilizada em anaacutelises por RBS que seratildeo descritos em seguida de acordo com

o equipamento utilizado para a realizaccedilatildeo deste trabalho e com informaccedilotildees obtidas na

referecircncia [25]

Figura 13 Esquema dos componentes presentes na instrumentaccedilatildeo utilizada em anaacutelises por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford Fonte Adaptado de [25]

O Laboratoacuterio de Implantaccedilatildeo Iocircnica da Universidade Federal do Rio Grande do Sul

possui um acelerador Tandetron equipado com fontes de iacuteons dos tipos sputtering e de

plasma com tecnologia ldquotandemrdquo com 3MV de tensatildeo maacutexima no terminal e cinco estaccedilotildees

experimentais de linhas distintas incluindo a de RBS

Fonte de iacuteons

Fonte de Plasma um gaacutes ou um vapor eacute ionizado por meio de campos

eletromagneacuteticos na faixa de radiofrequecircncia ou ao ser atravessado por corrente eleacutetrica

Fonte de ldquoSputteringrdquo os iacuteons satildeo produzidos por transferecircncia de momentum

quando da colisatildeo de um feixe primaacuterio (geralmente Cs+) com um alvo soacutelido

Aceleradores ldquotandemrdquo

Neste tipo de acelerador iacuteons positivos deixam a fonte passam por uma troca de

carga (com vapor de Liacutetio ou outro elemento eletropositivo) e satildeo conduzidos com carga

negativa ao tubo acelerador onde satildeo atraiacutedos por um terminal positivo No caso dos iacuteons

produzidos serem originalmente negativos a troca de carga eacute suprimida Junto ao terminal

positivo passam por uma seccedilatildeo contendo um gaacutes ou vapor (N2 no presente caso) ou por uma

folha muito fina de carbono para que os iacuteons emergentes tenham perdido os eleacutetrons Com

carga positiva satildeo novamente acelerados agora por repulsatildeo do terminal Diferenccedilas de

potencial da ordem de vaacuterios milhotildees de volts satildeo obtidas utilizando circuitos multiplicadores

de voltagem que multiplicam e retificam a tensatildeo produzida por um transformador Seguindo

o tubo acelerador geralmente encontra-se um segundo eletroiacutematilde que permite direcionar o

feixe de iacuteons para uma das estaccedilotildees experimentais de acordo com as espeacutecies a serem

detectadas (no presente caso partiacuteculas retroespalhadas)

Detectores de estado soacutelido com junccedilotildees p-n obtidas por implantaccedilatildeo iocircnica

A junccedilatildeo p-n sob polarizaccedilatildeo reversa permite a coleta de cargas geradas na

produccedilatildeo de pares eleacutetron-lacuna Esse fenocircmeno ocorre quando um iacuteon atravessa um

semicondutor excitando eleacutetrons da banda de valecircncia para a banda de conduccedilatildeo que entatildeo

satildeo coletados no acircnodo Dessa forma o nuacutemero de eleacutetrons coletados no acircnodo eacute proporcional

ao nuacutemero de pares de eleacutetron-lacuna produzidos o qual eacute proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo

incidente desde que o iacuteon seja totalmente freado dentro do volume ativo do detector

Analisador multicanal (MCA) no modo de anaacutelise de intensidade de pulso

O MCA consta de uma sequecircncia de registradores onde cada pulso de entrada uma

vez digitalizado por um conversor analoacutegico-digital (ADC) eacute analisado com relaccedilatildeo a sua

amplitude (modo PHA) sob o controle de um discriminador Na sequecircncia o canal de

memoacuteria correspondente tem seu conteuacutedo incrementado em uma unidade Com isso

acumulam-se em um canal especiacutefico todos os pulsos de entrada de um pequeno intervalo de

amplitudes ou energias dos iacuteons incidentes Ao final com a soma dos pulsos recebidos em

cada canal obteacutem-se um histograma do nuacutemero de pulsos em funccedilatildeo de suas amplitudes ou

energias dos iacuteons incidentes

40 METODOLOGIA

41 Amostragem

Amostras de cabelo de 16 pessoas foram coletadas Os doadores foram entrevistados

seguindo o questionaacuterio disponiacutevel no ANEXO I e selecionados de acordo com os seguintes

criteacuterios possuiacuterem cabelos virgens (cabelos sem nenhum tipo de tratamento quiacutemico como

coloraccedilotildees tinturas alisantes entre outros) estarem saudaacuteveis serem natildeo fumantes e viverem

na Regiatildeo Metropolitana do Rio de Janeiro As amostras foram divididas em dois grupos de

oito o primeiro de pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo subterracircneo e o segundo com pessoas

que ingerem a aacutegua tratada e distribuiacuteda pela CEDAE

Foram analisadas amostras de cabelo de duas pessoas que consumiam a aacutegua do

mesmo poccedilo isto eacute duas amostras de cada residecircncia totalizando 4 poccedilos diferentes (a b c

d) na localidade Chaacutecaras Arcampo em Duque de Caxias ndash RJ (Figura 14)

Figura 14 Mapa com os pontos de coleta de amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua

de poccedilo em destaque a localizaccedilatildeo das residecircncias com os poccedilos

Fonte Google Earth Acesso em 30072015

As amostras foram coletadas na regiatildeo occipital da cabeccedila (nuca) como visto na

Figura 15 com o auxiacutelio de uma tesoura de accedilo inoxidaacutevel devidamente limpa com etanol

Essa regiatildeo eacute definida como padratildeo por ser menos suscetiacutevel a contaminaccedilatildeo exoacutegena e

tambeacutem por sempre existir cabelo em indiviacuteduos semicalvos [14] Em seguida as amostras

foram catalogadas e armazenadas em sacos plaacutesticos [5] Informaccedilotildees adicionais sobre o sexo

e a idade dos doadores e o tipo e cor das amostras de cabelo coletadas disponiacuteveis no ANEXO

II

Figura 15 Coleta de amostra de cabelo na regiatildeo occipital da cabeccedila

42 Lavagem das Amostras de Cabelo

Todas as amostras foram submetidas a uma sequecircncia de etapas de lavagem de 10

minutos cada utilizando acetona e aacutegua deionizada (Figura 16) Em seguida foram colocadas

para secar agrave temperatura ambiente de acordo com o procedimento recomendado pela Agecircncia

Internacional de Energia Atocircmica (IAEA) [5]

Figura 16 Lavagem das amostras de cabelo

As amostras analisadas por XRF foram colocadas diretamente no suporte do

equipamento Os fios foram colocados de maneira a se obter a superfiacutecie do porta-amostra

totalmente coberta pelo cabelo a qual em seguida foi coberta por um filme (Ultralenereg 4

microm de espessura) (Figura 17) Para a anaacutelise com o RBS o cabelo foi aderido ao suporte do

porta-amostra com o auxiacutelio de uma fita dupla face de carbono puro (Figura 18)

Figura 17 Amostra de cabelo em porta-amostra do equipamento de Fluorescecircncia de

Raios X

Figura 18 Amostra de cabelo no porta-amostra do equipamento de Espectrometria de

Retroespalhamento Rutherford

43 Paracircmetros Instrumentais

Anaacutelises semiquantitativas de XRF dos elementos presentes no cabelo foram

realizadas no Laboratoacuterio de Impacto de Foacutetons e Eleacutetrons (LIFE) na Universidade Federal do

Rio de Janeiro (UFRJ) Utilizou-se o Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios-X S8 TIGER

ndash BRUKER (Figura 19) na faixa de energia de 05 a 56 keV acircnodo de Rh trabalhando com 1

kW de potecircncia com uma janela de Be de 76 microm atraveacutes do software Quant-Express no

meacutetodo Best Detection O tempo de aquisiccedilatildeo para cada amostra foi de aproximadamente 20

minutos

Os dados por RBS foram realizados no Laboratoacuterio de Implantaccedilatildeo Iocircnica na

Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) Utilizou-se um acelerador de iacuteons

Tandetron - HVEE 3 MV (Figura 20) usando 2000 keV de iacuteons He+ incidentes e detecccedilatildeo de

partiacuteculas retroespalhadas a 165deg

Figura 19 Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X - S8 TIGER - BRUKER

Figura 20 Acelerador de iacuteons Tandetron - HVEE 3 MV onde foi feita a anaacutelise por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford

50 RESULTADOS E DISCUSSOtildeES

51 Anaacutelise por XRF

O espectro completo de XRF da amostra 2 referente ao cabelo de uma pessoa que

ingere aacutegua de poccedilo eacute mostrado na Figura 21 conforme obtido diretamente do equipamento

Eacute possiacutevel identificar as linhas de excitaccedilatildeo do Rh e as linhas de espalhamento Compton e

Rayleigh Os espectros ampliados somente na regiatildeo de interesse com as linhas de

fluorescecircncia Kα e Kβ atribuiacutedas agrave maioria dos elementos (exceto para o chumbo em que se

detectam as linhas Lα e Lβ) e sem as linhas de Rh de todas as amostras analisadas encontram-

se nos ANEXOS III e IV Os elementos analisados e a energia de suas linhas de emissatildeo de

fluorescecircncia Kα e Kβ satildeo apresentados na Tabela 4

Figura 21 Espectro de Fluorescecircncia de Raios X completo da amostra 2

Tabela 4 Energia em keV das principais linhas de emissatildeo de raios x dos elementos

analisados Adaptado de [26]

Os elementos observados e as concentraccedilotildees semiquantitativas das amostras de

cabelo das pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo e das amostras de cabelo das pessoas que

ingerem aacutegua distribuiacuteda pela CEDAE satildeo apresentados respectivamente nas Tabelas 5 e 6

Kα Kβ

Al 1487 1557

Si 1740 1836

P 2014 2139

S 2308 2464

Cl 2622 2816

Ca 3692 4013

Mn 5899 6490

Fe 6404 7058

Cu 8048 8905

Zn 8639 9572

Pb (Linhas Lα e Lβ) 10552 12614

Elementos

Analisados

Energia (keV) das Linhas de

Emissatildeo de Raios X

Tabela 5 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (1 a 8) que

ingerem aacutegua de poccedilo As concentraccedilotildees dos elementos foram normalizadas de modo que a

soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da matriz orgacircnica em conjunto

seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo ldquoa b c drdquo correlacionam a amostra

de cabelo com o poccedilo do qual o indiviacuteduo ingere aacutegua

1 2 3 4 5 6 7 8

Al 002 003 003 34 ppm natildeo det 006 natildeo det 001

Si 001 54 ppm 006 46 ppm 005 002 002 54 ppm

P 003 003 54 ppm 002 001 46 ppm natildeo det 004

S 117 071 115 118 166 135 151 098

Cl 003 65 ppm 002 002 natildeo det 003 natildeo det 61 ppm

Ca 003 003 80 ppm 002 004 002 008 008

Mn 73 ppm 78 ppm 58 ppm 10 ppm natildeo det 91 ppm natildeo det 54 ppm

Fe 001 001 92 ppm 29 ppm 38 ppm 001 27 ppm 83 ppm

Cu 44 ppm 41 ppm 46 ppm 31 ppm natildeo det 44 ppm 37 ppm 36 ppm

Zn 77 ppm 002 91 ppm 82 ppm 41 ppm 92 ppm 40 ppm 98 ppm

Pb 10 ppm 9 ppm 12 ppm 10 ppm natildeo det 10 ppm natildeo det 9 ppm

a b c d

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Elementos

Tabela 6 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (9 a 16)

que ingerem aacutegua tratada e distribuiacuteda pela CEDAE As concentraccedilotildees dos elementos foram

normalizadas de modo que a soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da

matriz orgacircnica em conjunto seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo

9 10 11 12 13 14 15 16

Al 001 36 ppm natildeo det 002 61 ppm 90 ppm 002 natildeo det

Si natildeo det 35 ppm natildeo det 40 ppm 79 ppm 60 ppm natildeo det natildeo det

P 003 34 ppm 003 002 natildeo det 46 ppm natildeo det 41 ppm

S 111 106 116 152 136 145 155 128

Cl 52 ppm 001 002 003 004 005 014 009

Ca 006 004 002 002 001 001 001 001

Mn 51 ppm 9 ppm 32 ppm natildeo det 24 ppm 57 ppm natildeo det 30 ppm

Fe 82 ppm 30 ppm 57 ppm 56 ppm 59 ppm 90 ppm 52 ppm 54 ppm

Cu 31 ppm 51 ppm 28 ppm 27 ppm 31 ppm 44 ppm 14 ppm 29 ppm

Zn 001 001 92 ppm 86 ppm 001 001 42 ppm 001

Pb natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det

Elementos

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

Na anaacutelise semiquantitativa por XRF pode-se verificar a presenccedila de elevadas

concentraccedilotildees de enxofre o que jaacute era esperado visto que este elemento faz parte da estrutura

da cisteiacutena o aminoaacutecido em maior quantidade na composiccedilatildeo do cabelo

Os elementos Ca Zn e Fe foram detectados em todas as amostras dos dois grupos O

Ca aparece na maior parte das amostras em concentraccedilotildees da ordem de enquanto que o Zn

e o Fe da ordem de ppm Os elementos Al P Mn Cl Si e Cu aparecem na maioria das

amostras em ambos os grupos No entanto o Pb foi observado em concentraccedilotildees da ordem de

ppm somente em amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo

Para as amostras 5 7 e 15 utilizou-se um porta amostra com maacutescara de 8 mm de

diacircmetro ao inveacutes da maacutescara de 34 mm utilizada para as outras amostras devido a pouca

quantidade de cabelo coletado Agrave vantagem de poder utilizar menos amostra com a maacutescara

de 8 mm contrapotildee-se um aumento do ruiacutedo de fundo e a consequente perda da sensibilidade

na anaacutelise Tal fato pode provavelmente justificar a quantidade menor de elementos

observados nessas amostras em comparaccedilatildeo com as demais incluindo a ausecircncia do elemento

chumbo nas amostras 5 e 7 jaacute que o mesmo aparece nas amostras 6 e 8 das pessoas que

bebem a mesma aacutegua dos poccedilos c e d respectivamente

52 Anaacutelise por RBS

Apresenta-se na Figura 22 o espectro de RBS da amostra 2 adquirido durante 8

horas de anaacutelise e apoacutes tratamento dos dados atraveacutes do programa computacional OriginPro 8

Duas ampliaccedilotildees (I e II) nas regiotildees de mais alta energia satildeo apresentadas nas Figuras 23 e

24 Observou-se a presenccedila dos elementos C N O Si S Cl Ti Cu Zn e Pb

As energias dos iacuteons He+ retroespalhados a partir da interaccedilatildeo com os nuacutecleos de Pb

e Hg satildeo muito proacuteximas tornando difiacutecil a resoluccedilatildeo dos sinais No entanto o Hg natildeo foi

observado em nenhuma das amostras por XRF enquanto o Pb pode ser detectado claramente

Conclui-se portanto que o degrau no espectro eacute correspondente ao Pb

Utilizando-se o caacutelculo da seccedilatildeo de choque de espalhamento Rutherford foi possiacutevel

obter uma anaacutelise quantitativa relativa da amostra 2 Para isso foi escolhido o enxofre como

elemento padratildeo devido ao fato do S estar presente em todas as amostras de cabelo e ser

facilmente detectaacutevel por ambas as teacutecnicas Para cada aacutetomo de S na amostra de cabelo as

seguintes proporccedilotildees atocircmicas foram obtidas 115 x 102 C 274 x 10

1 N 157 x 10

1 O 479 x

10-1

Si 641 x 10-1

Cl 454 x 10-2

Ti 162 x 10-2

Cu 265 x 10-2

Zn e 504 x 10-4

Pb

Figura 22 Espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da amostra 2

(grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 23 Ampliaccedilatildeo I do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 24 Ampliaccedilatildeo II do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

60 CONCLUSOtildeES

As teacutecnicas de XRF e RBS mostraram-se eficientes e complementares na

determinaccedilatildeo de vaacuterios elementos presentes em amostras de cabelo humano Atraveacutes das duas

teacutecnicas foi possiacutevel detectar de forma semiquantitativa a presenccedila de elementos desde o Al

ateacute o Pb Por RBS tambeacutem foram detectados elementos mais leves como C N e O A

utilizaccedilatildeo conjunta das duas teacutecnicas permitiu a identificaccedilatildeo inequiacutevoca de Pb no espectro de

RBS

Eacute evidente que as concentraccedilotildees dos elementos nas amostras de cabelo dependem de

diversos fatores tais como o tipo de alimentaccedilatildeo idade sexo ambiente em que o indiviacuteduo

vive e podem ser provenientes de meios exoacutegenos e endoacutegenos Entretanto considerando o

natildeo aparecimento do Pb em nenhuma das amostras de cabelo das pessoas que ingerem aacutegua

distribuiacuteda pela CEDAE aleacutem das anaacutelises preacutevias da aacutegua dos poccedilos da aacuterea em estudo eacute

possiacutevel afirmar que existe uma elevada possibilidade da aacutegua de poccedilo estaacute atuando como

uma fonte de contaminaccedilatildeo de Pb para as pessoas Como o Pb eacute um elemento toacutexico com

propriedade de bioacumulaccedilatildeo sua presenccedila pode gerar danos irreversiacuteveis aos organismos

vivos

70 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS

Como sugestotildees deste estudo podemos indicar

Realizar uma anaacutelise quantitativa de um nuacutemero mais amplo de amostras

Efetuar uma comparaccedilatildeo com materiais de referecircncia certificados a fim de

determinar com um grau de confiabilidade mais elevado se as quantidades de

chumbo detectadas nas amostras de cabelo estatildeo acima do intervalo de valores

considerados aceitaacuteveis

80 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

[1] POZEBON D DRESSLER V L CURTIUS A J Anaacutelise de cabelo uma revisatildeo

dos procedimentos para a determinaccedilatildeo de elementos traccedilo e aplicaccedilotildees Quiacutem Nova

1999 22 (6) 838-846

[2] FRAZAtildeO S V Estudo da determinaccedilatildeo de elementos traccedilo em cabelos humanos

pelo meacutetodo de anaacutelise por ativaccedilatildeo de necircutrons Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Ciecircncias na

Aacuterea de Tecnologia Nuclear ndash Aplicaccedilotildees Instituto de Pesquisas Energeacuteticas e Nucleares ndash

Universidade de Satildeo Paulo - USP Satildeo Paulo 2008

[3] CARNEIRO M T W D SILVEIRA C L P MIEKELEY N FORTES L M C

Reference intervals for minor and trace elements in human hair for the population of

Rio de Janeiro city Brazil Quiacutem Nova 2002 25 (1) 37-45

[4] KEMPSON I M SKINNER W M KIRKBRIDE K P The ocurrence and

incorporation of copper and zinc in hair and their potential role as bioindicators a

review Journal of Toxicology and Environmental Health 2007 B 10 611-622

[5] CORTES-TORO E DE GOEIJ J J M BASCO J CHENG Y KINOVA L

MATSUBARA J NIESE S SATP T WESENBERG G R MURAMATSU Y PARR

R M The significance of hair mineral analysis as a means for assessing internal body

burdens of environmental pollutants results from an IAEA co-ordinated research

programme Journal of Radionalytical and Nuclear Chemistry 1993 167 (2) 413-421

[6] CLAYTON E WOOLER K K Sample preparation and system calibration for

Proton-Induced X-ray Emission analysis of hair from occupationally exposed workers

Anal Chem198557 1075-1079

[7] MIEKELEY N CARNEIRO M T W D SILVEIRA C L P How reliable are

human hair reference intervals for trace elements The Science of the Total Environment

1998 218 9-17

[8] MIEKELEY N FORTES L M C SILVEIRA C L P LIMA M B Elemental

anomalies in hair as indicators of endocrinologic pathologies and deficiencies in calcium

and bone metabolism Journal of Trace Elements in Medicine and Biology 2001 15 46-55

[9] TORIBARA T Y JACKSON D A FRENCH W R THOMPSON A C

JACKLEVIC J M Nondestructive X-Ray Fluorescence Spectrometry for determination

of trace elements along a single strand of hair Anal Chem 1982 54 1844-1849

[10] KHUDER A BAKIR M A HASAN R MOHAMMAD A Determination of

nickel cuper zinc and lead in human scalp hair in Syrian occupationally exposed

workers by total reflection X-Ray Fluorescence Environ Monit Assess 2008 143 67-74

[11] BARANOWSKA I BARCHANSKI L BAK M SMOLEC B MZYK Z X-Ray

Fluorescence Spectrometry in multielemental analysis of hair and teeth Polish Journal of

Environmental Studies 2004 13 (6) 639-646

[12] WATT F LANDSBERG J P Nuclear microscopy biomedical applications

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research 1993 B 77 249-260

[13] PAIXAtildeO P V GOMES L M B Anaacutelise de aacutegua de poccedilos subterracircneos na

localidade Chaacutecaras Arcampo em Duque de Caxias ndash RJ Relatoacuterio Final de Estaacutegio

Iniciaccedilatildeo Cientiacutefica Instituto de Quiacutemica ndash Universidade Federal do Rio de Janeiro ndash UFRJ

Rio de Janeiro 2012

[14] ANUNCIACcedilAtildeO D L R Anaacutelise de elementos maiores menores e traccedilo em

amostras de cabelo aplicado a triagem populacional com elevada incidecircncia de cacircncer

Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Quiacutemica Instituto de Quiacutemica ndash Universidade de Brasiacutelia

Brasiacutelia ndash Distrito Federal 2008

[15] TEGON E C Caracterizaccedilatildeo Quiacutemica do Enxofre e do Caacutelcio presentes em

amostras de cabelos empregando as teacutecnicas XRF e NEXAFS Projeto de Final de Curso

em Quiacutemica com Atribuiccedilotildees Tecnoloacutegicas Instituto de Quiacutemica ndash Universidade Federal do

Rio de Janeiro Rio de Janeiro 2013

[16] Dossiecirc os minerais na alimentaccedilatildeo Food Ingredients Brasil 2008 ndeg 4 48-65

Disponiacutevel em lt wwwrevista-ficommaterias52pdfgt Acesso em 30 de julho de 2015

[17] CEDAE Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos Disponiacutevel em

ltwwwcedaecombrgt Acesso em 30 de julho de 2015

[18] IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatiacutestica Censo Brasileiro de 2010 Rio de

Janeiro 2010 Disponiacutevel em ltwwwcenso2010ibgegovbrgt Acesso em 30 de julho de

2015

[19] RESENDE D ALENCAR E ALMEIDA R BERTA R Principal reservatoacuterio do

Paraiacuteba do Sul Paraibuna chega ao volume morto pela primeira vez Jornal O Globo 22

de janeiro de 2015 Disponiacutevel em httpogloboglobocomrioprincipal-reservatorio-do-

paraiba-do-sul-paraibuna-chega-ao-volume-morto-pela-primeira-vez-gt Acesso em 30 de

julho de 2015

[20] Fundamentos teoacutericos da teacutecnica de anaacutelise espectromeacutetrica por fluorescecircncia de

raios-x PUC-Rio ndash Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em

lthttpwwwmaxwellvracpuc-riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 30 de julho de 2015

[21] TASCH P DAMIANI F OLIVEIRA L C M IE - 607A Teacutecnicas de anaacutelise e

caracterizaccedilatildeo de materiais Universidade Estadual de Campinas ndash UNICAMP Campinas

2000

[22] FILHO V F N Teacutecnicas analiacuteticas nucleares de Fluorescecircncia de Raios ndashX por

Dispersatildeo de Enerdia (ED-XRF) e por Reflexatildeo Total (TXRF) Departamento de Ciecircncias

Exatas ESALQ Laboratoacuterio de Instrumentaccedilatildeo Nuclear CENA Universidade de Satildeo Paulo

ndash USP Satildeo Paulo 1999

[23] PERDONAacute C R Introduccedilatildeo a espectrometria de Fluorescecircncia de Raios-X Manual

Teacutecnico ndash BRUKER 2014

[24] O espectrocircmetro de fluorescecircncia de raios-x Thermo ARL 9900 PUC-Rio ndash

Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em lthttpwwwmaxwellvracpuc-

riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 08 de agosto de 2015

[25] KRUG C Superfiacutecies porosas recobertas com metalocenos anaacutelise multivariada

envolvendo caracterizaccedilatildeo com feixe de iacuteons Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Fiacutesica Instituto

de Fiacutesica Universidade Federal do Rio Grande do Sul ndash UFRGS Porto Alegre 2000

[26] TABACNIKS M H Anaacutelise de filmes finos por PIXE e RBS Instituto de Fiacutesica da

Universidade de Satildeo Paulo Disponiacutevel em ltwww2ifuspbr~lamfipixeamprbspdfgt Acesso

em julho de 2015

[27] ALMEIDA C R Efeito de tratamentos teacutermico e quiacutemico de aerogeacuteis de oacutexido de

estanho Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Engenharia Eleacutetrica Universidade Federal de Santa

Catarina Florianoacutepolis 2013

[28] ATTWOOD D T HENKE B L et al X-Ray Data Booklet Lawrence Berkeley

Laboratory University of California Berkeley California 1986

ANEXO I

MODELO DO QUESTIONAacuteRIO PREENCHIDO ANTES DA COLETA DAS AMOSTRAS

DE CABELO

Coacutedigo da amostra

Nome

Idade (anos)

Endereccedilo

Fuma Sim ( ) Natildeo ( )

Ingere aacutegua de que tipo (poccedilo CEDAE) Poccedilo ( ) CEDAE ( )

Fez algum tipo de tratamento quiacutemico no cabelo

(coloraccedilatildeo alisamento etc)Sim ( ) Natildeo ( )

Qual Quando foi a uacuteltima vez

Esteve bem de sauacutede nos uacuteltimos 6 meses Sim ( ) Natildeo ( )

Data da coleta

Responsaacutevel pela coleta

COLETA DE AMOSTRA DE CABELO

ANEXO II

INFORMACcedilOtildeES ADICIONAIS SOBRE OS DOADORES E AS AMOSTRAS DE

CABELO COLETADAS

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

1 Feminino 62 Cacheado Castanho Escuro

2 Feminino 27 Cacheado Castanho Escuro

3 Feminino 17 Liso Castanho Escuro

4 Feminino 10 Cacheado Castanho Escuro

5 Feminino 58 Liso Castanho Escuro

6 Feminino 7 Cacheado Castanho Escuro

7 Masculino 17 Liso Castanho Claro

8 Feminino 39 Liso Castanho Escuro

Pessoas que Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

9 Feminino 41 Cacheado Castanho Escuro

10 Feminino 17 Ondulado Castanho Claro

11 Masculino 1 Cacheado Castanho Escuro

12 Feminino 11 Liso Castanho Escuro

13 Masculino 21 Liso Castanho Escuro

14 Masculino 42 Cacheado Preto

15 Masculino 6 Liso Preto

16 Masculino 14 Liso Preto

Pessoas que Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

ANEXO III

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DE POCcedilO (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 1

Amostra 2

Amostra 3

Amostra 4

Amostra 5

Amostra 6

Amostra 7

Amostra 8

ANEXO IV

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DISTRIBUIacuteDA PELA CEDAE (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 9

Amostra 10

Amostra 11

Amostra 12

Amostra 13

Amostra 14

Amostra 15

Amostra 16

Page 22: Dissertação Priscilla Velasco da Paixão

Figura 4 Estrutura da Cisteiacutena e da Cistina Reaccedilatildeo de oxi-reduccedilatildeo formando a ponte

dissulfeto Adaptado de httpltbiocienciascpoblogspotcombr201211resumo-

proteinashtmlgt

A incorporaccedilatildeo de elementos ao cabelo pode ocorrer por dois meios exoacutegeno e

endoacutegeno A incorporaccedilatildeo endoacutegena ocorre no primeiro estaacutegio de crescimento do fio onde o

foliacuteculo capilar encontra-se em contato com as glacircndulas secretoras e vasos sanguiacuteneos

Assim os elementos quiacutemicos que circulam no organismo atraveacutes dos fluidos podem

incorporar-se ao cabelo Estima-se que o periacuteodo entre a absorccedilatildeo pelo indiviacuteduo e a

incorporaccedilatildeo de elementos no cabelo seja de 30 dias Um modelo mais simples sugere que a

incorporaccedilatildeo endoacutegena ocorra de forma passiva isto eacute por difusatildeo [1] Os metais ligam-se

aos aminoaacutecidos atraveacutes de seus grupos funcionais como sulfidrila (-SH) amina (-NH2)

hidroxila (-OH) e carboxila (-COOH) nos quais a forccedila destas ligaccedilotildees dependeraacute da

estrutura eletrocircnica externa do metal [14]

Na incorporaccedilatildeo exoacutegena os elementos quiacutemicos satildeo levados ao cabelo por fatores

externos como aacutegua poeira fumaccedila cosmeacuteticos entre outros Os elementos podem ligar-se agrave

cutiacutecula do fio capilar principalmente se as cutiacuteculas estiverem danificadas [14]

32 Elementos Essenciais e Natildeo Essenciais e a Sauacutede Humana

Os elementos traccedilos podem ser divididos em essenciais e natildeo essenciais de acordo

com a importacircncia nutricional e a influecircncia no organismo dos seres vivos Os elementos

traccedilo essenciais satildeo considerados beneacuteficos e indispensaacuteveis para os seres vivos dentro de

uma faixa especiacutefica de concentraccedilatildeo Na Tabela 2 estatildeo listados os elementos traccedilo

essenciais e suas respectivas funccedilotildees bioloacutegicas [214]

Tabela 2 Elementos traccedilo essenciais e algumas de suas funccedilotildees bioloacutegicas

Adaptado de [14 16]

B Previne a osteoporose em mulheres na fase poacutes-menopausa

CaImportante na coagulaccedilatildeo sanguinea na contraccedilatildeo muscular transmissatildeo nervosa e

formaccedilatildeo de ossos e dentes

Cl Presente no suco gaacutestrico manteacutem o equilibrio hidrico e de eletroacutelitos

Co Constituinte da vitamina B12

Cr Importante no metabolismo da glicose

Cu Cofator em enzimas redox e no transporte de O2

F Prevenccedilatildeo das patologias bucodentaacuteria e oacutessea atua tambeacutem nos tecidos celulares

Fe Cofator em muitas enzimas e proteiacutenas heme

IPresente na estrutura de dois fatores hormonais da glacircndula tireoacuteide (tiroxina e

triiodotiroxina)

KImportante na regulaccedilatildeo da atividade neuromuscular crescimento celular e equiliacutebrio

osmoacutetico

MgRegula diversas reaccedilotildees enzimaacuteticas e age sobre as trocas iocircnicas da membrana

celular

MnCofator em muitas enzimas auxilia na reduccedilatildeo de accedilucar no sangue e a regular o

funcionamento do sistema reprodutivo

Elementos Essenciais e suas Funccedilotildees Bioloacutegicas

Os elementos traccedilo natildeo essenciais satildeo aqueles que natildeo apresentam nenhuma funccedilatildeo

no metabolismo das espeacutecies animais e vegetais e quando estatildeo em alta concentraccedilatildeo podem

provocar efeitos negativos ao organismo dos seres vivos Na Tabela 3 estatildeo listados alguns

elementos traccedilo natildeo essenciais e suas toxicidades [214]

Mo Cofator em enzimas que metabolizam os aminoaacutecidos metionina e cistina

NaAtua no controle osmoacutetico volume plasmaacutetico transmissatildeo de impulsos nervosos e

controle da contraccedilatildeo muscular

Ni A essencialidade eacute provaacutevel mas ainda natildeo estaacute estabelecida

PAtua na formaccedilatildeo dos ossos e dentes participa da estrutura das membranas

celulares e do processo de absorccedilatildeo renal da glicose

SParticipa da construccedilatildeo das proteiacutenas e no metabolismo energeacutetico faz parte de

algumas vitaminas (tiamina e biotina)

SeParticipaccedilatildeo na siacutentese de hormocircnios tireoideanos na accedilatildeo antioxidante e eacute cofator

em enzimas

Si Atua na estrutura da derme promovendo sua elasticidade

Sn A essencialidade eacute provaacutevel mas ainda natildeo estaacute estabelecida

V A essencialidade eacute provaacutevel mas ainda natildeo estaacute estabelecida

ZnCofator em algumas enzimas e na insulina tambeacutem exerce influecircncia no metabolismo

dos aacutecidos nucleiacutecos

Tabela 3 Elementos traccedilo natildeo essenciais e suas toxicidades Adaptado de [14]

Os termos macrominerais e microminerais (ou elementos-traccedilo) tambeacutem satildeo muito

utilizados no meio cientiacutefico principalmente na aacuterea de nutriccedilatildeo Os macrominerais satildeo

aqueles elementos encontrados em altas concentraccedilotildees nas amostras geralmente acima de

1 ou cuja necessidade diaacuteria no organismo seja maior que 100 mg No cabelo satildeo

considerados macrominerais por exemplo Ca P S Mg Na K e Cl Jaacute os microminerais satildeo

aqueles encontrados em baixas concentraccedilotildees na amostra (ppm ou ppb) ou cuja necessidade

no organismo seja inferior a 100 mg por dia No cabelo podem ser citados os seguintes

microminerais Fe Zn Cu Mn I Cr Se F Co Ni Si e Mo [114]

33 Abastecimento de Aacutegua na Regiatildeo de Amostragem

No Estado do Rio de Janeiro a captaccedilatildeo tratamento aduccedilatildeo e distribuiccedilatildeo das redes

de aacutegua ficam a cargo da CEDAE ndash Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos No presente

momento a CEDAE abastece cerca de 9 milhotildees de pessoas em 64 dos 92 municiacutepios do

Estado sendo Duque de Caxias um desses [17]

O abastecimento de aacutegua pela CEDAE na cidade de Duque de Caxias nunca ocorreu

de forma contiacutenua e natildeo haacute garantia da manutenccedilatildeo da qualidade da aacutegua ateacute a chegada ao

Al

Causa ao organismo anemia enfraquecimento dos ossos e muacutesculos

dificuldade no metabolismo do caacutelcio alteraccedilotildees hepatoloacutegicas e

renais dores de cabeccedila e nervosismo

AsInterrompe a expressatildeo de diversos genes em especial aqueles que

participam das vias de transduccedilatildeo de sinal

CdOcasiona perda de peso hemorragia danos ao sistema respiratoacuterio

hepatoloacutegico e renal

PbGera alteraccedilotildees cardiovasculares gastrointestinais hematoloacutegicas

renais neuroloacutegicas e imunoloacutegicas

Elementos Natildeo Essenciais e suas Toxicidades

consumidor Segundo dados do CENSO-2010 dos 269353 domiciacutelios estabelecidos no

municiacutepio de Duque de Caxias apenas 63 alegaram receber aacutegua de redes de distribuiccedilatildeo

[18] Diante do cenaacuterio atual em que o Sudeste vive a maior crise hiacutedrica dos uacuteltimos cem

anos devido agrave escassez de chuvas os reservatoacuterios que abastecem o estado do Rio de Janeiro

encontram-se em niacuteveis muito baixos e alguns deles chegaram ao volume morto (reserva

teacutecnica) Com isso o abastecimento de aacutegua para a populaccedilatildeo estaacute a cada dia mais escasso

Na Figura 5 apresenta-se uma foto da situaccedilatildeo do maior reservatoacuterio da Bacia do Rio Paraiacuteba

do Sul (em fevereiro deste ano) Este reservatoacuterio alimenta a Estaccedilatildeo de Tratamento de Aacutegua

do Guandu que por sua vez eacute responsaacutevel pelo abastecimento de toda a Regiatildeo Metropolitana

do Rio de Janeiro [19]

Figura 5 Reservatoacuterio Paraibuna localizado na Bacia do Rio Paraiacuteba do Sul apoacutes estiagem dos uacuteltimos anos

Na foto o reservatoacuterio estaacute com -056 da capacidade (volume morto) 03022015 Fonte http

ltogloboglobocomrionivel-de-reservatorios-do-rio-paraiba-do-sul-apresentam-leve-melhora-apos-chuvas-

fortes-15229418gt Acesso em 30072015

Devido aos fatores mencionados aliados agrave facilidade de manutenccedilatildeo e ao baixo custo

de perfuraccedilatildeo a utilizaccedilatildeo de aacutegua de poccedilo subterracircneo (Figura 6) eacute cada vez mais requisitada

para suprir as carecircncias de abastecimento No Brasil o aquiacutefero subterracircneo abastece cerca de

19 do total dos domiciacutelios particulares enquanto que no municiacutepio de Duque de Caxias este

percentual atinge os 35 segundo o CENSO-2010 [18]

Figura 6 Poccedilo subterracircneo em Duque de Caxias

34 Fluorescecircncia de Raios X - Teoria

A Espectroscopia de Fluorescecircncia de Raios X eacute uma teacutecnica natildeo destrutiva que

permite a identificaccedilatildeo simultacircnea (qualitativa e quantitativa) de elementos presentes em uma

amostra A teacutecnica baseia-se no fato dos elementos quiacutemicos emitirem radiaccedilotildees

caracteriacutesticas quando submetidos a uma excitaccedilatildeo adequada [20-23]

As amostras satildeo irradiadas com foacutetons (feixe de raios x) gerados por uma fonte Esse

feixe de raios x primaacuterio possui energia suficiente para ejetar eleacutetrons de camadas internas do

aacutetomo (camadas com maior energia de ligaccedilatildeo) transferindo energia para este eleacutetron que eacute

ejetado como fotoeleacutetron O aacutetomo fica instaacutevel (excitado) com uma vacacircncia na camada

interna Com o intuito de diminuir a energia do sistema eleacutetrons de outras camadas

preenchem essa lacuna A diferenccedila de energia entre os niacuteveis da transiccedilatildeo eletrocircnica eacute

liberada atraveacutes da emissatildeo de um foacuteton de raios x (fluorescecircncia ou raio x secundaacuterio) que

tem energia caracteriacutestica para cada elemento como ilustrado na Figura 7 A energia do raio x

caracteriacutestico eacute fornecida pela Equaccedilatildeo 1 [20-23]

Ex = Eni - Enf (Eq1)

Onde

Ex = energia do raio x caracteriacutestico emitido

Eni Enf = energia dos estados eletrocircnicos inicial e final respectivamente

Figura 7 Esquema do princiacutepio da Fluorescecircncia de Raios X

Fonteltwwwshimadzucombrgt Acesso em 30072015

A radiaccedilatildeo caracteriacutestica eacute nomeada de acordo com o niacutevel de onde se apresenta a

vacacircncia (K L M) e de qual niacutevel (α β) e subniacutevel (1 2) proveacutem o eleacutetron que iraacute

ocupar essa lacuna Por exemplo a vacacircncia originada na camada K pode ser preenchida por

eleacutetrons de dois subniacuteveis da camada L o que origina as linhas espectrais Kα1 e Kα2 Se a

vacacircncia da camada K fosse ocupada por um eleacutetron da M teria-se o Kβ e assim por diante

[23]

Com isso os elementos em uma amostra podem ser identificados atraveacutes da medida

do comprimento de onda (ou energia) dessas radiaccedilotildees caracteriacutesticas e as concentraccedilotildees

mensuradas pela intensidade dessas radiaccedilotildees [2123]

Quando um feixe de raios x incide sobre um determinado material diversas formas

de interaccedilatildeo entre a radiaccedilatildeo e a mateacuteria podem ocorrer tais como o Efeito Auger e os

espalhamentos Rayleigh e Compton [20-23]

O processo de relaxaccedilatildeo natildeo-radiativa ou Efeito Auger ocorre quando o aacutetomo

excitado emite um eleacutetron (eleacutetron Auger) ao inveacutes do processo de fluorescecircncia (Figura 8)

Esses dois processos de relaxaccedilatildeo do sistema satildeo concorrentes e a predominacircncia de um ou de

outro depende do numero atocircmico O Efeito Auger prevalece em elementos com baixo

nuacutemero atocircmico (Zlt20) [21]

Figura 8 Efeito Auger [20]

O fenocircmeno de espalhamento de raios x eacute importante em espectroscopia pois eacute

responsaacutevel pela intensidade da radiaccedilatildeo de fundo (background) presente em uma

determinada medida Ele eacute a soma dos efeitos de dois fenocircmenos o espalhamento coerente

elaacutestico ou Rayleigh no qual os raios x primaacuterios satildeo defletidos sem perda de energia isto eacute

sem alteraccedilatildeo no comprimento de onda (λ) e o espalhamento incoerente inelaacutestico ou

Compton no qual foacutetons de raios x primaacuterio satildeo defletidos com perda de energia e com

ejeccedilatildeo de um fotoeleacutetron (Figura 9) [21]

Figura 9 Espalhamento Compton e Rayleigh [21]

35 Fluorescecircncia de Raios X - Instrumentaccedilatildeo

Na Figura 10 pode ser observado um esquema com os principais componentes do

espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X por Dispersatildeo de Comprimento de Onda

(WDXRF - Wavelength Dispersive X-ray Fluorescence) utilizado neste trabalho Suas

funccedilotildees seratildeo descritas em seguida [23]

Figura 10 Instrumentaccedilatildeo do Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X por Dispersatildeo de

Comprimento de Onda - S8 TIGER - BRUKER [23]

Tubo de Raios X

A radiaccedilatildeo incidente eacute produzida em um tubo de raios x consistindo em uma ampola

de vidro ou de metal sob alto vaacutecuo com um filamento de tungstecircnio em uma extremidade

denominado caacutetodo e um alvo de metal na outra extremidade denominado acircnodo

O filamento eacute aquecido por uma corrente eleacutetrica e emite eleacutetrons (emissatildeo

termiocircnica) Os eleacutetrons satildeo acelerados rumo a um acircnodo (alvo) empregando-se uma

diferenccedila de potencial (10-70 kV) Raios x primaacuterios satildeo produzidos quando esses eleacutetrons

com alta velocidade colidem com o material alvo Com o impacto a maior parte da energia

cineacutetica dos eleacutetrons eacute convertida em calor exigindo que o acircnodo seja resfriado de forma

eficiente Apenas uma pequena parte (02-05 dependendo do tipo do alvo) da energia

eletrocircnica eacute convertida em raios x uacuteteis

Essa radiaccedilatildeo consiste em um Contiacutenuo ou Bremsstrahlung e linhas de raios x

caracteriacutesticas do material alvo (aleacutem de linhas caracteriacutesticas de quaisquer contaminantes

presentes) Assim o espectro primaacuterio de um tubo de raios x convencional consiste em linhas

caracteriacutesticas do material do acircnodo (por exemplo Rh) superpostas a um contiacutenuo de

radiaccedilatildeo

Os tubos de raios x satildeo geralmente isolados atraveacutes de uma janela de beriacutelio pois

esse elemento apresenta baixa absorccedilatildeo de raios x e alta resistecircncia mecacircnica para suportar as

diferenccedilas de pressatildeo

Filtros do Feixe Primaacuterio

O espectro primaacuterio pode natildeo conter apenas as linhas do elemento-alvo mas tambeacutem

as linhas de impurezas como Fe Cr ou Cu presentes em vaacuterias partes do tubo Desta forma o

niacutevel de fundo (background) na posiccedilatildeo desses elementos no espectro pode ser elevado

Filtros de feixe primaacuterio satildeo utilizados para filtrar as linhas caracteriacutesticas do tubo se

o mesmo elemento estiver presente na amostra ou se houver sobreposiccedilatildeo por uma linha do

tubo em linhas de elementos da amostra No equipamento em que foram feitas as anaacutelises satildeo

utilizados (automaticamente) os filtros de Cu de 200 microm de espessura e o de Al de 500 microm de

espessura

Maacutescara

Delimita a aacuterea da amostra que seraacute irradiada

Selo de vaacutecuo (Vacuum seal )

Protege o sistema de detecccedilatildeo dos foacutetons de raios x de qualquer vazamento de

amostra

Goniocircmetro

Em equipamentos de dispersatildeo sequencial empregam-se uma ldquogeometria do feixe

paralelordquo ou uma ldquogeometria de cristal planardquo permitindo que os acircngulos do cristal e do

detector sejam selecionados por um aparelho chamado goniocircmetro

O goniocircmetro eacute uma estrutura de rotaccedilatildeo que permite que o cristal e o detector

possuam um movimento angular acoplado θ a 2θ entre eles

Colimador

Colima o feixe divergente de raios x emitido pela amostra Satildeo normalmente feitos

de uma seacuterie de lacircminas paralelas O comprimento e o espaccedilamento entre as lacircminas

determinam a divergecircncia angular admitida pelo colimador Essa divergecircncia angular

juntamente com o cristal determina a resoluccedilatildeo final do espectro

Pode-se melhorar a resoluccedilatildeo fechando o colimador para minimizar a divergecircncia

Poreacutem com isso a intensidade tambeacutem diminui Assim torna-se necessaacuterio um equiliacutebrio

entre a resoluccedilatildeo final (necessaacuteria para evitar sobreposiccedilotildees espectrais importantes) e a

sensibilidade (relacionada com a intensidade)

Cristal

Separa os vaacuterios comprimentos de onda emitidos pela amostra A lei de Bragg

(equaccedilatildeo 2) propotildee que se um plano cristalino tiver um espaccedilamento interplanar (d) refletindo

um comprimento de raios x (λ) essa onda difere em caminho percorrido por uma distacircncia

(2dsenθ) da onda refletida pelo plano adjacente Quando esse caminho percorrido difere por

um nuacutemero inteiro de comprimento de onda tem-se uma interferecircncia construtiva e os raios x

refletidos satildeo reforccedilados Caso contraacuterio tem-se uma interferecircncia destrutiva e os raios x

refletidos se anulam A equaccedilatildeo de Bragg (2)

119899120582 = 2119889119904119890119899120579 (Eq 2)

Onde

n = nuacutemero inteiro (1 2 3) chamado Ordem de Difraccedilatildeo

d = espaccedilamento interplanos no cristal utilizado

θ = acircngulo de Bragg ou acircngulo de difraccedilatildeo

λ = comprimento de onda da linha espectral

Dessa forma para um dado plano cristalino e uma dada ordem de difraccedilatildeo cada

comprimento de onda no espectro de XRF incidente eacute difratado em um uacutenico acircngulo O

comprimento de onda maacuteximo que o proacuteprio plano cristalino pode difratar eacute 2d (quando senθ

assume o valor maacuteximo de 1) Portanto eacute necessaacuterio um cristal ou um plano cristalino com

diferentes valores de 2d para cobrir diferentes intervalos de comprimento de onda em toda a

tabela perioacutedica No espectrocircmetro utilizado neste trabalho foram usados os seguintes cristais

XS-55 (multicamada de WSi) do C ateacute o Mg PET (Pentaeritriato) do Al ateacute o Ti e LiF 200

do K ateacute o U

Detector

Converte os foacutetons de raios x em pulsos de tensatildeo mensuraacuteveis Satildeo utilizados dois

detectores para cobrir todos os elementos do Be ao U Detector de fluxo proporcional

(preenchido com Ar) para elementos do Be ao Cr e o detector de cintilaccedilatildeo de NaI(Tl) para

elementos do Mn ao U

Detectores de fluxo proporcional

Satildeo detectores de radiaccedilatildeo que operam a partir da ionizaccedilatildeo de gases Satildeo

constituiacutedos por um conjunto de eletrodos e um gaacutes Quando o gaacutes eacute colocado entre dois

eletrodos aos quais eacute aplicada certa diferenccedila de potencial os caacutetions e eleacutetrons produzidos

pela passagem de radiaccedilatildeo seratildeo atraiacutedos pelos eletrodos de carga oposta e por eles seratildeo

coletados Na regiatildeo de verdadeira proporcionalidade (Equaccedilatildeo 3) a razatildeo entre a carga

coletada pelos eletrodos e a carga gerada pela ionizaccedilatildeo primaacuteria manteacutem-se constante para as

diferenccedilas de potencial (∆V) aplicadas e com um capacitor de capacitacircncia (C)

Quando a radiaccedilatildeo atravessa esse tipo de detector e produz pares iocircnicos (formados

por eleacutetrons e caacutetions do gaacutes) esses caacutetions (ionizaccedilatildeo primaacuteria) satildeo acelerados adquirindo

energia suficiente para produzir novos pares iocircnicos (ionizaccedilatildeo secundaacuteria) por colisatildeo com

moleacuteculas inicialmente neutras do gaacutes Assim haacute uma multiplicaccedilatildeo do nuacutemero de pares

original A carga coletada eacute igual agrave carga produzida pela radiaccedilatildeo (Q) multiplicada por um

fator (M) denominado ldquoganhordquo

∆119881 = (119872119876)

119862 (Eq 3)

Portanto o sinal produzido tem altura proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo incidente

Detectores de cintilaccedilatildeo

O cintilador eacute uma substacircncia soacutelida ou liacutequida na qual a energia de radiaccedilatildeo

incidente eacute transferida aos eleacutetrons do material sendo depois emitida na forma de radiaccedilatildeo

eletromagneacutetica de frequecircncia menor (visiacutevel ou ultravioleta)

O detector de cintilaccedilatildeo utilizado eacute constituiacutedo por um cristal de NaI(Tl) (iodeto de

soacutedio ativado com 1 de iodeto de taacutelio) no qual ocorre a emissatildeo de radiaccedilatildeo de frequecircncia

menor aleacutem de um fotomultiplicador onde essa radiaccedilatildeo luminosa eacute transformada em pulso

eleacutetrico e amplificada

O mecanismo de cintilaccedilatildeo nos cristais inorgacircnicos baseia-se na propriedade dos

semicondutores terem banda de valecircncia e banda de conduccedilatildeo Na banda de valecircncia os

eleacutetrons estatildeo essencialmente ligados aos siacutetios do cristal Jaacute na banda de conduccedilatildeo os

eleacutetrons tecircm energia suficiente para migrar atraveacutes do cristal No cristal puro natildeo satildeo

encontrados eleacutetrons na banda proibida

Ao incidir uma radiaccedilatildeo no cristal pode ocorrer excitaccedilatildeo de eleacutetrons ateacute a banda de

conduccedilatildeo deixando lacunas na banda de valecircncia (normalmente preenchida)

No cristal puro a energia necessaacuteria para formar um par eleacutetronlacuna eacute

aproximadamente a mesma liberada quando esse par se recombina Assim os espectros de

absorccedilatildeo e emissatildeo superpotildeem-se ocorrendo autoabsorccedilatildeo da radiaccedilatildeo luminosa produzida

Se o cristal for ativado a emissatildeo pode ocorrer via um siacutetio do ativador para o qual a energia

de transiccedilatildeo eacute menor do que a necessaacuteria para a criaccedilatildeo do par eleacutetronlacuna Desse modo o

espectro emitido eacute deslocado para comprimentos de onda maiores e natildeo causa nova absorccedilatildeo

No tubo fotomultiplicador converte-se a radiaccedilatildeo de baixa intensidade produzida no

cintilador em um sinal eleacutetrico uacutetil agrave detecccedilatildeo e contagem de radiaccedilatildeo

Analisador de altura de pulso (PHA)

A energia do foacuteton incidente de raios x determina o tamanho do pulso de tensatildeo

produzido pelo detector O analisador de altura de pulso faz uso dessa propriedade a fim de

selecionar apenas um intervalo estreito de pulsos de voltagem rejeitando todos os pulsos com

intensidades fora do intervalo escolhido

Ao final utiliza-se o meacutetodo de integraccedilatildeo dos recebidos em um integrador

eletrocircnico Se N representa o nuacutemero de contagens em um tempo de integraccedilatildeo t segundos

entatildeo a taxa de contagem eacute Nt contagens por segundo (cps)

36 Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford - Teoria

A teacutecnica de RBS consiste em incidir partiacuteculas monoenergeacuteticas de um feixe de iacuteons

(geralmente iacuteons He+) de alta energia em um alvo estacionaacuterio Ao colidirem com os aacutetomos

do alvo as partiacuteculas satildeo elasticamente espalhadas no campo eleacutetrico do nuacutecleo do aacutetomo e

chegam a um detector por um acircngulo de retroespalhamento Na Figura 11 apresenta-se um

esquema de espalhamento elaacutestico [25-27]

Figura 11 Espalhamento elaacutestico em acircngulo de retroespalhamento de um iacuteon de massa M1

por um aacutetomo de massa M2 com M2gtM1 [25]

O detector ao receber as partiacuteculas espalhadas produz um pulso ou sinal que eacute entatildeo

processado por um analisador multicanal e classificado conforme a amplitude que

corresponde a uma escala em energia Como resultado as informaccedilotildees sobre a composiccedilatildeo

elementar do aacutetomo alvo satildeo obtidas a partir de um espectro de contagens em funccedilatildeo da

energia das partiacuteculas retroespalhadas detectadas [25]

O fator cinemaacutetico (K) eacute responsaacutevel pela anaacutelise elementar qualitativa Essa

grandeza depende da razatildeo entre as energias das partiacuteculas incidentes antes (E0) e depois (E)

do espalhamento (Equaccedilatildeo 4)

119870 = 119864

1198640 (Eq 4)

Considerando as conservaccedilotildees de energia e do momentum na colisatildeo elaacutestica obteacutem-

se a relaccedilatildeo entre o fator cinemaacutetico (K) a massa atocircmica da partiacutecula incidente (M1) a massa

atocircmica do aacutetomo alvo (M2) e o acircngulo de espalhamento (θ) (Eq 5)

119870 = [1198721 119888119900119904120579+ (1198722

2minus 11987212 1199041198901198992120579)

12

1198721+ 1198722]

2

(Eq 5)

Os valores de M1 θ e E0 satildeo preacute-fixados conhecendo E determina-se K e por

conseguinte determina-se M2

A Figura 12 apresenta um esquema do espectro de RBS de um filme fino de

composiccedilatildeo geneacuterica AB onde a massa de A eacute maior do que a massa de B depositado em um

substrato C ainda mais leve

Figura 12 Esquema de um espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford de

um filme fino AB sobre um substrato C ainda mais leve [27]

A resoluccedilatildeo em massa da teacutecnica eacute a diferenccedila miacutenima de massa entre dois aacutetomos-

alvo para que sinais resolvidos possam ser observados no espectro A discriminaccedilatildeo em massa

eacute maacutexima para θ = 180deg razatildeo pela qual satildeo utilizados acircngulos elevados experimentalmente

Pode-se melhorar a resoluccedilatildeo em massa na RBS aumentando a energia e a massa dos aacutetomos

incidentes e melhorando a resoluccedilatildeo do sistema de detecccedilatildeo com o cuidado para natildeo degradar

os detectores [25]

Outra grandeza importante em RBS eacute a seccedilatildeo de choque de espalhamento (σ) que eacute

uma medida da probabilidade de ocorrer o espalhamento e que atribui o caraacuteter quantitativo agrave

teacutecnica [25] Considerando um nuacutemero de partiacuteculas espalhadas (H) sobre um detector tem-se

a Equaccedilatildeo 6

119867 = 119876119873119905 ⟨119889120590

119889120570⟩Ω (Eq 6)

Onde

Q = nuacutemero de partiacuteculas que atinge a amostra

N = densidade volumeacutetrica dos aacutetomos alvo

t = espessura do alvo

⟨119889120590

119889120570⟩ = seccedilatildeo de choque meacutedia de espalhamento

Ω = acircngulo soacutelido do detector em relaccedilatildeo ao feixe

Para acircngulos pequenos tem-se ⟨119889120590

119889120570⟩ = (

119889120590

119889120570)120579

= σ (Eq 7)

Logo 119867 = 119876119873119905120590120570 (Eq 8)

Na Equaccedilatildeo 8 conhecendo o nuacutemero de partiacuteculas que atinge o alvo Q e o detector

H pode-se determinar o numero de aacutetomos por unidade de aacuterea da amostra (Nt) desde que se

conheccedila o acircngulo soacutelido de detecccedilatildeo Ω e a seccedilatildeo de choque de espalhamento (σ) Para uma

colisatildeo elaacutestica entre dois aacutetomos com nuacutemeros atocircmicos Z1 e Z2 (do aacutetomo incidente e do

aacutetomo alvo respectivamente) em que a forccedila de interaccedilatildeo eacute a repulsatildeo eletrostaacutetica dos

nuacutecleos a seccedilatildeo de choque de espalhamento diferencial (por unidade de acircngulo soacutelido) eacute dada

pela Foacutermula de Rutherford (Equaccedilatildeo 9)

119889120590

119889120570= (

119885111988521198902

4119864)2

4

1199041198901198994120579

[1minus ((

11987211198722) 119904119890119899120579)

2

]

12

+cos120579

[1minus ((11987211198722)119904119890119899 120579)

2

]

12

2

(Eq 9)

Em siacutentese a razatildeo entre as concentraccedilotildees relativas dos elementos A e B na

superfiacutecie de uma amostra 119873119860119860119861(119909)

119873119861119860119861(119909)

pode ser calculada com o auxiacutelio de um programa

computacional ou atraveacutes da medida de altura dos degraus obtidos no espectro sendo

calculadas com as Equaccedilotildees 10 e 11

(119889120590

119889120570)119861

(119889120590

119889120570)119860

= Ji (Eq 10)

119873119860119860119861(119909)

119873119861119860119861(119909)

= 119867119860119860119861

119867119861119860119861 119869119894 (Eq 11)

37 Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford - Instrumentaccedilatildeo

Na Figura 13 pode ser observado um esquema com os principais componentes da

instrumentaccedilatildeo utilizada em anaacutelises por RBS que seratildeo descritos em seguida de acordo com

o equipamento utilizado para a realizaccedilatildeo deste trabalho e com informaccedilotildees obtidas na

referecircncia [25]

Figura 13 Esquema dos componentes presentes na instrumentaccedilatildeo utilizada em anaacutelises por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford Fonte Adaptado de [25]

O Laboratoacuterio de Implantaccedilatildeo Iocircnica da Universidade Federal do Rio Grande do Sul

possui um acelerador Tandetron equipado com fontes de iacuteons dos tipos sputtering e de

plasma com tecnologia ldquotandemrdquo com 3MV de tensatildeo maacutexima no terminal e cinco estaccedilotildees

experimentais de linhas distintas incluindo a de RBS

Fonte de iacuteons

Fonte de Plasma um gaacutes ou um vapor eacute ionizado por meio de campos

eletromagneacuteticos na faixa de radiofrequecircncia ou ao ser atravessado por corrente eleacutetrica

Fonte de ldquoSputteringrdquo os iacuteons satildeo produzidos por transferecircncia de momentum

quando da colisatildeo de um feixe primaacuterio (geralmente Cs+) com um alvo soacutelido

Aceleradores ldquotandemrdquo

Neste tipo de acelerador iacuteons positivos deixam a fonte passam por uma troca de

carga (com vapor de Liacutetio ou outro elemento eletropositivo) e satildeo conduzidos com carga

negativa ao tubo acelerador onde satildeo atraiacutedos por um terminal positivo No caso dos iacuteons

produzidos serem originalmente negativos a troca de carga eacute suprimida Junto ao terminal

positivo passam por uma seccedilatildeo contendo um gaacutes ou vapor (N2 no presente caso) ou por uma

folha muito fina de carbono para que os iacuteons emergentes tenham perdido os eleacutetrons Com

carga positiva satildeo novamente acelerados agora por repulsatildeo do terminal Diferenccedilas de

potencial da ordem de vaacuterios milhotildees de volts satildeo obtidas utilizando circuitos multiplicadores

de voltagem que multiplicam e retificam a tensatildeo produzida por um transformador Seguindo

o tubo acelerador geralmente encontra-se um segundo eletroiacutematilde que permite direcionar o

feixe de iacuteons para uma das estaccedilotildees experimentais de acordo com as espeacutecies a serem

detectadas (no presente caso partiacuteculas retroespalhadas)

Detectores de estado soacutelido com junccedilotildees p-n obtidas por implantaccedilatildeo iocircnica

A junccedilatildeo p-n sob polarizaccedilatildeo reversa permite a coleta de cargas geradas na

produccedilatildeo de pares eleacutetron-lacuna Esse fenocircmeno ocorre quando um iacuteon atravessa um

semicondutor excitando eleacutetrons da banda de valecircncia para a banda de conduccedilatildeo que entatildeo

satildeo coletados no acircnodo Dessa forma o nuacutemero de eleacutetrons coletados no acircnodo eacute proporcional

ao nuacutemero de pares de eleacutetron-lacuna produzidos o qual eacute proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo

incidente desde que o iacuteon seja totalmente freado dentro do volume ativo do detector

Analisador multicanal (MCA) no modo de anaacutelise de intensidade de pulso

O MCA consta de uma sequecircncia de registradores onde cada pulso de entrada uma

vez digitalizado por um conversor analoacutegico-digital (ADC) eacute analisado com relaccedilatildeo a sua

amplitude (modo PHA) sob o controle de um discriminador Na sequecircncia o canal de

memoacuteria correspondente tem seu conteuacutedo incrementado em uma unidade Com isso

acumulam-se em um canal especiacutefico todos os pulsos de entrada de um pequeno intervalo de

amplitudes ou energias dos iacuteons incidentes Ao final com a soma dos pulsos recebidos em

cada canal obteacutem-se um histograma do nuacutemero de pulsos em funccedilatildeo de suas amplitudes ou

energias dos iacuteons incidentes

40 METODOLOGIA

41 Amostragem

Amostras de cabelo de 16 pessoas foram coletadas Os doadores foram entrevistados

seguindo o questionaacuterio disponiacutevel no ANEXO I e selecionados de acordo com os seguintes

criteacuterios possuiacuterem cabelos virgens (cabelos sem nenhum tipo de tratamento quiacutemico como

coloraccedilotildees tinturas alisantes entre outros) estarem saudaacuteveis serem natildeo fumantes e viverem

na Regiatildeo Metropolitana do Rio de Janeiro As amostras foram divididas em dois grupos de

oito o primeiro de pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo subterracircneo e o segundo com pessoas

que ingerem a aacutegua tratada e distribuiacuteda pela CEDAE

Foram analisadas amostras de cabelo de duas pessoas que consumiam a aacutegua do

mesmo poccedilo isto eacute duas amostras de cada residecircncia totalizando 4 poccedilos diferentes (a b c

d) na localidade Chaacutecaras Arcampo em Duque de Caxias ndash RJ (Figura 14)

Figura 14 Mapa com os pontos de coleta de amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua

de poccedilo em destaque a localizaccedilatildeo das residecircncias com os poccedilos

Fonte Google Earth Acesso em 30072015

As amostras foram coletadas na regiatildeo occipital da cabeccedila (nuca) como visto na

Figura 15 com o auxiacutelio de uma tesoura de accedilo inoxidaacutevel devidamente limpa com etanol

Essa regiatildeo eacute definida como padratildeo por ser menos suscetiacutevel a contaminaccedilatildeo exoacutegena e

tambeacutem por sempre existir cabelo em indiviacuteduos semicalvos [14] Em seguida as amostras

foram catalogadas e armazenadas em sacos plaacutesticos [5] Informaccedilotildees adicionais sobre o sexo

e a idade dos doadores e o tipo e cor das amostras de cabelo coletadas disponiacuteveis no ANEXO

II

Figura 15 Coleta de amostra de cabelo na regiatildeo occipital da cabeccedila

42 Lavagem das Amostras de Cabelo

Todas as amostras foram submetidas a uma sequecircncia de etapas de lavagem de 10

minutos cada utilizando acetona e aacutegua deionizada (Figura 16) Em seguida foram colocadas

para secar agrave temperatura ambiente de acordo com o procedimento recomendado pela Agecircncia

Internacional de Energia Atocircmica (IAEA) [5]

Figura 16 Lavagem das amostras de cabelo

As amostras analisadas por XRF foram colocadas diretamente no suporte do

equipamento Os fios foram colocados de maneira a se obter a superfiacutecie do porta-amostra

totalmente coberta pelo cabelo a qual em seguida foi coberta por um filme (Ultralenereg 4

microm de espessura) (Figura 17) Para a anaacutelise com o RBS o cabelo foi aderido ao suporte do

porta-amostra com o auxiacutelio de uma fita dupla face de carbono puro (Figura 18)

Figura 17 Amostra de cabelo em porta-amostra do equipamento de Fluorescecircncia de

Raios X

Figura 18 Amostra de cabelo no porta-amostra do equipamento de Espectrometria de

Retroespalhamento Rutherford

43 Paracircmetros Instrumentais

Anaacutelises semiquantitativas de XRF dos elementos presentes no cabelo foram

realizadas no Laboratoacuterio de Impacto de Foacutetons e Eleacutetrons (LIFE) na Universidade Federal do

Rio de Janeiro (UFRJ) Utilizou-se o Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios-X S8 TIGER

ndash BRUKER (Figura 19) na faixa de energia de 05 a 56 keV acircnodo de Rh trabalhando com 1

kW de potecircncia com uma janela de Be de 76 microm atraveacutes do software Quant-Express no

meacutetodo Best Detection O tempo de aquisiccedilatildeo para cada amostra foi de aproximadamente 20

minutos

Os dados por RBS foram realizados no Laboratoacuterio de Implantaccedilatildeo Iocircnica na

Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) Utilizou-se um acelerador de iacuteons

Tandetron - HVEE 3 MV (Figura 20) usando 2000 keV de iacuteons He+ incidentes e detecccedilatildeo de

partiacuteculas retroespalhadas a 165deg

Figura 19 Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X - S8 TIGER - BRUKER

Figura 20 Acelerador de iacuteons Tandetron - HVEE 3 MV onde foi feita a anaacutelise por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford

50 RESULTADOS E DISCUSSOtildeES

51 Anaacutelise por XRF

O espectro completo de XRF da amostra 2 referente ao cabelo de uma pessoa que

ingere aacutegua de poccedilo eacute mostrado na Figura 21 conforme obtido diretamente do equipamento

Eacute possiacutevel identificar as linhas de excitaccedilatildeo do Rh e as linhas de espalhamento Compton e

Rayleigh Os espectros ampliados somente na regiatildeo de interesse com as linhas de

fluorescecircncia Kα e Kβ atribuiacutedas agrave maioria dos elementos (exceto para o chumbo em que se

detectam as linhas Lα e Lβ) e sem as linhas de Rh de todas as amostras analisadas encontram-

se nos ANEXOS III e IV Os elementos analisados e a energia de suas linhas de emissatildeo de

fluorescecircncia Kα e Kβ satildeo apresentados na Tabela 4

Figura 21 Espectro de Fluorescecircncia de Raios X completo da amostra 2

Tabela 4 Energia em keV das principais linhas de emissatildeo de raios x dos elementos

analisados Adaptado de [26]

Os elementos observados e as concentraccedilotildees semiquantitativas das amostras de

cabelo das pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo e das amostras de cabelo das pessoas que

ingerem aacutegua distribuiacuteda pela CEDAE satildeo apresentados respectivamente nas Tabelas 5 e 6

Kα Kβ

Al 1487 1557

Si 1740 1836

P 2014 2139

S 2308 2464

Cl 2622 2816

Ca 3692 4013

Mn 5899 6490

Fe 6404 7058

Cu 8048 8905

Zn 8639 9572

Pb (Linhas Lα e Lβ) 10552 12614

Elementos

Analisados

Energia (keV) das Linhas de

Emissatildeo de Raios X

Tabela 5 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (1 a 8) que

ingerem aacutegua de poccedilo As concentraccedilotildees dos elementos foram normalizadas de modo que a

soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da matriz orgacircnica em conjunto

seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo ldquoa b c drdquo correlacionam a amostra

de cabelo com o poccedilo do qual o indiviacuteduo ingere aacutegua

1 2 3 4 5 6 7 8

Al 002 003 003 34 ppm natildeo det 006 natildeo det 001

Si 001 54 ppm 006 46 ppm 005 002 002 54 ppm

P 003 003 54 ppm 002 001 46 ppm natildeo det 004

S 117 071 115 118 166 135 151 098

Cl 003 65 ppm 002 002 natildeo det 003 natildeo det 61 ppm

Ca 003 003 80 ppm 002 004 002 008 008

Mn 73 ppm 78 ppm 58 ppm 10 ppm natildeo det 91 ppm natildeo det 54 ppm

Fe 001 001 92 ppm 29 ppm 38 ppm 001 27 ppm 83 ppm

Cu 44 ppm 41 ppm 46 ppm 31 ppm natildeo det 44 ppm 37 ppm 36 ppm

Zn 77 ppm 002 91 ppm 82 ppm 41 ppm 92 ppm 40 ppm 98 ppm

Pb 10 ppm 9 ppm 12 ppm 10 ppm natildeo det 10 ppm natildeo det 9 ppm

a b c d

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Elementos

Tabela 6 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (9 a 16)

que ingerem aacutegua tratada e distribuiacuteda pela CEDAE As concentraccedilotildees dos elementos foram

normalizadas de modo que a soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da

matriz orgacircnica em conjunto seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo

9 10 11 12 13 14 15 16

Al 001 36 ppm natildeo det 002 61 ppm 90 ppm 002 natildeo det

Si natildeo det 35 ppm natildeo det 40 ppm 79 ppm 60 ppm natildeo det natildeo det

P 003 34 ppm 003 002 natildeo det 46 ppm natildeo det 41 ppm

S 111 106 116 152 136 145 155 128

Cl 52 ppm 001 002 003 004 005 014 009

Ca 006 004 002 002 001 001 001 001

Mn 51 ppm 9 ppm 32 ppm natildeo det 24 ppm 57 ppm natildeo det 30 ppm

Fe 82 ppm 30 ppm 57 ppm 56 ppm 59 ppm 90 ppm 52 ppm 54 ppm

Cu 31 ppm 51 ppm 28 ppm 27 ppm 31 ppm 44 ppm 14 ppm 29 ppm

Zn 001 001 92 ppm 86 ppm 001 001 42 ppm 001

Pb natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det

Elementos

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

Na anaacutelise semiquantitativa por XRF pode-se verificar a presenccedila de elevadas

concentraccedilotildees de enxofre o que jaacute era esperado visto que este elemento faz parte da estrutura

da cisteiacutena o aminoaacutecido em maior quantidade na composiccedilatildeo do cabelo

Os elementos Ca Zn e Fe foram detectados em todas as amostras dos dois grupos O

Ca aparece na maior parte das amostras em concentraccedilotildees da ordem de enquanto que o Zn

e o Fe da ordem de ppm Os elementos Al P Mn Cl Si e Cu aparecem na maioria das

amostras em ambos os grupos No entanto o Pb foi observado em concentraccedilotildees da ordem de

ppm somente em amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo

Para as amostras 5 7 e 15 utilizou-se um porta amostra com maacutescara de 8 mm de

diacircmetro ao inveacutes da maacutescara de 34 mm utilizada para as outras amostras devido a pouca

quantidade de cabelo coletado Agrave vantagem de poder utilizar menos amostra com a maacutescara

de 8 mm contrapotildee-se um aumento do ruiacutedo de fundo e a consequente perda da sensibilidade

na anaacutelise Tal fato pode provavelmente justificar a quantidade menor de elementos

observados nessas amostras em comparaccedilatildeo com as demais incluindo a ausecircncia do elemento

chumbo nas amostras 5 e 7 jaacute que o mesmo aparece nas amostras 6 e 8 das pessoas que

bebem a mesma aacutegua dos poccedilos c e d respectivamente

52 Anaacutelise por RBS

Apresenta-se na Figura 22 o espectro de RBS da amostra 2 adquirido durante 8

horas de anaacutelise e apoacutes tratamento dos dados atraveacutes do programa computacional OriginPro 8

Duas ampliaccedilotildees (I e II) nas regiotildees de mais alta energia satildeo apresentadas nas Figuras 23 e

24 Observou-se a presenccedila dos elementos C N O Si S Cl Ti Cu Zn e Pb

As energias dos iacuteons He+ retroespalhados a partir da interaccedilatildeo com os nuacutecleos de Pb

e Hg satildeo muito proacuteximas tornando difiacutecil a resoluccedilatildeo dos sinais No entanto o Hg natildeo foi

observado em nenhuma das amostras por XRF enquanto o Pb pode ser detectado claramente

Conclui-se portanto que o degrau no espectro eacute correspondente ao Pb

Utilizando-se o caacutelculo da seccedilatildeo de choque de espalhamento Rutherford foi possiacutevel

obter uma anaacutelise quantitativa relativa da amostra 2 Para isso foi escolhido o enxofre como

elemento padratildeo devido ao fato do S estar presente em todas as amostras de cabelo e ser

facilmente detectaacutevel por ambas as teacutecnicas Para cada aacutetomo de S na amostra de cabelo as

seguintes proporccedilotildees atocircmicas foram obtidas 115 x 102 C 274 x 10

1 N 157 x 10

1 O 479 x

10-1

Si 641 x 10-1

Cl 454 x 10-2

Ti 162 x 10-2

Cu 265 x 10-2

Zn e 504 x 10-4

Pb

Figura 22 Espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da amostra 2

(grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 23 Ampliaccedilatildeo I do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 24 Ampliaccedilatildeo II do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

60 CONCLUSOtildeES

As teacutecnicas de XRF e RBS mostraram-se eficientes e complementares na

determinaccedilatildeo de vaacuterios elementos presentes em amostras de cabelo humano Atraveacutes das duas

teacutecnicas foi possiacutevel detectar de forma semiquantitativa a presenccedila de elementos desde o Al

ateacute o Pb Por RBS tambeacutem foram detectados elementos mais leves como C N e O A

utilizaccedilatildeo conjunta das duas teacutecnicas permitiu a identificaccedilatildeo inequiacutevoca de Pb no espectro de

RBS

Eacute evidente que as concentraccedilotildees dos elementos nas amostras de cabelo dependem de

diversos fatores tais como o tipo de alimentaccedilatildeo idade sexo ambiente em que o indiviacuteduo

vive e podem ser provenientes de meios exoacutegenos e endoacutegenos Entretanto considerando o

natildeo aparecimento do Pb em nenhuma das amostras de cabelo das pessoas que ingerem aacutegua

distribuiacuteda pela CEDAE aleacutem das anaacutelises preacutevias da aacutegua dos poccedilos da aacuterea em estudo eacute

possiacutevel afirmar que existe uma elevada possibilidade da aacutegua de poccedilo estaacute atuando como

uma fonte de contaminaccedilatildeo de Pb para as pessoas Como o Pb eacute um elemento toacutexico com

propriedade de bioacumulaccedilatildeo sua presenccedila pode gerar danos irreversiacuteveis aos organismos

vivos

70 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS

Como sugestotildees deste estudo podemos indicar

Realizar uma anaacutelise quantitativa de um nuacutemero mais amplo de amostras

Efetuar uma comparaccedilatildeo com materiais de referecircncia certificados a fim de

determinar com um grau de confiabilidade mais elevado se as quantidades de

chumbo detectadas nas amostras de cabelo estatildeo acima do intervalo de valores

considerados aceitaacuteveis

80 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

[1] POZEBON D DRESSLER V L CURTIUS A J Anaacutelise de cabelo uma revisatildeo

dos procedimentos para a determinaccedilatildeo de elementos traccedilo e aplicaccedilotildees Quiacutem Nova

1999 22 (6) 838-846

[2] FRAZAtildeO S V Estudo da determinaccedilatildeo de elementos traccedilo em cabelos humanos

pelo meacutetodo de anaacutelise por ativaccedilatildeo de necircutrons Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Ciecircncias na

Aacuterea de Tecnologia Nuclear ndash Aplicaccedilotildees Instituto de Pesquisas Energeacuteticas e Nucleares ndash

Universidade de Satildeo Paulo - USP Satildeo Paulo 2008

[3] CARNEIRO M T W D SILVEIRA C L P MIEKELEY N FORTES L M C

Reference intervals for minor and trace elements in human hair for the population of

Rio de Janeiro city Brazil Quiacutem Nova 2002 25 (1) 37-45

[4] KEMPSON I M SKINNER W M KIRKBRIDE K P The ocurrence and

incorporation of copper and zinc in hair and their potential role as bioindicators a

review Journal of Toxicology and Environmental Health 2007 B 10 611-622

[5] CORTES-TORO E DE GOEIJ J J M BASCO J CHENG Y KINOVA L

MATSUBARA J NIESE S SATP T WESENBERG G R MURAMATSU Y PARR

R M The significance of hair mineral analysis as a means for assessing internal body

burdens of environmental pollutants results from an IAEA co-ordinated research

programme Journal of Radionalytical and Nuclear Chemistry 1993 167 (2) 413-421

[6] CLAYTON E WOOLER K K Sample preparation and system calibration for

Proton-Induced X-ray Emission analysis of hair from occupationally exposed workers

Anal Chem198557 1075-1079

[7] MIEKELEY N CARNEIRO M T W D SILVEIRA C L P How reliable are

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1998 218 9-17

[8] MIEKELEY N FORTES L M C SILVEIRA C L P LIMA M B Elemental

anomalies in hair as indicators of endocrinologic pathologies and deficiencies in calcium

and bone metabolism Journal of Trace Elements in Medicine and Biology 2001 15 46-55

[9] TORIBARA T Y JACKSON D A FRENCH W R THOMPSON A C

JACKLEVIC J M Nondestructive X-Ray Fluorescence Spectrometry for determination

of trace elements along a single strand of hair Anal Chem 1982 54 1844-1849

[10] KHUDER A BAKIR M A HASAN R MOHAMMAD A Determination of

nickel cuper zinc and lead in human scalp hair in Syrian occupationally exposed

workers by total reflection X-Ray Fluorescence Environ Monit Assess 2008 143 67-74

[11] BARANOWSKA I BARCHANSKI L BAK M SMOLEC B MZYK Z X-Ray

Fluorescence Spectrometry in multielemental analysis of hair and teeth Polish Journal of

Environmental Studies 2004 13 (6) 639-646

[12] WATT F LANDSBERG J P Nuclear microscopy biomedical applications

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research 1993 B 77 249-260

[13] PAIXAtildeO P V GOMES L M B Anaacutelise de aacutegua de poccedilos subterracircneos na

localidade Chaacutecaras Arcampo em Duque de Caxias ndash RJ Relatoacuterio Final de Estaacutegio

Iniciaccedilatildeo Cientiacutefica Instituto de Quiacutemica ndash Universidade Federal do Rio de Janeiro ndash UFRJ

Rio de Janeiro 2012

[14] ANUNCIACcedilAtildeO D L R Anaacutelise de elementos maiores menores e traccedilo em

amostras de cabelo aplicado a triagem populacional com elevada incidecircncia de cacircncer

Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Quiacutemica Instituto de Quiacutemica ndash Universidade de Brasiacutelia

Brasiacutelia ndash Distrito Federal 2008

[15] TEGON E C Caracterizaccedilatildeo Quiacutemica do Enxofre e do Caacutelcio presentes em

amostras de cabelos empregando as teacutecnicas XRF e NEXAFS Projeto de Final de Curso

em Quiacutemica com Atribuiccedilotildees Tecnoloacutegicas Instituto de Quiacutemica ndash Universidade Federal do

Rio de Janeiro Rio de Janeiro 2013

[16] Dossiecirc os minerais na alimentaccedilatildeo Food Ingredients Brasil 2008 ndeg 4 48-65

Disponiacutevel em lt wwwrevista-ficommaterias52pdfgt Acesso em 30 de julho de 2015

[17] CEDAE Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos Disponiacutevel em

ltwwwcedaecombrgt Acesso em 30 de julho de 2015

[18] IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatiacutestica Censo Brasileiro de 2010 Rio de

Janeiro 2010 Disponiacutevel em ltwwwcenso2010ibgegovbrgt Acesso em 30 de julho de

2015

[19] RESENDE D ALENCAR E ALMEIDA R BERTA R Principal reservatoacuterio do

Paraiacuteba do Sul Paraibuna chega ao volume morto pela primeira vez Jornal O Globo 22

de janeiro de 2015 Disponiacutevel em httpogloboglobocomrioprincipal-reservatorio-do-

paraiba-do-sul-paraibuna-chega-ao-volume-morto-pela-primeira-vez-gt Acesso em 30 de

julho de 2015

[20] Fundamentos teoacutericos da teacutecnica de anaacutelise espectromeacutetrica por fluorescecircncia de

raios-x PUC-Rio ndash Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em

lthttpwwwmaxwellvracpuc-riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 30 de julho de 2015

[21] TASCH P DAMIANI F OLIVEIRA L C M IE - 607A Teacutecnicas de anaacutelise e

caracterizaccedilatildeo de materiais Universidade Estadual de Campinas ndash UNICAMP Campinas

2000

[22] FILHO V F N Teacutecnicas analiacuteticas nucleares de Fluorescecircncia de Raios ndashX por

Dispersatildeo de Enerdia (ED-XRF) e por Reflexatildeo Total (TXRF) Departamento de Ciecircncias

Exatas ESALQ Laboratoacuterio de Instrumentaccedilatildeo Nuclear CENA Universidade de Satildeo Paulo

ndash USP Satildeo Paulo 1999

[23] PERDONAacute C R Introduccedilatildeo a espectrometria de Fluorescecircncia de Raios-X Manual

Teacutecnico ndash BRUKER 2014

[24] O espectrocircmetro de fluorescecircncia de raios-x Thermo ARL 9900 PUC-Rio ndash

Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em lthttpwwwmaxwellvracpuc-

riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 08 de agosto de 2015

[25] KRUG C Superfiacutecies porosas recobertas com metalocenos anaacutelise multivariada

envolvendo caracterizaccedilatildeo com feixe de iacuteons Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Fiacutesica Instituto

de Fiacutesica Universidade Federal do Rio Grande do Sul ndash UFRGS Porto Alegre 2000

[26] TABACNIKS M H Anaacutelise de filmes finos por PIXE e RBS Instituto de Fiacutesica da

Universidade de Satildeo Paulo Disponiacutevel em ltwww2ifuspbr~lamfipixeamprbspdfgt Acesso

em julho de 2015

[27] ALMEIDA C R Efeito de tratamentos teacutermico e quiacutemico de aerogeacuteis de oacutexido de

estanho Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Engenharia Eleacutetrica Universidade Federal de Santa

Catarina Florianoacutepolis 2013

[28] ATTWOOD D T HENKE B L et al X-Ray Data Booklet Lawrence Berkeley

Laboratory University of California Berkeley California 1986

ANEXO I

MODELO DO QUESTIONAacuteRIO PREENCHIDO ANTES DA COLETA DAS AMOSTRAS

DE CABELO

Coacutedigo da amostra

Nome

Idade (anos)

Endereccedilo

Fuma Sim ( ) Natildeo ( )

Ingere aacutegua de que tipo (poccedilo CEDAE) Poccedilo ( ) CEDAE ( )

Fez algum tipo de tratamento quiacutemico no cabelo

(coloraccedilatildeo alisamento etc)Sim ( ) Natildeo ( )

Qual Quando foi a uacuteltima vez

Esteve bem de sauacutede nos uacuteltimos 6 meses Sim ( ) Natildeo ( )

Data da coleta

Responsaacutevel pela coleta

COLETA DE AMOSTRA DE CABELO

ANEXO II

INFORMACcedilOtildeES ADICIONAIS SOBRE OS DOADORES E AS AMOSTRAS DE

CABELO COLETADAS

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

1 Feminino 62 Cacheado Castanho Escuro

2 Feminino 27 Cacheado Castanho Escuro

3 Feminino 17 Liso Castanho Escuro

4 Feminino 10 Cacheado Castanho Escuro

5 Feminino 58 Liso Castanho Escuro

6 Feminino 7 Cacheado Castanho Escuro

7 Masculino 17 Liso Castanho Claro

8 Feminino 39 Liso Castanho Escuro

Pessoas que Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

9 Feminino 41 Cacheado Castanho Escuro

10 Feminino 17 Ondulado Castanho Claro

11 Masculino 1 Cacheado Castanho Escuro

12 Feminino 11 Liso Castanho Escuro

13 Masculino 21 Liso Castanho Escuro

14 Masculino 42 Cacheado Preto

15 Masculino 6 Liso Preto

16 Masculino 14 Liso Preto

Pessoas que Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

ANEXO III

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DE POCcedilO (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 1

Amostra 2

Amostra 3

Amostra 4

Amostra 5

Amostra 6

Amostra 7

Amostra 8

ANEXO IV

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DISTRIBUIacuteDA PELA CEDAE (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 9

Amostra 10

Amostra 11

Amostra 12

Amostra 13

Amostra 14

Amostra 15

Amostra 16

Page 23: Dissertação Priscilla Velasco da Paixão

uma faixa especiacutefica de concentraccedilatildeo Na Tabela 2 estatildeo listados os elementos traccedilo

essenciais e suas respectivas funccedilotildees bioloacutegicas [214]

Tabela 2 Elementos traccedilo essenciais e algumas de suas funccedilotildees bioloacutegicas

Adaptado de [14 16]

B Previne a osteoporose em mulheres na fase poacutes-menopausa

CaImportante na coagulaccedilatildeo sanguinea na contraccedilatildeo muscular transmissatildeo nervosa e

formaccedilatildeo de ossos e dentes

Cl Presente no suco gaacutestrico manteacutem o equilibrio hidrico e de eletroacutelitos

Co Constituinte da vitamina B12

Cr Importante no metabolismo da glicose

Cu Cofator em enzimas redox e no transporte de O2

F Prevenccedilatildeo das patologias bucodentaacuteria e oacutessea atua tambeacutem nos tecidos celulares

Fe Cofator em muitas enzimas e proteiacutenas heme

IPresente na estrutura de dois fatores hormonais da glacircndula tireoacuteide (tiroxina e

triiodotiroxina)

KImportante na regulaccedilatildeo da atividade neuromuscular crescimento celular e equiliacutebrio

osmoacutetico

MgRegula diversas reaccedilotildees enzimaacuteticas e age sobre as trocas iocircnicas da membrana

celular

MnCofator em muitas enzimas auxilia na reduccedilatildeo de accedilucar no sangue e a regular o

funcionamento do sistema reprodutivo

Elementos Essenciais e suas Funccedilotildees Bioloacutegicas

Os elementos traccedilo natildeo essenciais satildeo aqueles que natildeo apresentam nenhuma funccedilatildeo

no metabolismo das espeacutecies animais e vegetais e quando estatildeo em alta concentraccedilatildeo podem

provocar efeitos negativos ao organismo dos seres vivos Na Tabela 3 estatildeo listados alguns

elementos traccedilo natildeo essenciais e suas toxicidades [214]

Mo Cofator em enzimas que metabolizam os aminoaacutecidos metionina e cistina

NaAtua no controle osmoacutetico volume plasmaacutetico transmissatildeo de impulsos nervosos e

controle da contraccedilatildeo muscular

Ni A essencialidade eacute provaacutevel mas ainda natildeo estaacute estabelecida

PAtua na formaccedilatildeo dos ossos e dentes participa da estrutura das membranas

celulares e do processo de absorccedilatildeo renal da glicose

SParticipa da construccedilatildeo das proteiacutenas e no metabolismo energeacutetico faz parte de

algumas vitaminas (tiamina e biotina)

SeParticipaccedilatildeo na siacutentese de hormocircnios tireoideanos na accedilatildeo antioxidante e eacute cofator

em enzimas

Si Atua na estrutura da derme promovendo sua elasticidade

Sn A essencialidade eacute provaacutevel mas ainda natildeo estaacute estabelecida

V A essencialidade eacute provaacutevel mas ainda natildeo estaacute estabelecida

ZnCofator em algumas enzimas e na insulina tambeacutem exerce influecircncia no metabolismo

dos aacutecidos nucleiacutecos

Tabela 3 Elementos traccedilo natildeo essenciais e suas toxicidades Adaptado de [14]

Os termos macrominerais e microminerais (ou elementos-traccedilo) tambeacutem satildeo muito

utilizados no meio cientiacutefico principalmente na aacuterea de nutriccedilatildeo Os macrominerais satildeo

aqueles elementos encontrados em altas concentraccedilotildees nas amostras geralmente acima de

1 ou cuja necessidade diaacuteria no organismo seja maior que 100 mg No cabelo satildeo

considerados macrominerais por exemplo Ca P S Mg Na K e Cl Jaacute os microminerais satildeo

aqueles encontrados em baixas concentraccedilotildees na amostra (ppm ou ppb) ou cuja necessidade

no organismo seja inferior a 100 mg por dia No cabelo podem ser citados os seguintes

microminerais Fe Zn Cu Mn I Cr Se F Co Ni Si e Mo [114]

33 Abastecimento de Aacutegua na Regiatildeo de Amostragem

No Estado do Rio de Janeiro a captaccedilatildeo tratamento aduccedilatildeo e distribuiccedilatildeo das redes

de aacutegua ficam a cargo da CEDAE ndash Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos No presente

momento a CEDAE abastece cerca de 9 milhotildees de pessoas em 64 dos 92 municiacutepios do

Estado sendo Duque de Caxias um desses [17]

O abastecimento de aacutegua pela CEDAE na cidade de Duque de Caxias nunca ocorreu

de forma contiacutenua e natildeo haacute garantia da manutenccedilatildeo da qualidade da aacutegua ateacute a chegada ao

Al

Causa ao organismo anemia enfraquecimento dos ossos e muacutesculos

dificuldade no metabolismo do caacutelcio alteraccedilotildees hepatoloacutegicas e

renais dores de cabeccedila e nervosismo

AsInterrompe a expressatildeo de diversos genes em especial aqueles que

participam das vias de transduccedilatildeo de sinal

CdOcasiona perda de peso hemorragia danos ao sistema respiratoacuterio

hepatoloacutegico e renal

PbGera alteraccedilotildees cardiovasculares gastrointestinais hematoloacutegicas

renais neuroloacutegicas e imunoloacutegicas

Elementos Natildeo Essenciais e suas Toxicidades

consumidor Segundo dados do CENSO-2010 dos 269353 domiciacutelios estabelecidos no

municiacutepio de Duque de Caxias apenas 63 alegaram receber aacutegua de redes de distribuiccedilatildeo

[18] Diante do cenaacuterio atual em que o Sudeste vive a maior crise hiacutedrica dos uacuteltimos cem

anos devido agrave escassez de chuvas os reservatoacuterios que abastecem o estado do Rio de Janeiro

encontram-se em niacuteveis muito baixos e alguns deles chegaram ao volume morto (reserva

teacutecnica) Com isso o abastecimento de aacutegua para a populaccedilatildeo estaacute a cada dia mais escasso

Na Figura 5 apresenta-se uma foto da situaccedilatildeo do maior reservatoacuterio da Bacia do Rio Paraiacuteba

do Sul (em fevereiro deste ano) Este reservatoacuterio alimenta a Estaccedilatildeo de Tratamento de Aacutegua

do Guandu que por sua vez eacute responsaacutevel pelo abastecimento de toda a Regiatildeo Metropolitana

do Rio de Janeiro [19]

Figura 5 Reservatoacuterio Paraibuna localizado na Bacia do Rio Paraiacuteba do Sul apoacutes estiagem dos uacuteltimos anos

Na foto o reservatoacuterio estaacute com -056 da capacidade (volume morto) 03022015 Fonte http

ltogloboglobocomrionivel-de-reservatorios-do-rio-paraiba-do-sul-apresentam-leve-melhora-apos-chuvas-

fortes-15229418gt Acesso em 30072015

Devido aos fatores mencionados aliados agrave facilidade de manutenccedilatildeo e ao baixo custo

de perfuraccedilatildeo a utilizaccedilatildeo de aacutegua de poccedilo subterracircneo (Figura 6) eacute cada vez mais requisitada

para suprir as carecircncias de abastecimento No Brasil o aquiacutefero subterracircneo abastece cerca de

19 do total dos domiciacutelios particulares enquanto que no municiacutepio de Duque de Caxias este

percentual atinge os 35 segundo o CENSO-2010 [18]

Figura 6 Poccedilo subterracircneo em Duque de Caxias

34 Fluorescecircncia de Raios X - Teoria

A Espectroscopia de Fluorescecircncia de Raios X eacute uma teacutecnica natildeo destrutiva que

permite a identificaccedilatildeo simultacircnea (qualitativa e quantitativa) de elementos presentes em uma

amostra A teacutecnica baseia-se no fato dos elementos quiacutemicos emitirem radiaccedilotildees

caracteriacutesticas quando submetidos a uma excitaccedilatildeo adequada [20-23]

As amostras satildeo irradiadas com foacutetons (feixe de raios x) gerados por uma fonte Esse

feixe de raios x primaacuterio possui energia suficiente para ejetar eleacutetrons de camadas internas do

aacutetomo (camadas com maior energia de ligaccedilatildeo) transferindo energia para este eleacutetron que eacute

ejetado como fotoeleacutetron O aacutetomo fica instaacutevel (excitado) com uma vacacircncia na camada

interna Com o intuito de diminuir a energia do sistema eleacutetrons de outras camadas

preenchem essa lacuna A diferenccedila de energia entre os niacuteveis da transiccedilatildeo eletrocircnica eacute

liberada atraveacutes da emissatildeo de um foacuteton de raios x (fluorescecircncia ou raio x secundaacuterio) que

tem energia caracteriacutestica para cada elemento como ilustrado na Figura 7 A energia do raio x

caracteriacutestico eacute fornecida pela Equaccedilatildeo 1 [20-23]

Ex = Eni - Enf (Eq1)

Onde

Ex = energia do raio x caracteriacutestico emitido

Eni Enf = energia dos estados eletrocircnicos inicial e final respectivamente

Figura 7 Esquema do princiacutepio da Fluorescecircncia de Raios X

Fonteltwwwshimadzucombrgt Acesso em 30072015

A radiaccedilatildeo caracteriacutestica eacute nomeada de acordo com o niacutevel de onde se apresenta a

vacacircncia (K L M) e de qual niacutevel (α β) e subniacutevel (1 2) proveacutem o eleacutetron que iraacute

ocupar essa lacuna Por exemplo a vacacircncia originada na camada K pode ser preenchida por

eleacutetrons de dois subniacuteveis da camada L o que origina as linhas espectrais Kα1 e Kα2 Se a

vacacircncia da camada K fosse ocupada por um eleacutetron da M teria-se o Kβ e assim por diante

[23]

Com isso os elementos em uma amostra podem ser identificados atraveacutes da medida

do comprimento de onda (ou energia) dessas radiaccedilotildees caracteriacutesticas e as concentraccedilotildees

mensuradas pela intensidade dessas radiaccedilotildees [2123]

Quando um feixe de raios x incide sobre um determinado material diversas formas

de interaccedilatildeo entre a radiaccedilatildeo e a mateacuteria podem ocorrer tais como o Efeito Auger e os

espalhamentos Rayleigh e Compton [20-23]

O processo de relaxaccedilatildeo natildeo-radiativa ou Efeito Auger ocorre quando o aacutetomo

excitado emite um eleacutetron (eleacutetron Auger) ao inveacutes do processo de fluorescecircncia (Figura 8)

Esses dois processos de relaxaccedilatildeo do sistema satildeo concorrentes e a predominacircncia de um ou de

outro depende do numero atocircmico O Efeito Auger prevalece em elementos com baixo

nuacutemero atocircmico (Zlt20) [21]

Figura 8 Efeito Auger [20]

O fenocircmeno de espalhamento de raios x eacute importante em espectroscopia pois eacute

responsaacutevel pela intensidade da radiaccedilatildeo de fundo (background) presente em uma

determinada medida Ele eacute a soma dos efeitos de dois fenocircmenos o espalhamento coerente

elaacutestico ou Rayleigh no qual os raios x primaacuterios satildeo defletidos sem perda de energia isto eacute

sem alteraccedilatildeo no comprimento de onda (λ) e o espalhamento incoerente inelaacutestico ou

Compton no qual foacutetons de raios x primaacuterio satildeo defletidos com perda de energia e com

ejeccedilatildeo de um fotoeleacutetron (Figura 9) [21]

Figura 9 Espalhamento Compton e Rayleigh [21]

35 Fluorescecircncia de Raios X - Instrumentaccedilatildeo

Na Figura 10 pode ser observado um esquema com os principais componentes do

espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X por Dispersatildeo de Comprimento de Onda

(WDXRF - Wavelength Dispersive X-ray Fluorescence) utilizado neste trabalho Suas

funccedilotildees seratildeo descritas em seguida [23]

Figura 10 Instrumentaccedilatildeo do Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X por Dispersatildeo de

Comprimento de Onda - S8 TIGER - BRUKER [23]

Tubo de Raios X

A radiaccedilatildeo incidente eacute produzida em um tubo de raios x consistindo em uma ampola

de vidro ou de metal sob alto vaacutecuo com um filamento de tungstecircnio em uma extremidade

denominado caacutetodo e um alvo de metal na outra extremidade denominado acircnodo

O filamento eacute aquecido por uma corrente eleacutetrica e emite eleacutetrons (emissatildeo

termiocircnica) Os eleacutetrons satildeo acelerados rumo a um acircnodo (alvo) empregando-se uma

diferenccedila de potencial (10-70 kV) Raios x primaacuterios satildeo produzidos quando esses eleacutetrons

com alta velocidade colidem com o material alvo Com o impacto a maior parte da energia

cineacutetica dos eleacutetrons eacute convertida em calor exigindo que o acircnodo seja resfriado de forma

eficiente Apenas uma pequena parte (02-05 dependendo do tipo do alvo) da energia

eletrocircnica eacute convertida em raios x uacuteteis

Essa radiaccedilatildeo consiste em um Contiacutenuo ou Bremsstrahlung e linhas de raios x

caracteriacutesticas do material alvo (aleacutem de linhas caracteriacutesticas de quaisquer contaminantes

presentes) Assim o espectro primaacuterio de um tubo de raios x convencional consiste em linhas

caracteriacutesticas do material do acircnodo (por exemplo Rh) superpostas a um contiacutenuo de

radiaccedilatildeo

Os tubos de raios x satildeo geralmente isolados atraveacutes de uma janela de beriacutelio pois

esse elemento apresenta baixa absorccedilatildeo de raios x e alta resistecircncia mecacircnica para suportar as

diferenccedilas de pressatildeo

Filtros do Feixe Primaacuterio

O espectro primaacuterio pode natildeo conter apenas as linhas do elemento-alvo mas tambeacutem

as linhas de impurezas como Fe Cr ou Cu presentes em vaacuterias partes do tubo Desta forma o

niacutevel de fundo (background) na posiccedilatildeo desses elementos no espectro pode ser elevado

Filtros de feixe primaacuterio satildeo utilizados para filtrar as linhas caracteriacutesticas do tubo se

o mesmo elemento estiver presente na amostra ou se houver sobreposiccedilatildeo por uma linha do

tubo em linhas de elementos da amostra No equipamento em que foram feitas as anaacutelises satildeo

utilizados (automaticamente) os filtros de Cu de 200 microm de espessura e o de Al de 500 microm de

espessura

Maacutescara

Delimita a aacuterea da amostra que seraacute irradiada

Selo de vaacutecuo (Vacuum seal )

Protege o sistema de detecccedilatildeo dos foacutetons de raios x de qualquer vazamento de

amostra

Goniocircmetro

Em equipamentos de dispersatildeo sequencial empregam-se uma ldquogeometria do feixe

paralelordquo ou uma ldquogeometria de cristal planardquo permitindo que os acircngulos do cristal e do

detector sejam selecionados por um aparelho chamado goniocircmetro

O goniocircmetro eacute uma estrutura de rotaccedilatildeo que permite que o cristal e o detector

possuam um movimento angular acoplado θ a 2θ entre eles

Colimador

Colima o feixe divergente de raios x emitido pela amostra Satildeo normalmente feitos

de uma seacuterie de lacircminas paralelas O comprimento e o espaccedilamento entre as lacircminas

determinam a divergecircncia angular admitida pelo colimador Essa divergecircncia angular

juntamente com o cristal determina a resoluccedilatildeo final do espectro

Pode-se melhorar a resoluccedilatildeo fechando o colimador para minimizar a divergecircncia

Poreacutem com isso a intensidade tambeacutem diminui Assim torna-se necessaacuterio um equiliacutebrio

entre a resoluccedilatildeo final (necessaacuteria para evitar sobreposiccedilotildees espectrais importantes) e a

sensibilidade (relacionada com a intensidade)

Cristal

Separa os vaacuterios comprimentos de onda emitidos pela amostra A lei de Bragg

(equaccedilatildeo 2) propotildee que se um plano cristalino tiver um espaccedilamento interplanar (d) refletindo

um comprimento de raios x (λ) essa onda difere em caminho percorrido por uma distacircncia

(2dsenθ) da onda refletida pelo plano adjacente Quando esse caminho percorrido difere por

um nuacutemero inteiro de comprimento de onda tem-se uma interferecircncia construtiva e os raios x

refletidos satildeo reforccedilados Caso contraacuterio tem-se uma interferecircncia destrutiva e os raios x

refletidos se anulam A equaccedilatildeo de Bragg (2)

119899120582 = 2119889119904119890119899120579 (Eq 2)

Onde

n = nuacutemero inteiro (1 2 3) chamado Ordem de Difraccedilatildeo

d = espaccedilamento interplanos no cristal utilizado

θ = acircngulo de Bragg ou acircngulo de difraccedilatildeo

λ = comprimento de onda da linha espectral

Dessa forma para um dado plano cristalino e uma dada ordem de difraccedilatildeo cada

comprimento de onda no espectro de XRF incidente eacute difratado em um uacutenico acircngulo O

comprimento de onda maacuteximo que o proacuteprio plano cristalino pode difratar eacute 2d (quando senθ

assume o valor maacuteximo de 1) Portanto eacute necessaacuterio um cristal ou um plano cristalino com

diferentes valores de 2d para cobrir diferentes intervalos de comprimento de onda em toda a

tabela perioacutedica No espectrocircmetro utilizado neste trabalho foram usados os seguintes cristais

XS-55 (multicamada de WSi) do C ateacute o Mg PET (Pentaeritriato) do Al ateacute o Ti e LiF 200

do K ateacute o U

Detector

Converte os foacutetons de raios x em pulsos de tensatildeo mensuraacuteveis Satildeo utilizados dois

detectores para cobrir todos os elementos do Be ao U Detector de fluxo proporcional

(preenchido com Ar) para elementos do Be ao Cr e o detector de cintilaccedilatildeo de NaI(Tl) para

elementos do Mn ao U

Detectores de fluxo proporcional

Satildeo detectores de radiaccedilatildeo que operam a partir da ionizaccedilatildeo de gases Satildeo

constituiacutedos por um conjunto de eletrodos e um gaacutes Quando o gaacutes eacute colocado entre dois

eletrodos aos quais eacute aplicada certa diferenccedila de potencial os caacutetions e eleacutetrons produzidos

pela passagem de radiaccedilatildeo seratildeo atraiacutedos pelos eletrodos de carga oposta e por eles seratildeo

coletados Na regiatildeo de verdadeira proporcionalidade (Equaccedilatildeo 3) a razatildeo entre a carga

coletada pelos eletrodos e a carga gerada pela ionizaccedilatildeo primaacuteria manteacutem-se constante para as

diferenccedilas de potencial (∆V) aplicadas e com um capacitor de capacitacircncia (C)

Quando a radiaccedilatildeo atravessa esse tipo de detector e produz pares iocircnicos (formados

por eleacutetrons e caacutetions do gaacutes) esses caacutetions (ionizaccedilatildeo primaacuteria) satildeo acelerados adquirindo

energia suficiente para produzir novos pares iocircnicos (ionizaccedilatildeo secundaacuteria) por colisatildeo com

moleacuteculas inicialmente neutras do gaacutes Assim haacute uma multiplicaccedilatildeo do nuacutemero de pares

original A carga coletada eacute igual agrave carga produzida pela radiaccedilatildeo (Q) multiplicada por um

fator (M) denominado ldquoganhordquo

∆119881 = (119872119876)

119862 (Eq 3)

Portanto o sinal produzido tem altura proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo incidente

Detectores de cintilaccedilatildeo

O cintilador eacute uma substacircncia soacutelida ou liacutequida na qual a energia de radiaccedilatildeo

incidente eacute transferida aos eleacutetrons do material sendo depois emitida na forma de radiaccedilatildeo

eletromagneacutetica de frequecircncia menor (visiacutevel ou ultravioleta)

O detector de cintilaccedilatildeo utilizado eacute constituiacutedo por um cristal de NaI(Tl) (iodeto de

soacutedio ativado com 1 de iodeto de taacutelio) no qual ocorre a emissatildeo de radiaccedilatildeo de frequecircncia

menor aleacutem de um fotomultiplicador onde essa radiaccedilatildeo luminosa eacute transformada em pulso

eleacutetrico e amplificada

O mecanismo de cintilaccedilatildeo nos cristais inorgacircnicos baseia-se na propriedade dos

semicondutores terem banda de valecircncia e banda de conduccedilatildeo Na banda de valecircncia os

eleacutetrons estatildeo essencialmente ligados aos siacutetios do cristal Jaacute na banda de conduccedilatildeo os

eleacutetrons tecircm energia suficiente para migrar atraveacutes do cristal No cristal puro natildeo satildeo

encontrados eleacutetrons na banda proibida

Ao incidir uma radiaccedilatildeo no cristal pode ocorrer excitaccedilatildeo de eleacutetrons ateacute a banda de

conduccedilatildeo deixando lacunas na banda de valecircncia (normalmente preenchida)

No cristal puro a energia necessaacuteria para formar um par eleacutetronlacuna eacute

aproximadamente a mesma liberada quando esse par se recombina Assim os espectros de

absorccedilatildeo e emissatildeo superpotildeem-se ocorrendo autoabsorccedilatildeo da radiaccedilatildeo luminosa produzida

Se o cristal for ativado a emissatildeo pode ocorrer via um siacutetio do ativador para o qual a energia

de transiccedilatildeo eacute menor do que a necessaacuteria para a criaccedilatildeo do par eleacutetronlacuna Desse modo o

espectro emitido eacute deslocado para comprimentos de onda maiores e natildeo causa nova absorccedilatildeo

No tubo fotomultiplicador converte-se a radiaccedilatildeo de baixa intensidade produzida no

cintilador em um sinal eleacutetrico uacutetil agrave detecccedilatildeo e contagem de radiaccedilatildeo

Analisador de altura de pulso (PHA)

A energia do foacuteton incidente de raios x determina o tamanho do pulso de tensatildeo

produzido pelo detector O analisador de altura de pulso faz uso dessa propriedade a fim de

selecionar apenas um intervalo estreito de pulsos de voltagem rejeitando todos os pulsos com

intensidades fora do intervalo escolhido

Ao final utiliza-se o meacutetodo de integraccedilatildeo dos recebidos em um integrador

eletrocircnico Se N representa o nuacutemero de contagens em um tempo de integraccedilatildeo t segundos

entatildeo a taxa de contagem eacute Nt contagens por segundo (cps)

36 Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford - Teoria

A teacutecnica de RBS consiste em incidir partiacuteculas monoenergeacuteticas de um feixe de iacuteons

(geralmente iacuteons He+) de alta energia em um alvo estacionaacuterio Ao colidirem com os aacutetomos

do alvo as partiacuteculas satildeo elasticamente espalhadas no campo eleacutetrico do nuacutecleo do aacutetomo e

chegam a um detector por um acircngulo de retroespalhamento Na Figura 11 apresenta-se um

esquema de espalhamento elaacutestico [25-27]

Figura 11 Espalhamento elaacutestico em acircngulo de retroespalhamento de um iacuteon de massa M1

por um aacutetomo de massa M2 com M2gtM1 [25]

O detector ao receber as partiacuteculas espalhadas produz um pulso ou sinal que eacute entatildeo

processado por um analisador multicanal e classificado conforme a amplitude que

corresponde a uma escala em energia Como resultado as informaccedilotildees sobre a composiccedilatildeo

elementar do aacutetomo alvo satildeo obtidas a partir de um espectro de contagens em funccedilatildeo da

energia das partiacuteculas retroespalhadas detectadas [25]

O fator cinemaacutetico (K) eacute responsaacutevel pela anaacutelise elementar qualitativa Essa

grandeza depende da razatildeo entre as energias das partiacuteculas incidentes antes (E0) e depois (E)

do espalhamento (Equaccedilatildeo 4)

119870 = 119864

1198640 (Eq 4)

Considerando as conservaccedilotildees de energia e do momentum na colisatildeo elaacutestica obteacutem-

se a relaccedilatildeo entre o fator cinemaacutetico (K) a massa atocircmica da partiacutecula incidente (M1) a massa

atocircmica do aacutetomo alvo (M2) e o acircngulo de espalhamento (θ) (Eq 5)

119870 = [1198721 119888119900119904120579+ (1198722

2minus 11987212 1199041198901198992120579)

12

1198721+ 1198722]

2

(Eq 5)

Os valores de M1 θ e E0 satildeo preacute-fixados conhecendo E determina-se K e por

conseguinte determina-se M2

A Figura 12 apresenta um esquema do espectro de RBS de um filme fino de

composiccedilatildeo geneacuterica AB onde a massa de A eacute maior do que a massa de B depositado em um

substrato C ainda mais leve

Figura 12 Esquema de um espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford de

um filme fino AB sobre um substrato C ainda mais leve [27]

A resoluccedilatildeo em massa da teacutecnica eacute a diferenccedila miacutenima de massa entre dois aacutetomos-

alvo para que sinais resolvidos possam ser observados no espectro A discriminaccedilatildeo em massa

eacute maacutexima para θ = 180deg razatildeo pela qual satildeo utilizados acircngulos elevados experimentalmente

Pode-se melhorar a resoluccedilatildeo em massa na RBS aumentando a energia e a massa dos aacutetomos

incidentes e melhorando a resoluccedilatildeo do sistema de detecccedilatildeo com o cuidado para natildeo degradar

os detectores [25]

Outra grandeza importante em RBS eacute a seccedilatildeo de choque de espalhamento (σ) que eacute

uma medida da probabilidade de ocorrer o espalhamento e que atribui o caraacuteter quantitativo agrave

teacutecnica [25] Considerando um nuacutemero de partiacuteculas espalhadas (H) sobre um detector tem-se

a Equaccedilatildeo 6

119867 = 119876119873119905 ⟨119889120590

119889120570⟩Ω (Eq 6)

Onde

Q = nuacutemero de partiacuteculas que atinge a amostra

N = densidade volumeacutetrica dos aacutetomos alvo

t = espessura do alvo

⟨119889120590

119889120570⟩ = seccedilatildeo de choque meacutedia de espalhamento

Ω = acircngulo soacutelido do detector em relaccedilatildeo ao feixe

Para acircngulos pequenos tem-se ⟨119889120590

119889120570⟩ = (

119889120590

119889120570)120579

= σ (Eq 7)

Logo 119867 = 119876119873119905120590120570 (Eq 8)

Na Equaccedilatildeo 8 conhecendo o nuacutemero de partiacuteculas que atinge o alvo Q e o detector

H pode-se determinar o numero de aacutetomos por unidade de aacuterea da amostra (Nt) desde que se

conheccedila o acircngulo soacutelido de detecccedilatildeo Ω e a seccedilatildeo de choque de espalhamento (σ) Para uma

colisatildeo elaacutestica entre dois aacutetomos com nuacutemeros atocircmicos Z1 e Z2 (do aacutetomo incidente e do

aacutetomo alvo respectivamente) em que a forccedila de interaccedilatildeo eacute a repulsatildeo eletrostaacutetica dos

nuacutecleos a seccedilatildeo de choque de espalhamento diferencial (por unidade de acircngulo soacutelido) eacute dada

pela Foacutermula de Rutherford (Equaccedilatildeo 9)

119889120590

119889120570= (

119885111988521198902

4119864)2

4

1199041198901198994120579

[1minus ((

11987211198722) 119904119890119899120579)

2

]

12

+cos120579

[1minus ((11987211198722)119904119890119899 120579)

2

]

12

2

(Eq 9)

Em siacutentese a razatildeo entre as concentraccedilotildees relativas dos elementos A e B na

superfiacutecie de uma amostra 119873119860119860119861(119909)

119873119861119860119861(119909)

pode ser calculada com o auxiacutelio de um programa

computacional ou atraveacutes da medida de altura dos degraus obtidos no espectro sendo

calculadas com as Equaccedilotildees 10 e 11

(119889120590

119889120570)119861

(119889120590

119889120570)119860

= Ji (Eq 10)

119873119860119860119861(119909)

119873119861119860119861(119909)

= 119867119860119860119861

119867119861119860119861 119869119894 (Eq 11)

37 Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford - Instrumentaccedilatildeo

Na Figura 13 pode ser observado um esquema com os principais componentes da

instrumentaccedilatildeo utilizada em anaacutelises por RBS que seratildeo descritos em seguida de acordo com

o equipamento utilizado para a realizaccedilatildeo deste trabalho e com informaccedilotildees obtidas na

referecircncia [25]

Figura 13 Esquema dos componentes presentes na instrumentaccedilatildeo utilizada em anaacutelises por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford Fonte Adaptado de [25]

O Laboratoacuterio de Implantaccedilatildeo Iocircnica da Universidade Federal do Rio Grande do Sul

possui um acelerador Tandetron equipado com fontes de iacuteons dos tipos sputtering e de

plasma com tecnologia ldquotandemrdquo com 3MV de tensatildeo maacutexima no terminal e cinco estaccedilotildees

experimentais de linhas distintas incluindo a de RBS

Fonte de iacuteons

Fonte de Plasma um gaacutes ou um vapor eacute ionizado por meio de campos

eletromagneacuteticos na faixa de radiofrequecircncia ou ao ser atravessado por corrente eleacutetrica

Fonte de ldquoSputteringrdquo os iacuteons satildeo produzidos por transferecircncia de momentum

quando da colisatildeo de um feixe primaacuterio (geralmente Cs+) com um alvo soacutelido

Aceleradores ldquotandemrdquo

Neste tipo de acelerador iacuteons positivos deixam a fonte passam por uma troca de

carga (com vapor de Liacutetio ou outro elemento eletropositivo) e satildeo conduzidos com carga

negativa ao tubo acelerador onde satildeo atraiacutedos por um terminal positivo No caso dos iacuteons

produzidos serem originalmente negativos a troca de carga eacute suprimida Junto ao terminal

positivo passam por uma seccedilatildeo contendo um gaacutes ou vapor (N2 no presente caso) ou por uma

folha muito fina de carbono para que os iacuteons emergentes tenham perdido os eleacutetrons Com

carga positiva satildeo novamente acelerados agora por repulsatildeo do terminal Diferenccedilas de

potencial da ordem de vaacuterios milhotildees de volts satildeo obtidas utilizando circuitos multiplicadores

de voltagem que multiplicam e retificam a tensatildeo produzida por um transformador Seguindo

o tubo acelerador geralmente encontra-se um segundo eletroiacutematilde que permite direcionar o

feixe de iacuteons para uma das estaccedilotildees experimentais de acordo com as espeacutecies a serem

detectadas (no presente caso partiacuteculas retroespalhadas)

Detectores de estado soacutelido com junccedilotildees p-n obtidas por implantaccedilatildeo iocircnica

A junccedilatildeo p-n sob polarizaccedilatildeo reversa permite a coleta de cargas geradas na

produccedilatildeo de pares eleacutetron-lacuna Esse fenocircmeno ocorre quando um iacuteon atravessa um

semicondutor excitando eleacutetrons da banda de valecircncia para a banda de conduccedilatildeo que entatildeo

satildeo coletados no acircnodo Dessa forma o nuacutemero de eleacutetrons coletados no acircnodo eacute proporcional

ao nuacutemero de pares de eleacutetron-lacuna produzidos o qual eacute proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo

incidente desde que o iacuteon seja totalmente freado dentro do volume ativo do detector

Analisador multicanal (MCA) no modo de anaacutelise de intensidade de pulso

O MCA consta de uma sequecircncia de registradores onde cada pulso de entrada uma

vez digitalizado por um conversor analoacutegico-digital (ADC) eacute analisado com relaccedilatildeo a sua

amplitude (modo PHA) sob o controle de um discriminador Na sequecircncia o canal de

memoacuteria correspondente tem seu conteuacutedo incrementado em uma unidade Com isso

acumulam-se em um canal especiacutefico todos os pulsos de entrada de um pequeno intervalo de

amplitudes ou energias dos iacuteons incidentes Ao final com a soma dos pulsos recebidos em

cada canal obteacutem-se um histograma do nuacutemero de pulsos em funccedilatildeo de suas amplitudes ou

energias dos iacuteons incidentes

40 METODOLOGIA

41 Amostragem

Amostras de cabelo de 16 pessoas foram coletadas Os doadores foram entrevistados

seguindo o questionaacuterio disponiacutevel no ANEXO I e selecionados de acordo com os seguintes

criteacuterios possuiacuterem cabelos virgens (cabelos sem nenhum tipo de tratamento quiacutemico como

coloraccedilotildees tinturas alisantes entre outros) estarem saudaacuteveis serem natildeo fumantes e viverem

na Regiatildeo Metropolitana do Rio de Janeiro As amostras foram divididas em dois grupos de

oito o primeiro de pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo subterracircneo e o segundo com pessoas

que ingerem a aacutegua tratada e distribuiacuteda pela CEDAE

Foram analisadas amostras de cabelo de duas pessoas que consumiam a aacutegua do

mesmo poccedilo isto eacute duas amostras de cada residecircncia totalizando 4 poccedilos diferentes (a b c

d) na localidade Chaacutecaras Arcampo em Duque de Caxias ndash RJ (Figura 14)

Figura 14 Mapa com os pontos de coleta de amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua

de poccedilo em destaque a localizaccedilatildeo das residecircncias com os poccedilos

Fonte Google Earth Acesso em 30072015

As amostras foram coletadas na regiatildeo occipital da cabeccedila (nuca) como visto na

Figura 15 com o auxiacutelio de uma tesoura de accedilo inoxidaacutevel devidamente limpa com etanol

Essa regiatildeo eacute definida como padratildeo por ser menos suscetiacutevel a contaminaccedilatildeo exoacutegena e

tambeacutem por sempre existir cabelo em indiviacuteduos semicalvos [14] Em seguida as amostras

foram catalogadas e armazenadas em sacos plaacutesticos [5] Informaccedilotildees adicionais sobre o sexo

e a idade dos doadores e o tipo e cor das amostras de cabelo coletadas disponiacuteveis no ANEXO

II

Figura 15 Coleta de amostra de cabelo na regiatildeo occipital da cabeccedila

42 Lavagem das Amostras de Cabelo

Todas as amostras foram submetidas a uma sequecircncia de etapas de lavagem de 10

minutos cada utilizando acetona e aacutegua deionizada (Figura 16) Em seguida foram colocadas

para secar agrave temperatura ambiente de acordo com o procedimento recomendado pela Agecircncia

Internacional de Energia Atocircmica (IAEA) [5]

Figura 16 Lavagem das amostras de cabelo

As amostras analisadas por XRF foram colocadas diretamente no suporte do

equipamento Os fios foram colocados de maneira a se obter a superfiacutecie do porta-amostra

totalmente coberta pelo cabelo a qual em seguida foi coberta por um filme (Ultralenereg 4

microm de espessura) (Figura 17) Para a anaacutelise com o RBS o cabelo foi aderido ao suporte do

porta-amostra com o auxiacutelio de uma fita dupla face de carbono puro (Figura 18)

Figura 17 Amostra de cabelo em porta-amostra do equipamento de Fluorescecircncia de

Raios X

Figura 18 Amostra de cabelo no porta-amostra do equipamento de Espectrometria de

Retroespalhamento Rutherford

43 Paracircmetros Instrumentais

Anaacutelises semiquantitativas de XRF dos elementos presentes no cabelo foram

realizadas no Laboratoacuterio de Impacto de Foacutetons e Eleacutetrons (LIFE) na Universidade Federal do

Rio de Janeiro (UFRJ) Utilizou-se o Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios-X S8 TIGER

ndash BRUKER (Figura 19) na faixa de energia de 05 a 56 keV acircnodo de Rh trabalhando com 1

kW de potecircncia com uma janela de Be de 76 microm atraveacutes do software Quant-Express no

meacutetodo Best Detection O tempo de aquisiccedilatildeo para cada amostra foi de aproximadamente 20

minutos

Os dados por RBS foram realizados no Laboratoacuterio de Implantaccedilatildeo Iocircnica na

Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) Utilizou-se um acelerador de iacuteons

Tandetron - HVEE 3 MV (Figura 20) usando 2000 keV de iacuteons He+ incidentes e detecccedilatildeo de

partiacuteculas retroespalhadas a 165deg

Figura 19 Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X - S8 TIGER - BRUKER

Figura 20 Acelerador de iacuteons Tandetron - HVEE 3 MV onde foi feita a anaacutelise por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford

50 RESULTADOS E DISCUSSOtildeES

51 Anaacutelise por XRF

O espectro completo de XRF da amostra 2 referente ao cabelo de uma pessoa que

ingere aacutegua de poccedilo eacute mostrado na Figura 21 conforme obtido diretamente do equipamento

Eacute possiacutevel identificar as linhas de excitaccedilatildeo do Rh e as linhas de espalhamento Compton e

Rayleigh Os espectros ampliados somente na regiatildeo de interesse com as linhas de

fluorescecircncia Kα e Kβ atribuiacutedas agrave maioria dos elementos (exceto para o chumbo em que se

detectam as linhas Lα e Lβ) e sem as linhas de Rh de todas as amostras analisadas encontram-

se nos ANEXOS III e IV Os elementos analisados e a energia de suas linhas de emissatildeo de

fluorescecircncia Kα e Kβ satildeo apresentados na Tabela 4

Figura 21 Espectro de Fluorescecircncia de Raios X completo da amostra 2

Tabela 4 Energia em keV das principais linhas de emissatildeo de raios x dos elementos

analisados Adaptado de [26]

Os elementos observados e as concentraccedilotildees semiquantitativas das amostras de

cabelo das pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo e das amostras de cabelo das pessoas que

ingerem aacutegua distribuiacuteda pela CEDAE satildeo apresentados respectivamente nas Tabelas 5 e 6

Kα Kβ

Al 1487 1557

Si 1740 1836

P 2014 2139

S 2308 2464

Cl 2622 2816

Ca 3692 4013

Mn 5899 6490

Fe 6404 7058

Cu 8048 8905

Zn 8639 9572

Pb (Linhas Lα e Lβ) 10552 12614

Elementos

Analisados

Energia (keV) das Linhas de

Emissatildeo de Raios X

Tabela 5 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (1 a 8) que

ingerem aacutegua de poccedilo As concentraccedilotildees dos elementos foram normalizadas de modo que a

soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da matriz orgacircnica em conjunto

seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo ldquoa b c drdquo correlacionam a amostra

de cabelo com o poccedilo do qual o indiviacuteduo ingere aacutegua

1 2 3 4 5 6 7 8

Al 002 003 003 34 ppm natildeo det 006 natildeo det 001

Si 001 54 ppm 006 46 ppm 005 002 002 54 ppm

P 003 003 54 ppm 002 001 46 ppm natildeo det 004

S 117 071 115 118 166 135 151 098

Cl 003 65 ppm 002 002 natildeo det 003 natildeo det 61 ppm

Ca 003 003 80 ppm 002 004 002 008 008

Mn 73 ppm 78 ppm 58 ppm 10 ppm natildeo det 91 ppm natildeo det 54 ppm

Fe 001 001 92 ppm 29 ppm 38 ppm 001 27 ppm 83 ppm

Cu 44 ppm 41 ppm 46 ppm 31 ppm natildeo det 44 ppm 37 ppm 36 ppm

Zn 77 ppm 002 91 ppm 82 ppm 41 ppm 92 ppm 40 ppm 98 ppm

Pb 10 ppm 9 ppm 12 ppm 10 ppm natildeo det 10 ppm natildeo det 9 ppm

a b c d

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Elementos

Tabela 6 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (9 a 16)

que ingerem aacutegua tratada e distribuiacuteda pela CEDAE As concentraccedilotildees dos elementos foram

normalizadas de modo que a soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da

matriz orgacircnica em conjunto seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo

9 10 11 12 13 14 15 16

Al 001 36 ppm natildeo det 002 61 ppm 90 ppm 002 natildeo det

Si natildeo det 35 ppm natildeo det 40 ppm 79 ppm 60 ppm natildeo det natildeo det

P 003 34 ppm 003 002 natildeo det 46 ppm natildeo det 41 ppm

S 111 106 116 152 136 145 155 128

Cl 52 ppm 001 002 003 004 005 014 009

Ca 006 004 002 002 001 001 001 001

Mn 51 ppm 9 ppm 32 ppm natildeo det 24 ppm 57 ppm natildeo det 30 ppm

Fe 82 ppm 30 ppm 57 ppm 56 ppm 59 ppm 90 ppm 52 ppm 54 ppm

Cu 31 ppm 51 ppm 28 ppm 27 ppm 31 ppm 44 ppm 14 ppm 29 ppm

Zn 001 001 92 ppm 86 ppm 001 001 42 ppm 001

Pb natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det

Elementos

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

Na anaacutelise semiquantitativa por XRF pode-se verificar a presenccedila de elevadas

concentraccedilotildees de enxofre o que jaacute era esperado visto que este elemento faz parte da estrutura

da cisteiacutena o aminoaacutecido em maior quantidade na composiccedilatildeo do cabelo

Os elementos Ca Zn e Fe foram detectados em todas as amostras dos dois grupos O

Ca aparece na maior parte das amostras em concentraccedilotildees da ordem de enquanto que o Zn

e o Fe da ordem de ppm Os elementos Al P Mn Cl Si e Cu aparecem na maioria das

amostras em ambos os grupos No entanto o Pb foi observado em concentraccedilotildees da ordem de

ppm somente em amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo

Para as amostras 5 7 e 15 utilizou-se um porta amostra com maacutescara de 8 mm de

diacircmetro ao inveacutes da maacutescara de 34 mm utilizada para as outras amostras devido a pouca

quantidade de cabelo coletado Agrave vantagem de poder utilizar menos amostra com a maacutescara

de 8 mm contrapotildee-se um aumento do ruiacutedo de fundo e a consequente perda da sensibilidade

na anaacutelise Tal fato pode provavelmente justificar a quantidade menor de elementos

observados nessas amostras em comparaccedilatildeo com as demais incluindo a ausecircncia do elemento

chumbo nas amostras 5 e 7 jaacute que o mesmo aparece nas amostras 6 e 8 das pessoas que

bebem a mesma aacutegua dos poccedilos c e d respectivamente

52 Anaacutelise por RBS

Apresenta-se na Figura 22 o espectro de RBS da amostra 2 adquirido durante 8

horas de anaacutelise e apoacutes tratamento dos dados atraveacutes do programa computacional OriginPro 8

Duas ampliaccedilotildees (I e II) nas regiotildees de mais alta energia satildeo apresentadas nas Figuras 23 e

24 Observou-se a presenccedila dos elementos C N O Si S Cl Ti Cu Zn e Pb

As energias dos iacuteons He+ retroespalhados a partir da interaccedilatildeo com os nuacutecleos de Pb

e Hg satildeo muito proacuteximas tornando difiacutecil a resoluccedilatildeo dos sinais No entanto o Hg natildeo foi

observado em nenhuma das amostras por XRF enquanto o Pb pode ser detectado claramente

Conclui-se portanto que o degrau no espectro eacute correspondente ao Pb

Utilizando-se o caacutelculo da seccedilatildeo de choque de espalhamento Rutherford foi possiacutevel

obter uma anaacutelise quantitativa relativa da amostra 2 Para isso foi escolhido o enxofre como

elemento padratildeo devido ao fato do S estar presente em todas as amostras de cabelo e ser

facilmente detectaacutevel por ambas as teacutecnicas Para cada aacutetomo de S na amostra de cabelo as

seguintes proporccedilotildees atocircmicas foram obtidas 115 x 102 C 274 x 10

1 N 157 x 10

1 O 479 x

10-1

Si 641 x 10-1

Cl 454 x 10-2

Ti 162 x 10-2

Cu 265 x 10-2

Zn e 504 x 10-4

Pb

Figura 22 Espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da amostra 2

(grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 23 Ampliaccedilatildeo I do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 24 Ampliaccedilatildeo II do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

60 CONCLUSOtildeES

As teacutecnicas de XRF e RBS mostraram-se eficientes e complementares na

determinaccedilatildeo de vaacuterios elementos presentes em amostras de cabelo humano Atraveacutes das duas

teacutecnicas foi possiacutevel detectar de forma semiquantitativa a presenccedila de elementos desde o Al

ateacute o Pb Por RBS tambeacutem foram detectados elementos mais leves como C N e O A

utilizaccedilatildeo conjunta das duas teacutecnicas permitiu a identificaccedilatildeo inequiacutevoca de Pb no espectro de

RBS

Eacute evidente que as concentraccedilotildees dos elementos nas amostras de cabelo dependem de

diversos fatores tais como o tipo de alimentaccedilatildeo idade sexo ambiente em que o indiviacuteduo

vive e podem ser provenientes de meios exoacutegenos e endoacutegenos Entretanto considerando o

natildeo aparecimento do Pb em nenhuma das amostras de cabelo das pessoas que ingerem aacutegua

distribuiacuteda pela CEDAE aleacutem das anaacutelises preacutevias da aacutegua dos poccedilos da aacuterea em estudo eacute

possiacutevel afirmar que existe uma elevada possibilidade da aacutegua de poccedilo estaacute atuando como

uma fonte de contaminaccedilatildeo de Pb para as pessoas Como o Pb eacute um elemento toacutexico com

propriedade de bioacumulaccedilatildeo sua presenccedila pode gerar danos irreversiacuteveis aos organismos

vivos

70 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS

Como sugestotildees deste estudo podemos indicar

Realizar uma anaacutelise quantitativa de um nuacutemero mais amplo de amostras

Efetuar uma comparaccedilatildeo com materiais de referecircncia certificados a fim de

determinar com um grau de confiabilidade mais elevado se as quantidades de

chumbo detectadas nas amostras de cabelo estatildeo acima do intervalo de valores

considerados aceitaacuteveis

80 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

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dos procedimentos para a determinaccedilatildeo de elementos traccedilo e aplicaccedilotildees Quiacutem Nova

1999 22 (6) 838-846

[2] FRAZAtildeO S V Estudo da determinaccedilatildeo de elementos traccedilo em cabelos humanos

pelo meacutetodo de anaacutelise por ativaccedilatildeo de necircutrons Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Ciecircncias na

Aacuterea de Tecnologia Nuclear ndash Aplicaccedilotildees Instituto de Pesquisas Energeacuteticas e Nucleares ndash

Universidade de Satildeo Paulo - USP Satildeo Paulo 2008

[3] CARNEIRO M T W D SILVEIRA C L P MIEKELEY N FORTES L M C

Reference intervals for minor and trace elements in human hair for the population of

Rio de Janeiro city Brazil Quiacutem Nova 2002 25 (1) 37-45

[4] KEMPSON I M SKINNER W M KIRKBRIDE K P The ocurrence and

incorporation of copper and zinc in hair and their potential role as bioindicators a

review Journal of Toxicology and Environmental Health 2007 B 10 611-622

[5] CORTES-TORO E DE GOEIJ J J M BASCO J CHENG Y KINOVA L

MATSUBARA J NIESE S SATP T WESENBERG G R MURAMATSU Y PARR

R M The significance of hair mineral analysis as a means for assessing internal body

burdens of environmental pollutants results from an IAEA co-ordinated research

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[6] CLAYTON E WOOLER K K Sample preparation and system calibration for

Proton-Induced X-ray Emission analysis of hair from occupationally exposed workers

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[7] MIEKELEY N CARNEIRO M T W D SILVEIRA C L P How reliable are

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1998 218 9-17

[8] MIEKELEY N FORTES L M C SILVEIRA C L P LIMA M B Elemental

anomalies in hair as indicators of endocrinologic pathologies and deficiencies in calcium

and bone metabolism Journal of Trace Elements in Medicine and Biology 2001 15 46-55

[9] TORIBARA T Y JACKSON D A FRENCH W R THOMPSON A C

JACKLEVIC J M Nondestructive X-Ray Fluorescence Spectrometry for determination

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[10] KHUDER A BAKIR M A HASAN R MOHAMMAD A Determination of

nickel cuper zinc and lead in human scalp hair in Syrian occupationally exposed

workers by total reflection X-Ray Fluorescence Environ Monit Assess 2008 143 67-74

[11] BARANOWSKA I BARCHANSKI L BAK M SMOLEC B MZYK Z X-Ray

Fluorescence Spectrometry in multielemental analysis of hair and teeth Polish Journal of

Environmental Studies 2004 13 (6) 639-646

[12] WATT F LANDSBERG J P Nuclear microscopy biomedical applications

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research 1993 B 77 249-260

[13] PAIXAtildeO P V GOMES L M B Anaacutelise de aacutegua de poccedilos subterracircneos na

localidade Chaacutecaras Arcampo em Duque de Caxias ndash RJ Relatoacuterio Final de Estaacutegio

Iniciaccedilatildeo Cientiacutefica Instituto de Quiacutemica ndash Universidade Federal do Rio de Janeiro ndash UFRJ

Rio de Janeiro 2012

[14] ANUNCIACcedilAtildeO D L R Anaacutelise de elementos maiores menores e traccedilo em

amostras de cabelo aplicado a triagem populacional com elevada incidecircncia de cacircncer

Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Quiacutemica Instituto de Quiacutemica ndash Universidade de Brasiacutelia

Brasiacutelia ndash Distrito Federal 2008

[15] TEGON E C Caracterizaccedilatildeo Quiacutemica do Enxofre e do Caacutelcio presentes em

amostras de cabelos empregando as teacutecnicas XRF e NEXAFS Projeto de Final de Curso

em Quiacutemica com Atribuiccedilotildees Tecnoloacutegicas Instituto de Quiacutemica ndash Universidade Federal do

Rio de Janeiro Rio de Janeiro 2013

[16] Dossiecirc os minerais na alimentaccedilatildeo Food Ingredients Brasil 2008 ndeg 4 48-65

Disponiacutevel em lt wwwrevista-ficommaterias52pdfgt Acesso em 30 de julho de 2015

[17] CEDAE Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos Disponiacutevel em

ltwwwcedaecombrgt Acesso em 30 de julho de 2015

[18] IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatiacutestica Censo Brasileiro de 2010 Rio de

Janeiro 2010 Disponiacutevel em ltwwwcenso2010ibgegovbrgt Acesso em 30 de julho de

2015

[19] RESENDE D ALENCAR E ALMEIDA R BERTA R Principal reservatoacuterio do

Paraiacuteba do Sul Paraibuna chega ao volume morto pela primeira vez Jornal O Globo 22

de janeiro de 2015 Disponiacutevel em httpogloboglobocomrioprincipal-reservatorio-do-

paraiba-do-sul-paraibuna-chega-ao-volume-morto-pela-primeira-vez-gt Acesso em 30 de

julho de 2015

[20] Fundamentos teoacutericos da teacutecnica de anaacutelise espectromeacutetrica por fluorescecircncia de

raios-x PUC-Rio ndash Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em

lthttpwwwmaxwellvracpuc-riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 30 de julho de 2015

[21] TASCH P DAMIANI F OLIVEIRA L C M IE - 607A Teacutecnicas de anaacutelise e

caracterizaccedilatildeo de materiais Universidade Estadual de Campinas ndash UNICAMP Campinas

2000

[22] FILHO V F N Teacutecnicas analiacuteticas nucleares de Fluorescecircncia de Raios ndashX por

Dispersatildeo de Enerdia (ED-XRF) e por Reflexatildeo Total (TXRF) Departamento de Ciecircncias

Exatas ESALQ Laboratoacuterio de Instrumentaccedilatildeo Nuclear CENA Universidade de Satildeo Paulo

ndash USP Satildeo Paulo 1999

[23] PERDONAacute C R Introduccedilatildeo a espectrometria de Fluorescecircncia de Raios-X Manual

Teacutecnico ndash BRUKER 2014

[24] O espectrocircmetro de fluorescecircncia de raios-x Thermo ARL 9900 PUC-Rio ndash

Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em lthttpwwwmaxwellvracpuc-

riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 08 de agosto de 2015

[25] KRUG C Superfiacutecies porosas recobertas com metalocenos anaacutelise multivariada

envolvendo caracterizaccedilatildeo com feixe de iacuteons Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Fiacutesica Instituto

de Fiacutesica Universidade Federal do Rio Grande do Sul ndash UFRGS Porto Alegre 2000

[26] TABACNIKS M H Anaacutelise de filmes finos por PIXE e RBS Instituto de Fiacutesica da

Universidade de Satildeo Paulo Disponiacutevel em ltwww2ifuspbr~lamfipixeamprbspdfgt Acesso

em julho de 2015

[27] ALMEIDA C R Efeito de tratamentos teacutermico e quiacutemico de aerogeacuteis de oacutexido de

estanho Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Engenharia Eleacutetrica Universidade Federal de Santa

Catarina Florianoacutepolis 2013

[28] ATTWOOD D T HENKE B L et al X-Ray Data Booklet Lawrence Berkeley

Laboratory University of California Berkeley California 1986

ANEXO I

MODELO DO QUESTIONAacuteRIO PREENCHIDO ANTES DA COLETA DAS AMOSTRAS

DE CABELO

Coacutedigo da amostra

Nome

Idade (anos)

Endereccedilo

Fuma Sim ( ) Natildeo ( )

Ingere aacutegua de que tipo (poccedilo CEDAE) Poccedilo ( ) CEDAE ( )

Fez algum tipo de tratamento quiacutemico no cabelo

(coloraccedilatildeo alisamento etc)Sim ( ) Natildeo ( )

Qual Quando foi a uacuteltima vez

Esteve bem de sauacutede nos uacuteltimos 6 meses Sim ( ) Natildeo ( )

Data da coleta

Responsaacutevel pela coleta

COLETA DE AMOSTRA DE CABELO

ANEXO II

INFORMACcedilOtildeES ADICIONAIS SOBRE OS DOADORES E AS AMOSTRAS DE

CABELO COLETADAS

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

1 Feminino 62 Cacheado Castanho Escuro

2 Feminino 27 Cacheado Castanho Escuro

3 Feminino 17 Liso Castanho Escuro

4 Feminino 10 Cacheado Castanho Escuro

5 Feminino 58 Liso Castanho Escuro

6 Feminino 7 Cacheado Castanho Escuro

7 Masculino 17 Liso Castanho Claro

8 Feminino 39 Liso Castanho Escuro

Pessoas que Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

9 Feminino 41 Cacheado Castanho Escuro

10 Feminino 17 Ondulado Castanho Claro

11 Masculino 1 Cacheado Castanho Escuro

12 Feminino 11 Liso Castanho Escuro

13 Masculino 21 Liso Castanho Escuro

14 Masculino 42 Cacheado Preto

15 Masculino 6 Liso Preto

16 Masculino 14 Liso Preto

Pessoas que Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

ANEXO III

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DE POCcedilO (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 1

Amostra 2

Amostra 3

Amostra 4

Amostra 5

Amostra 6

Amostra 7

Amostra 8

ANEXO IV

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DISTRIBUIacuteDA PELA CEDAE (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 9

Amostra 10

Amostra 11

Amostra 12

Amostra 13

Amostra 14

Amostra 15

Amostra 16

Page 24: Dissertação Priscilla Velasco da Paixão

Os elementos traccedilo natildeo essenciais satildeo aqueles que natildeo apresentam nenhuma funccedilatildeo

no metabolismo das espeacutecies animais e vegetais e quando estatildeo em alta concentraccedilatildeo podem

provocar efeitos negativos ao organismo dos seres vivos Na Tabela 3 estatildeo listados alguns

elementos traccedilo natildeo essenciais e suas toxicidades [214]

Mo Cofator em enzimas que metabolizam os aminoaacutecidos metionina e cistina

NaAtua no controle osmoacutetico volume plasmaacutetico transmissatildeo de impulsos nervosos e

controle da contraccedilatildeo muscular

Ni A essencialidade eacute provaacutevel mas ainda natildeo estaacute estabelecida

PAtua na formaccedilatildeo dos ossos e dentes participa da estrutura das membranas

celulares e do processo de absorccedilatildeo renal da glicose

SParticipa da construccedilatildeo das proteiacutenas e no metabolismo energeacutetico faz parte de

algumas vitaminas (tiamina e biotina)

SeParticipaccedilatildeo na siacutentese de hormocircnios tireoideanos na accedilatildeo antioxidante e eacute cofator

em enzimas

Si Atua na estrutura da derme promovendo sua elasticidade

Sn A essencialidade eacute provaacutevel mas ainda natildeo estaacute estabelecida

V A essencialidade eacute provaacutevel mas ainda natildeo estaacute estabelecida

ZnCofator em algumas enzimas e na insulina tambeacutem exerce influecircncia no metabolismo

dos aacutecidos nucleiacutecos

Tabela 3 Elementos traccedilo natildeo essenciais e suas toxicidades Adaptado de [14]

Os termos macrominerais e microminerais (ou elementos-traccedilo) tambeacutem satildeo muito

utilizados no meio cientiacutefico principalmente na aacuterea de nutriccedilatildeo Os macrominerais satildeo

aqueles elementos encontrados em altas concentraccedilotildees nas amostras geralmente acima de

1 ou cuja necessidade diaacuteria no organismo seja maior que 100 mg No cabelo satildeo

considerados macrominerais por exemplo Ca P S Mg Na K e Cl Jaacute os microminerais satildeo

aqueles encontrados em baixas concentraccedilotildees na amostra (ppm ou ppb) ou cuja necessidade

no organismo seja inferior a 100 mg por dia No cabelo podem ser citados os seguintes

microminerais Fe Zn Cu Mn I Cr Se F Co Ni Si e Mo [114]

33 Abastecimento de Aacutegua na Regiatildeo de Amostragem

No Estado do Rio de Janeiro a captaccedilatildeo tratamento aduccedilatildeo e distribuiccedilatildeo das redes

de aacutegua ficam a cargo da CEDAE ndash Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos No presente

momento a CEDAE abastece cerca de 9 milhotildees de pessoas em 64 dos 92 municiacutepios do

Estado sendo Duque de Caxias um desses [17]

O abastecimento de aacutegua pela CEDAE na cidade de Duque de Caxias nunca ocorreu

de forma contiacutenua e natildeo haacute garantia da manutenccedilatildeo da qualidade da aacutegua ateacute a chegada ao

Al

Causa ao organismo anemia enfraquecimento dos ossos e muacutesculos

dificuldade no metabolismo do caacutelcio alteraccedilotildees hepatoloacutegicas e

renais dores de cabeccedila e nervosismo

AsInterrompe a expressatildeo de diversos genes em especial aqueles que

participam das vias de transduccedilatildeo de sinal

CdOcasiona perda de peso hemorragia danos ao sistema respiratoacuterio

hepatoloacutegico e renal

PbGera alteraccedilotildees cardiovasculares gastrointestinais hematoloacutegicas

renais neuroloacutegicas e imunoloacutegicas

Elementos Natildeo Essenciais e suas Toxicidades

consumidor Segundo dados do CENSO-2010 dos 269353 domiciacutelios estabelecidos no

municiacutepio de Duque de Caxias apenas 63 alegaram receber aacutegua de redes de distribuiccedilatildeo

[18] Diante do cenaacuterio atual em que o Sudeste vive a maior crise hiacutedrica dos uacuteltimos cem

anos devido agrave escassez de chuvas os reservatoacuterios que abastecem o estado do Rio de Janeiro

encontram-se em niacuteveis muito baixos e alguns deles chegaram ao volume morto (reserva

teacutecnica) Com isso o abastecimento de aacutegua para a populaccedilatildeo estaacute a cada dia mais escasso

Na Figura 5 apresenta-se uma foto da situaccedilatildeo do maior reservatoacuterio da Bacia do Rio Paraiacuteba

do Sul (em fevereiro deste ano) Este reservatoacuterio alimenta a Estaccedilatildeo de Tratamento de Aacutegua

do Guandu que por sua vez eacute responsaacutevel pelo abastecimento de toda a Regiatildeo Metropolitana

do Rio de Janeiro [19]

Figura 5 Reservatoacuterio Paraibuna localizado na Bacia do Rio Paraiacuteba do Sul apoacutes estiagem dos uacuteltimos anos

Na foto o reservatoacuterio estaacute com -056 da capacidade (volume morto) 03022015 Fonte http

ltogloboglobocomrionivel-de-reservatorios-do-rio-paraiba-do-sul-apresentam-leve-melhora-apos-chuvas-

fortes-15229418gt Acesso em 30072015

Devido aos fatores mencionados aliados agrave facilidade de manutenccedilatildeo e ao baixo custo

de perfuraccedilatildeo a utilizaccedilatildeo de aacutegua de poccedilo subterracircneo (Figura 6) eacute cada vez mais requisitada

para suprir as carecircncias de abastecimento No Brasil o aquiacutefero subterracircneo abastece cerca de

19 do total dos domiciacutelios particulares enquanto que no municiacutepio de Duque de Caxias este

percentual atinge os 35 segundo o CENSO-2010 [18]

Figura 6 Poccedilo subterracircneo em Duque de Caxias

34 Fluorescecircncia de Raios X - Teoria

A Espectroscopia de Fluorescecircncia de Raios X eacute uma teacutecnica natildeo destrutiva que

permite a identificaccedilatildeo simultacircnea (qualitativa e quantitativa) de elementos presentes em uma

amostra A teacutecnica baseia-se no fato dos elementos quiacutemicos emitirem radiaccedilotildees

caracteriacutesticas quando submetidos a uma excitaccedilatildeo adequada [20-23]

As amostras satildeo irradiadas com foacutetons (feixe de raios x) gerados por uma fonte Esse

feixe de raios x primaacuterio possui energia suficiente para ejetar eleacutetrons de camadas internas do

aacutetomo (camadas com maior energia de ligaccedilatildeo) transferindo energia para este eleacutetron que eacute

ejetado como fotoeleacutetron O aacutetomo fica instaacutevel (excitado) com uma vacacircncia na camada

interna Com o intuito de diminuir a energia do sistema eleacutetrons de outras camadas

preenchem essa lacuna A diferenccedila de energia entre os niacuteveis da transiccedilatildeo eletrocircnica eacute

liberada atraveacutes da emissatildeo de um foacuteton de raios x (fluorescecircncia ou raio x secundaacuterio) que

tem energia caracteriacutestica para cada elemento como ilustrado na Figura 7 A energia do raio x

caracteriacutestico eacute fornecida pela Equaccedilatildeo 1 [20-23]

Ex = Eni - Enf (Eq1)

Onde

Ex = energia do raio x caracteriacutestico emitido

Eni Enf = energia dos estados eletrocircnicos inicial e final respectivamente

Figura 7 Esquema do princiacutepio da Fluorescecircncia de Raios X

Fonteltwwwshimadzucombrgt Acesso em 30072015

A radiaccedilatildeo caracteriacutestica eacute nomeada de acordo com o niacutevel de onde se apresenta a

vacacircncia (K L M) e de qual niacutevel (α β) e subniacutevel (1 2) proveacutem o eleacutetron que iraacute

ocupar essa lacuna Por exemplo a vacacircncia originada na camada K pode ser preenchida por

eleacutetrons de dois subniacuteveis da camada L o que origina as linhas espectrais Kα1 e Kα2 Se a

vacacircncia da camada K fosse ocupada por um eleacutetron da M teria-se o Kβ e assim por diante

[23]

Com isso os elementos em uma amostra podem ser identificados atraveacutes da medida

do comprimento de onda (ou energia) dessas radiaccedilotildees caracteriacutesticas e as concentraccedilotildees

mensuradas pela intensidade dessas radiaccedilotildees [2123]

Quando um feixe de raios x incide sobre um determinado material diversas formas

de interaccedilatildeo entre a radiaccedilatildeo e a mateacuteria podem ocorrer tais como o Efeito Auger e os

espalhamentos Rayleigh e Compton [20-23]

O processo de relaxaccedilatildeo natildeo-radiativa ou Efeito Auger ocorre quando o aacutetomo

excitado emite um eleacutetron (eleacutetron Auger) ao inveacutes do processo de fluorescecircncia (Figura 8)

Esses dois processos de relaxaccedilatildeo do sistema satildeo concorrentes e a predominacircncia de um ou de

outro depende do numero atocircmico O Efeito Auger prevalece em elementos com baixo

nuacutemero atocircmico (Zlt20) [21]

Figura 8 Efeito Auger [20]

O fenocircmeno de espalhamento de raios x eacute importante em espectroscopia pois eacute

responsaacutevel pela intensidade da radiaccedilatildeo de fundo (background) presente em uma

determinada medida Ele eacute a soma dos efeitos de dois fenocircmenos o espalhamento coerente

elaacutestico ou Rayleigh no qual os raios x primaacuterios satildeo defletidos sem perda de energia isto eacute

sem alteraccedilatildeo no comprimento de onda (λ) e o espalhamento incoerente inelaacutestico ou

Compton no qual foacutetons de raios x primaacuterio satildeo defletidos com perda de energia e com

ejeccedilatildeo de um fotoeleacutetron (Figura 9) [21]

Figura 9 Espalhamento Compton e Rayleigh [21]

35 Fluorescecircncia de Raios X - Instrumentaccedilatildeo

Na Figura 10 pode ser observado um esquema com os principais componentes do

espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X por Dispersatildeo de Comprimento de Onda

(WDXRF - Wavelength Dispersive X-ray Fluorescence) utilizado neste trabalho Suas

funccedilotildees seratildeo descritas em seguida [23]

Figura 10 Instrumentaccedilatildeo do Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X por Dispersatildeo de

Comprimento de Onda - S8 TIGER - BRUKER [23]

Tubo de Raios X

A radiaccedilatildeo incidente eacute produzida em um tubo de raios x consistindo em uma ampola

de vidro ou de metal sob alto vaacutecuo com um filamento de tungstecircnio em uma extremidade

denominado caacutetodo e um alvo de metal na outra extremidade denominado acircnodo

O filamento eacute aquecido por uma corrente eleacutetrica e emite eleacutetrons (emissatildeo

termiocircnica) Os eleacutetrons satildeo acelerados rumo a um acircnodo (alvo) empregando-se uma

diferenccedila de potencial (10-70 kV) Raios x primaacuterios satildeo produzidos quando esses eleacutetrons

com alta velocidade colidem com o material alvo Com o impacto a maior parte da energia

cineacutetica dos eleacutetrons eacute convertida em calor exigindo que o acircnodo seja resfriado de forma

eficiente Apenas uma pequena parte (02-05 dependendo do tipo do alvo) da energia

eletrocircnica eacute convertida em raios x uacuteteis

Essa radiaccedilatildeo consiste em um Contiacutenuo ou Bremsstrahlung e linhas de raios x

caracteriacutesticas do material alvo (aleacutem de linhas caracteriacutesticas de quaisquer contaminantes

presentes) Assim o espectro primaacuterio de um tubo de raios x convencional consiste em linhas

caracteriacutesticas do material do acircnodo (por exemplo Rh) superpostas a um contiacutenuo de

radiaccedilatildeo

Os tubos de raios x satildeo geralmente isolados atraveacutes de uma janela de beriacutelio pois

esse elemento apresenta baixa absorccedilatildeo de raios x e alta resistecircncia mecacircnica para suportar as

diferenccedilas de pressatildeo

Filtros do Feixe Primaacuterio

O espectro primaacuterio pode natildeo conter apenas as linhas do elemento-alvo mas tambeacutem

as linhas de impurezas como Fe Cr ou Cu presentes em vaacuterias partes do tubo Desta forma o

niacutevel de fundo (background) na posiccedilatildeo desses elementos no espectro pode ser elevado

Filtros de feixe primaacuterio satildeo utilizados para filtrar as linhas caracteriacutesticas do tubo se

o mesmo elemento estiver presente na amostra ou se houver sobreposiccedilatildeo por uma linha do

tubo em linhas de elementos da amostra No equipamento em que foram feitas as anaacutelises satildeo

utilizados (automaticamente) os filtros de Cu de 200 microm de espessura e o de Al de 500 microm de

espessura

Maacutescara

Delimita a aacuterea da amostra que seraacute irradiada

Selo de vaacutecuo (Vacuum seal )

Protege o sistema de detecccedilatildeo dos foacutetons de raios x de qualquer vazamento de

amostra

Goniocircmetro

Em equipamentos de dispersatildeo sequencial empregam-se uma ldquogeometria do feixe

paralelordquo ou uma ldquogeometria de cristal planardquo permitindo que os acircngulos do cristal e do

detector sejam selecionados por um aparelho chamado goniocircmetro

O goniocircmetro eacute uma estrutura de rotaccedilatildeo que permite que o cristal e o detector

possuam um movimento angular acoplado θ a 2θ entre eles

Colimador

Colima o feixe divergente de raios x emitido pela amostra Satildeo normalmente feitos

de uma seacuterie de lacircminas paralelas O comprimento e o espaccedilamento entre as lacircminas

determinam a divergecircncia angular admitida pelo colimador Essa divergecircncia angular

juntamente com o cristal determina a resoluccedilatildeo final do espectro

Pode-se melhorar a resoluccedilatildeo fechando o colimador para minimizar a divergecircncia

Poreacutem com isso a intensidade tambeacutem diminui Assim torna-se necessaacuterio um equiliacutebrio

entre a resoluccedilatildeo final (necessaacuteria para evitar sobreposiccedilotildees espectrais importantes) e a

sensibilidade (relacionada com a intensidade)

Cristal

Separa os vaacuterios comprimentos de onda emitidos pela amostra A lei de Bragg

(equaccedilatildeo 2) propotildee que se um plano cristalino tiver um espaccedilamento interplanar (d) refletindo

um comprimento de raios x (λ) essa onda difere em caminho percorrido por uma distacircncia

(2dsenθ) da onda refletida pelo plano adjacente Quando esse caminho percorrido difere por

um nuacutemero inteiro de comprimento de onda tem-se uma interferecircncia construtiva e os raios x

refletidos satildeo reforccedilados Caso contraacuterio tem-se uma interferecircncia destrutiva e os raios x

refletidos se anulam A equaccedilatildeo de Bragg (2)

119899120582 = 2119889119904119890119899120579 (Eq 2)

Onde

n = nuacutemero inteiro (1 2 3) chamado Ordem de Difraccedilatildeo

d = espaccedilamento interplanos no cristal utilizado

θ = acircngulo de Bragg ou acircngulo de difraccedilatildeo

λ = comprimento de onda da linha espectral

Dessa forma para um dado plano cristalino e uma dada ordem de difraccedilatildeo cada

comprimento de onda no espectro de XRF incidente eacute difratado em um uacutenico acircngulo O

comprimento de onda maacuteximo que o proacuteprio plano cristalino pode difratar eacute 2d (quando senθ

assume o valor maacuteximo de 1) Portanto eacute necessaacuterio um cristal ou um plano cristalino com

diferentes valores de 2d para cobrir diferentes intervalos de comprimento de onda em toda a

tabela perioacutedica No espectrocircmetro utilizado neste trabalho foram usados os seguintes cristais

XS-55 (multicamada de WSi) do C ateacute o Mg PET (Pentaeritriato) do Al ateacute o Ti e LiF 200

do K ateacute o U

Detector

Converte os foacutetons de raios x em pulsos de tensatildeo mensuraacuteveis Satildeo utilizados dois

detectores para cobrir todos os elementos do Be ao U Detector de fluxo proporcional

(preenchido com Ar) para elementos do Be ao Cr e o detector de cintilaccedilatildeo de NaI(Tl) para

elementos do Mn ao U

Detectores de fluxo proporcional

Satildeo detectores de radiaccedilatildeo que operam a partir da ionizaccedilatildeo de gases Satildeo

constituiacutedos por um conjunto de eletrodos e um gaacutes Quando o gaacutes eacute colocado entre dois

eletrodos aos quais eacute aplicada certa diferenccedila de potencial os caacutetions e eleacutetrons produzidos

pela passagem de radiaccedilatildeo seratildeo atraiacutedos pelos eletrodos de carga oposta e por eles seratildeo

coletados Na regiatildeo de verdadeira proporcionalidade (Equaccedilatildeo 3) a razatildeo entre a carga

coletada pelos eletrodos e a carga gerada pela ionizaccedilatildeo primaacuteria manteacutem-se constante para as

diferenccedilas de potencial (∆V) aplicadas e com um capacitor de capacitacircncia (C)

Quando a radiaccedilatildeo atravessa esse tipo de detector e produz pares iocircnicos (formados

por eleacutetrons e caacutetions do gaacutes) esses caacutetions (ionizaccedilatildeo primaacuteria) satildeo acelerados adquirindo

energia suficiente para produzir novos pares iocircnicos (ionizaccedilatildeo secundaacuteria) por colisatildeo com

moleacuteculas inicialmente neutras do gaacutes Assim haacute uma multiplicaccedilatildeo do nuacutemero de pares

original A carga coletada eacute igual agrave carga produzida pela radiaccedilatildeo (Q) multiplicada por um

fator (M) denominado ldquoganhordquo

∆119881 = (119872119876)

119862 (Eq 3)

Portanto o sinal produzido tem altura proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo incidente

Detectores de cintilaccedilatildeo

O cintilador eacute uma substacircncia soacutelida ou liacutequida na qual a energia de radiaccedilatildeo

incidente eacute transferida aos eleacutetrons do material sendo depois emitida na forma de radiaccedilatildeo

eletromagneacutetica de frequecircncia menor (visiacutevel ou ultravioleta)

O detector de cintilaccedilatildeo utilizado eacute constituiacutedo por um cristal de NaI(Tl) (iodeto de

soacutedio ativado com 1 de iodeto de taacutelio) no qual ocorre a emissatildeo de radiaccedilatildeo de frequecircncia

menor aleacutem de um fotomultiplicador onde essa radiaccedilatildeo luminosa eacute transformada em pulso

eleacutetrico e amplificada

O mecanismo de cintilaccedilatildeo nos cristais inorgacircnicos baseia-se na propriedade dos

semicondutores terem banda de valecircncia e banda de conduccedilatildeo Na banda de valecircncia os

eleacutetrons estatildeo essencialmente ligados aos siacutetios do cristal Jaacute na banda de conduccedilatildeo os

eleacutetrons tecircm energia suficiente para migrar atraveacutes do cristal No cristal puro natildeo satildeo

encontrados eleacutetrons na banda proibida

Ao incidir uma radiaccedilatildeo no cristal pode ocorrer excitaccedilatildeo de eleacutetrons ateacute a banda de

conduccedilatildeo deixando lacunas na banda de valecircncia (normalmente preenchida)

No cristal puro a energia necessaacuteria para formar um par eleacutetronlacuna eacute

aproximadamente a mesma liberada quando esse par se recombina Assim os espectros de

absorccedilatildeo e emissatildeo superpotildeem-se ocorrendo autoabsorccedilatildeo da radiaccedilatildeo luminosa produzida

Se o cristal for ativado a emissatildeo pode ocorrer via um siacutetio do ativador para o qual a energia

de transiccedilatildeo eacute menor do que a necessaacuteria para a criaccedilatildeo do par eleacutetronlacuna Desse modo o

espectro emitido eacute deslocado para comprimentos de onda maiores e natildeo causa nova absorccedilatildeo

No tubo fotomultiplicador converte-se a radiaccedilatildeo de baixa intensidade produzida no

cintilador em um sinal eleacutetrico uacutetil agrave detecccedilatildeo e contagem de radiaccedilatildeo

Analisador de altura de pulso (PHA)

A energia do foacuteton incidente de raios x determina o tamanho do pulso de tensatildeo

produzido pelo detector O analisador de altura de pulso faz uso dessa propriedade a fim de

selecionar apenas um intervalo estreito de pulsos de voltagem rejeitando todos os pulsos com

intensidades fora do intervalo escolhido

Ao final utiliza-se o meacutetodo de integraccedilatildeo dos recebidos em um integrador

eletrocircnico Se N representa o nuacutemero de contagens em um tempo de integraccedilatildeo t segundos

entatildeo a taxa de contagem eacute Nt contagens por segundo (cps)

36 Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford - Teoria

A teacutecnica de RBS consiste em incidir partiacuteculas monoenergeacuteticas de um feixe de iacuteons

(geralmente iacuteons He+) de alta energia em um alvo estacionaacuterio Ao colidirem com os aacutetomos

do alvo as partiacuteculas satildeo elasticamente espalhadas no campo eleacutetrico do nuacutecleo do aacutetomo e

chegam a um detector por um acircngulo de retroespalhamento Na Figura 11 apresenta-se um

esquema de espalhamento elaacutestico [25-27]

Figura 11 Espalhamento elaacutestico em acircngulo de retroespalhamento de um iacuteon de massa M1

por um aacutetomo de massa M2 com M2gtM1 [25]

O detector ao receber as partiacuteculas espalhadas produz um pulso ou sinal que eacute entatildeo

processado por um analisador multicanal e classificado conforme a amplitude que

corresponde a uma escala em energia Como resultado as informaccedilotildees sobre a composiccedilatildeo

elementar do aacutetomo alvo satildeo obtidas a partir de um espectro de contagens em funccedilatildeo da

energia das partiacuteculas retroespalhadas detectadas [25]

O fator cinemaacutetico (K) eacute responsaacutevel pela anaacutelise elementar qualitativa Essa

grandeza depende da razatildeo entre as energias das partiacuteculas incidentes antes (E0) e depois (E)

do espalhamento (Equaccedilatildeo 4)

119870 = 119864

1198640 (Eq 4)

Considerando as conservaccedilotildees de energia e do momentum na colisatildeo elaacutestica obteacutem-

se a relaccedilatildeo entre o fator cinemaacutetico (K) a massa atocircmica da partiacutecula incidente (M1) a massa

atocircmica do aacutetomo alvo (M2) e o acircngulo de espalhamento (θ) (Eq 5)

119870 = [1198721 119888119900119904120579+ (1198722

2minus 11987212 1199041198901198992120579)

12

1198721+ 1198722]

2

(Eq 5)

Os valores de M1 θ e E0 satildeo preacute-fixados conhecendo E determina-se K e por

conseguinte determina-se M2

A Figura 12 apresenta um esquema do espectro de RBS de um filme fino de

composiccedilatildeo geneacuterica AB onde a massa de A eacute maior do que a massa de B depositado em um

substrato C ainda mais leve

Figura 12 Esquema de um espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford de

um filme fino AB sobre um substrato C ainda mais leve [27]

A resoluccedilatildeo em massa da teacutecnica eacute a diferenccedila miacutenima de massa entre dois aacutetomos-

alvo para que sinais resolvidos possam ser observados no espectro A discriminaccedilatildeo em massa

eacute maacutexima para θ = 180deg razatildeo pela qual satildeo utilizados acircngulos elevados experimentalmente

Pode-se melhorar a resoluccedilatildeo em massa na RBS aumentando a energia e a massa dos aacutetomos

incidentes e melhorando a resoluccedilatildeo do sistema de detecccedilatildeo com o cuidado para natildeo degradar

os detectores [25]

Outra grandeza importante em RBS eacute a seccedilatildeo de choque de espalhamento (σ) que eacute

uma medida da probabilidade de ocorrer o espalhamento e que atribui o caraacuteter quantitativo agrave

teacutecnica [25] Considerando um nuacutemero de partiacuteculas espalhadas (H) sobre um detector tem-se

a Equaccedilatildeo 6

119867 = 119876119873119905 ⟨119889120590

119889120570⟩Ω (Eq 6)

Onde

Q = nuacutemero de partiacuteculas que atinge a amostra

N = densidade volumeacutetrica dos aacutetomos alvo

t = espessura do alvo

⟨119889120590

119889120570⟩ = seccedilatildeo de choque meacutedia de espalhamento

Ω = acircngulo soacutelido do detector em relaccedilatildeo ao feixe

Para acircngulos pequenos tem-se ⟨119889120590

119889120570⟩ = (

119889120590

119889120570)120579

= σ (Eq 7)

Logo 119867 = 119876119873119905120590120570 (Eq 8)

Na Equaccedilatildeo 8 conhecendo o nuacutemero de partiacuteculas que atinge o alvo Q e o detector

H pode-se determinar o numero de aacutetomos por unidade de aacuterea da amostra (Nt) desde que se

conheccedila o acircngulo soacutelido de detecccedilatildeo Ω e a seccedilatildeo de choque de espalhamento (σ) Para uma

colisatildeo elaacutestica entre dois aacutetomos com nuacutemeros atocircmicos Z1 e Z2 (do aacutetomo incidente e do

aacutetomo alvo respectivamente) em que a forccedila de interaccedilatildeo eacute a repulsatildeo eletrostaacutetica dos

nuacutecleos a seccedilatildeo de choque de espalhamento diferencial (por unidade de acircngulo soacutelido) eacute dada

pela Foacutermula de Rutherford (Equaccedilatildeo 9)

119889120590

119889120570= (

119885111988521198902

4119864)2

4

1199041198901198994120579

[1minus ((

11987211198722) 119904119890119899120579)

2

]

12

+cos120579

[1minus ((11987211198722)119904119890119899 120579)

2

]

12

2

(Eq 9)

Em siacutentese a razatildeo entre as concentraccedilotildees relativas dos elementos A e B na

superfiacutecie de uma amostra 119873119860119860119861(119909)

119873119861119860119861(119909)

pode ser calculada com o auxiacutelio de um programa

computacional ou atraveacutes da medida de altura dos degraus obtidos no espectro sendo

calculadas com as Equaccedilotildees 10 e 11

(119889120590

119889120570)119861

(119889120590

119889120570)119860

= Ji (Eq 10)

119873119860119860119861(119909)

119873119861119860119861(119909)

= 119867119860119860119861

119867119861119860119861 119869119894 (Eq 11)

37 Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford - Instrumentaccedilatildeo

Na Figura 13 pode ser observado um esquema com os principais componentes da

instrumentaccedilatildeo utilizada em anaacutelises por RBS que seratildeo descritos em seguida de acordo com

o equipamento utilizado para a realizaccedilatildeo deste trabalho e com informaccedilotildees obtidas na

referecircncia [25]

Figura 13 Esquema dos componentes presentes na instrumentaccedilatildeo utilizada em anaacutelises por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford Fonte Adaptado de [25]

O Laboratoacuterio de Implantaccedilatildeo Iocircnica da Universidade Federal do Rio Grande do Sul

possui um acelerador Tandetron equipado com fontes de iacuteons dos tipos sputtering e de

plasma com tecnologia ldquotandemrdquo com 3MV de tensatildeo maacutexima no terminal e cinco estaccedilotildees

experimentais de linhas distintas incluindo a de RBS

Fonte de iacuteons

Fonte de Plasma um gaacutes ou um vapor eacute ionizado por meio de campos

eletromagneacuteticos na faixa de radiofrequecircncia ou ao ser atravessado por corrente eleacutetrica

Fonte de ldquoSputteringrdquo os iacuteons satildeo produzidos por transferecircncia de momentum

quando da colisatildeo de um feixe primaacuterio (geralmente Cs+) com um alvo soacutelido

Aceleradores ldquotandemrdquo

Neste tipo de acelerador iacuteons positivos deixam a fonte passam por uma troca de

carga (com vapor de Liacutetio ou outro elemento eletropositivo) e satildeo conduzidos com carga

negativa ao tubo acelerador onde satildeo atraiacutedos por um terminal positivo No caso dos iacuteons

produzidos serem originalmente negativos a troca de carga eacute suprimida Junto ao terminal

positivo passam por uma seccedilatildeo contendo um gaacutes ou vapor (N2 no presente caso) ou por uma

folha muito fina de carbono para que os iacuteons emergentes tenham perdido os eleacutetrons Com

carga positiva satildeo novamente acelerados agora por repulsatildeo do terminal Diferenccedilas de

potencial da ordem de vaacuterios milhotildees de volts satildeo obtidas utilizando circuitos multiplicadores

de voltagem que multiplicam e retificam a tensatildeo produzida por um transformador Seguindo

o tubo acelerador geralmente encontra-se um segundo eletroiacutematilde que permite direcionar o

feixe de iacuteons para uma das estaccedilotildees experimentais de acordo com as espeacutecies a serem

detectadas (no presente caso partiacuteculas retroespalhadas)

Detectores de estado soacutelido com junccedilotildees p-n obtidas por implantaccedilatildeo iocircnica

A junccedilatildeo p-n sob polarizaccedilatildeo reversa permite a coleta de cargas geradas na

produccedilatildeo de pares eleacutetron-lacuna Esse fenocircmeno ocorre quando um iacuteon atravessa um

semicondutor excitando eleacutetrons da banda de valecircncia para a banda de conduccedilatildeo que entatildeo

satildeo coletados no acircnodo Dessa forma o nuacutemero de eleacutetrons coletados no acircnodo eacute proporcional

ao nuacutemero de pares de eleacutetron-lacuna produzidos o qual eacute proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo

incidente desde que o iacuteon seja totalmente freado dentro do volume ativo do detector

Analisador multicanal (MCA) no modo de anaacutelise de intensidade de pulso

O MCA consta de uma sequecircncia de registradores onde cada pulso de entrada uma

vez digitalizado por um conversor analoacutegico-digital (ADC) eacute analisado com relaccedilatildeo a sua

amplitude (modo PHA) sob o controle de um discriminador Na sequecircncia o canal de

memoacuteria correspondente tem seu conteuacutedo incrementado em uma unidade Com isso

acumulam-se em um canal especiacutefico todos os pulsos de entrada de um pequeno intervalo de

amplitudes ou energias dos iacuteons incidentes Ao final com a soma dos pulsos recebidos em

cada canal obteacutem-se um histograma do nuacutemero de pulsos em funccedilatildeo de suas amplitudes ou

energias dos iacuteons incidentes

40 METODOLOGIA

41 Amostragem

Amostras de cabelo de 16 pessoas foram coletadas Os doadores foram entrevistados

seguindo o questionaacuterio disponiacutevel no ANEXO I e selecionados de acordo com os seguintes

criteacuterios possuiacuterem cabelos virgens (cabelos sem nenhum tipo de tratamento quiacutemico como

coloraccedilotildees tinturas alisantes entre outros) estarem saudaacuteveis serem natildeo fumantes e viverem

na Regiatildeo Metropolitana do Rio de Janeiro As amostras foram divididas em dois grupos de

oito o primeiro de pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo subterracircneo e o segundo com pessoas

que ingerem a aacutegua tratada e distribuiacuteda pela CEDAE

Foram analisadas amostras de cabelo de duas pessoas que consumiam a aacutegua do

mesmo poccedilo isto eacute duas amostras de cada residecircncia totalizando 4 poccedilos diferentes (a b c

d) na localidade Chaacutecaras Arcampo em Duque de Caxias ndash RJ (Figura 14)

Figura 14 Mapa com os pontos de coleta de amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua

de poccedilo em destaque a localizaccedilatildeo das residecircncias com os poccedilos

Fonte Google Earth Acesso em 30072015

As amostras foram coletadas na regiatildeo occipital da cabeccedila (nuca) como visto na

Figura 15 com o auxiacutelio de uma tesoura de accedilo inoxidaacutevel devidamente limpa com etanol

Essa regiatildeo eacute definida como padratildeo por ser menos suscetiacutevel a contaminaccedilatildeo exoacutegena e

tambeacutem por sempre existir cabelo em indiviacuteduos semicalvos [14] Em seguida as amostras

foram catalogadas e armazenadas em sacos plaacutesticos [5] Informaccedilotildees adicionais sobre o sexo

e a idade dos doadores e o tipo e cor das amostras de cabelo coletadas disponiacuteveis no ANEXO

II

Figura 15 Coleta de amostra de cabelo na regiatildeo occipital da cabeccedila

42 Lavagem das Amostras de Cabelo

Todas as amostras foram submetidas a uma sequecircncia de etapas de lavagem de 10

minutos cada utilizando acetona e aacutegua deionizada (Figura 16) Em seguida foram colocadas

para secar agrave temperatura ambiente de acordo com o procedimento recomendado pela Agecircncia

Internacional de Energia Atocircmica (IAEA) [5]

Figura 16 Lavagem das amostras de cabelo

As amostras analisadas por XRF foram colocadas diretamente no suporte do

equipamento Os fios foram colocados de maneira a se obter a superfiacutecie do porta-amostra

totalmente coberta pelo cabelo a qual em seguida foi coberta por um filme (Ultralenereg 4

microm de espessura) (Figura 17) Para a anaacutelise com o RBS o cabelo foi aderido ao suporte do

porta-amostra com o auxiacutelio de uma fita dupla face de carbono puro (Figura 18)

Figura 17 Amostra de cabelo em porta-amostra do equipamento de Fluorescecircncia de

Raios X

Figura 18 Amostra de cabelo no porta-amostra do equipamento de Espectrometria de

Retroespalhamento Rutherford

43 Paracircmetros Instrumentais

Anaacutelises semiquantitativas de XRF dos elementos presentes no cabelo foram

realizadas no Laboratoacuterio de Impacto de Foacutetons e Eleacutetrons (LIFE) na Universidade Federal do

Rio de Janeiro (UFRJ) Utilizou-se o Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios-X S8 TIGER

ndash BRUKER (Figura 19) na faixa de energia de 05 a 56 keV acircnodo de Rh trabalhando com 1

kW de potecircncia com uma janela de Be de 76 microm atraveacutes do software Quant-Express no

meacutetodo Best Detection O tempo de aquisiccedilatildeo para cada amostra foi de aproximadamente 20

minutos

Os dados por RBS foram realizados no Laboratoacuterio de Implantaccedilatildeo Iocircnica na

Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) Utilizou-se um acelerador de iacuteons

Tandetron - HVEE 3 MV (Figura 20) usando 2000 keV de iacuteons He+ incidentes e detecccedilatildeo de

partiacuteculas retroespalhadas a 165deg

Figura 19 Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X - S8 TIGER - BRUKER

Figura 20 Acelerador de iacuteons Tandetron - HVEE 3 MV onde foi feita a anaacutelise por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford

50 RESULTADOS E DISCUSSOtildeES

51 Anaacutelise por XRF

O espectro completo de XRF da amostra 2 referente ao cabelo de uma pessoa que

ingere aacutegua de poccedilo eacute mostrado na Figura 21 conforme obtido diretamente do equipamento

Eacute possiacutevel identificar as linhas de excitaccedilatildeo do Rh e as linhas de espalhamento Compton e

Rayleigh Os espectros ampliados somente na regiatildeo de interesse com as linhas de

fluorescecircncia Kα e Kβ atribuiacutedas agrave maioria dos elementos (exceto para o chumbo em que se

detectam as linhas Lα e Lβ) e sem as linhas de Rh de todas as amostras analisadas encontram-

se nos ANEXOS III e IV Os elementos analisados e a energia de suas linhas de emissatildeo de

fluorescecircncia Kα e Kβ satildeo apresentados na Tabela 4

Figura 21 Espectro de Fluorescecircncia de Raios X completo da amostra 2

Tabela 4 Energia em keV das principais linhas de emissatildeo de raios x dos elementos

analisados Adaptado de [26]

Os elementos observados e as concentraccedilotildees semiquantitativas das amostras de

cabelo das pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo e das amostras de cabelo das pessoas que

ingerem aacutegua distribuiacuteda pela CEDAE satildeo apresentados respectivamente nas Tabelas 5 e 6

Kα Kβ

Al 1487 1557

Si 1740 1836

P 2014 2139

S 2308 2464

Cl 2622 2816

Ca 3692 4013

Mn 5899 6490

Fe 6404 7058

Cu 8048 8905

Zn 8639 9572

Pb (Linhas Lα e Lβ) 10552 12614

Elementos

Analisados

Energia (keV) das Linhas de

Emissatildeo de Raios X

Tabela 5 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (1 a 8) que

ingerem aacutegua de poccedilo As concentraccedilotildees dos elementos foram normalizadas de modo que a

soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da matriz orgacircnica em conjunto

seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo ldquoa b c drdquo correlacionam a amostra

de cabelo com o poccedilo do qual o indiviacuteduo ingere aacutegua

1 2 3 4 5 6 7 8

Al 002 003 003 34 ppm natildeo det 006 natildeo det 001

Si 001 54 ppm 006 46 ppm 005 002 002 54 ppm

P 003 003 54 ppm 002 001 46 ppm natildeo det 004

S 117 071 115 118 166 135 151 098

Cl 003 65 ppm 002 002 natildeo det 003 natildeo det 61 ppm

Ca 003 003 80 ppm 002 004 002 008 008

Mn 73 ppm 78 ppm 58 ppm 10 ppm natildeo det 91 ppm natildeo det 54 ppm

Fe 001 001 92 ppm 29 ppm 38 ppm 001 27 ppm 83 ppm

Cu 44 ppm 41 ppm 46 ppm 31 ppm natildeo det 44 ppm 37 ppm 36 ppm

Zn 77 ppm 002 91 ppm 82 ppm 41 ppm 92 ppm 40 ppm 98 ppm

Pb 10 ppm 9 ppm 12 ppm 10 ppm natildeo det 10 ppm natildeo det 9 ppm

a b c d

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Elementos

Tabela 6 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (9 a 16)

que ingerem aacutegua tratada e distribuiacuteda pela CEDAE As concentraccedilotildees dos elementos foram

normalizadas de modo que a soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da

matriz orgacircnica em conjunto seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo

9 10 11 12 13 14 15 16

Al 001 36 ppm natildeo det 002 61 ppm 90 ppm 002 natildeo det

Si natildeo det 35 ppm natildeo det 40 ppm 79 ppm 60 ppm natildeo det natildeo det

P 003 34 ppm 003 002 natildeo det 46 ppm natildeo det 41 ppm

S 111 106 116 152 136 145 155 128

Cl 52 ppm 001 002 003 004 005 014 009

Ca 006 004 002 002 001 001 001 001

Mn 51 ppm 9 ppm 32 ppm natildeo det 24 ppm 57 ppm natildeo det 30 ppm

Fe 82 ppm 30 ppm 57 ppm 56 ppm 59 ppm 90 ppm 52 ppm 54 ppm

Cu 31 ppm 51 ppm 28 ppm 27 ppm 31 ppm 44 ppm 14 ppm 29 ppm

Zn 001 001 92 ppm 86 ppm 001 001 42 ppm 001

Pb natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det

Elementos

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

Na anaacutelise semiquantitativa por XRF pode-se verificar a presenccedila de elevadas

concentraccedilotildees de enxofre o que jaacute era esperado visto que este elemento faz parte da estrutura

da cisteiacutena o aminoaacutecido em maior quantidade na composiccedilatildeo do cabelo

Os elementos Ca Zn e Fe foram detectados em todas as amostras dos dois grupos O

Ca aparece na maior parte das amostras em concentraccedilotildees da ordem de enquanto que o Zn

e o Fe da ordem de ppm Os elementos Al P Mn Cl Si e Cu aparecem na maioria das

amostras em ambos os grupos No entanto o Pb foi observado em concentraccedilotildees da ordem de

ppm somente em amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo

Para as amostras 5 7 e 15 utilizou-se um porta amostra com maacutescara de 8 mm de

diacircmetro ao inveacutes da maacutescara de 34 mm utilizada para as outras amostras devido a pouca

quantidade de cabelo coletado Agrave vantagem de poder utilizar menos amostra com a maacutescara

de 8 mm contrapotildee-se um aumento do ruiacutedo de fundo e a consequente perda da sensibilidade

na anaacutelise Tal fato pode provavelmente justificar a quantidade menor de elementos

observados nessas amostras em comparaccedilatildeo com as demais incluindo a ausecircncia do elemento

chumbo nas amostras 5 e 7 jaacute que o mesmo aparece nas amostras 6 e 8 das pessoas que

bebem a mesma aacutegua dos poccedilos c e d respectivamente

52 Anaacutelise por RBS

Apresenta-se na Figura 22 o espectro de RBS da amostra 2 adquirido durante 8

horas de anaacutelise e apoacutes tratamento dos dados atraveacutes do programa computacional OriginPro 8

Duas ampliaccedilotildees (I e II) nas regiotildees de mais alta energia satildeo apresentadas nas Figuras 23 e

24 Observou-se a presenccedila dos elementos C N O Si S Cl Ti Cu Zn e Pb

As energias dos iacuteons He+ retroespalhados a partir da interaccedilatildeo com os nuacutecleos de Pb

e Hg satildeo muito proacuteximas tornando difiacutecil a resoluccedilatildeo dos sinais No entanto o Hg natildeo foi

observado em nenhuma das amostras por XRF enquanto o Pb pode ser detectado claramente

Conclui-se portanto que o degrau no espectro eacute correspondente ao Pb

Utilizando-se o caacutelculo da seccedilatildeo de choque de espalhamento Rutherford foi possiacutevel

obter uma anaacutelise quantitativa relativa da amostra 2 Para isso foi escolhido o enxofre como

elemento padratildeo devido ao fato do S estar presente em todas as amostras de cabelo e ser

facilmente detectaacutevel por ambas as teacutecnicas Para cada aacutetomo de S na amostra de cabelo as

seguintes proporccedilotildees atocircmicas foram obtidas 115 x 102 C 274 x 10

1 N 157 x 10

1 O 479 x

10-1

Si 641 x 10-1

Cl 454 x 10-2

Ti 162 x 10-2

Cu 265 x 10-2

Zn e 504 x 10-4

Pb

Figura 22 Espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da amostra 2

(grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 23 Ampliaccedilatildeo I do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 24 Ampliaccedilatildeo II do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

60 CONCLUSOtildeES

As teacutecnicas de XRF e RBS mostraram-se eficientes e complementares na

determinaccedilatildeo de vaacuterios elementos presentes em amostras de cabelo humano Atraveacutes das duas

teacutecnicas foi possiacutevel detectar de forma semiquantitativa a presenccedila de elementos desde o Al

ateacute o Pb Por RBS tambeacutem foram detectados elementos mais leves como C N e O A

utilizaccedilatildeo conjunta das duas teacutecnicas permitiu a identificaccedilatildeo inequiacutevoca de Pb no espectro de

RBS

Eacute evidente que as concentraccedilotildees dos elementos nas amostras de cabelo dependem de

diversos fatores tais como o tipo de alimentaccedilatildeo idade sexo ambiente em que o indiviacuteduo

vive e podem ser provenientes de meios exoacutegenos e endoacutegenos Entretanto considerando o

natildeo aparecimento do Pb em nenhuma das amostras de cabelo das pessoas que ingerem aacutegua

distribuiacuteda pela CEDAE aleacutem das anaacutelises preacutevias da aacutegua dos poccedilos da aacuterea em estudo eacute

possiacutevel afirmar que existe uma elevada possibilidade da aacutegua de poccedilo estaacute atuando como

uma fonte de contaminaccedilatildeo de Pb para as pessoas Como o Pb eacute um elemento toacutexico com

propriedade de bioacumulaccedilatildeo sua presenccedila pode gerar danos irreversiacuteveis aos organismos

vivos

70 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS

Como sugestotildees deste estudo podemos indicar

Realizar uma anaacutelise quantitativa de um nuacutemero mais amplo de amostras

Efetuar uma comparaccedilatildeo com materiais de referecircncia certificados a fim de

determinar com um grau de confiabilidade mais elevado se as quantidades de

chumbo detectadas nas amostras de cabelo estatildeo acima do intervalo de valores

considerados aceitaacuteveis

80 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

[1] POZEBON D DRESSLER V L CURTIUS A J Anaacutelise de cabelo uma revisatildeo

dos procedimentos para a determinaccedilatildeo de elementos traccedilo e aplicaccedilotildees Quiacutem Nova

1999 22 (6) 838-846

[2] FRAZAtildeO S V Estudo da determinaccedilatildeo de elementos traccedilo em cabelos humanos

pelo meacutetodo de anaacutelise por ativaccedilatildeo de necircutrons Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Ciecircncias na

Aacuterea de Tecnologia Nuclear ndash Aplicaccedilotildees Instituto de Pesquisas Energeacuteticas e Nucleares ndash

Universidade de Satildeo Paulo - USP Satildeo Paulo 2008

[3] CARNEIRO M T W D SILVEIRA C L P MIEKELEY N FORTES L M C

Reference intervals for minor and trace elements in human hair for the population of

Rio de Janeiro city Brazil Quiacutem Nova 2002 25 (1) 37-45

[4] KEMPSON I M SKINNER W M KIRKBRIDE K P The ocurrence and

incorporation of copper and zinc in hair and their potential role as bioindicators a

review Journal of Toxicology and Environmental Health 2007 B 10 611-622

[5] CORTES-TORO E DE GOEIJ J J M BASCO J CHENG Y KINOVA L

MATSUBARA J NIESE S SATP T WESENBERG G R MURAMATSU Y PARR

R M The significance of hair mineral analysis as a means for assessing internal body

burdens of environmental pollutants results from an IAEA co-ordinated research

programme Journal of Radionalytical and Nuclear Chemistry 1993 167 (2) 413-421

[6] CLAYTON E WOOLER K K Sample preparation and system calibration for

Proton-Induced X-ray Emission analysis of hair from occupationally exposed workers

Anal Chem198557 1075-1079

[7] MIEKELEY N CARNEIRO M T W D SILVEIRA C L P How reliable are

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1998 218 9-17

[8] MIEKELEY N FORTES L M C SILVEIRA C L P LIMA M B Elemental

anomalies in hair as indicators of endocrinologic pathologies and deficiencies in calcium

and bone metabolism Journal of Trace Elements in Medicine and Biology 2001 15 46-55

[9] TORIBARA T Y JACKSON D A FRENCH W R THOMPSON A C

JACKLEVIC J M Nondestructive X-Ray Fluorescence Spectrometry for determination

of trace elements along a single strand of hair Anal Chem 1982 54 1844-1849

[10] KHUDER A BAKIR M A HASAN R MOHAMMAD A Determination of

nickel cuper zinc and lead in human scalp hair in Syrian occupationally exposed

workers by total reflection X-Ray Fluorescence Environ Monit Assess 2008 143 67-74

[11] BARANOWSKA I BARCHANSKI L BAK M SMOLEC B MZYK Z X-Ray

Fluorescence Spectrometry in multielemental analysis of hair and teeth Polish Journal of

Environmental Studies 2004 13 (6) 639-646

[12] WATT F LANDSBERG J P Nuclear microscopy biomedical applications

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research 1993 B 77 249-260

[13] PAIXAtildeO P V GOMES L M B Anaacutelise de aacutegua de poccedilos subterracircneos na

localidade Chaacutecaras Arcampo em Duque de Caxias ndash RJ Relatoacuterio Final de Estaacutegio

Iniciaccedilatildeo Cientiacutefica Instituto de Quiacutemica ndash Universidade Federal do Rio de Janeiro ndash UFRJ

Rio de Janeiro 2012

[14] ANUNCIACcedilAtildeO D L R Anaacutelise de elementos maiores menores e traccedilo em

amostras de cabelo aplicado a triagem populacional com elevada incidecircncia de cacircncer

Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Quiacutemica Instituto de Quiacutemica ndash Universidade de Brasiacutelia

Brasiacutelia ndash Distrito Federal 2008

[15] TEGON E C Caracterizaccedilatildeo Quiacutemica do Enxofre e do Caacutelcio presentes em

amostras de cabelos empregando as teacutecnicas XRF e NEXAFS Projeto de Final de Curso

em Quiacutemica com Atribuiccedilotildees Tecnoloacutegicas Instituto de Quiacutemica ndash Universidade Federal do

Rio de Janeiro Rio de Janeiro 2013

[16] Dossiecirc os minerais na alimentaccedilatildeo Food Ingredients Brasil 2008 ndeg 4 48-65

Disponiacutevel em lt wwwrevista-ficommaterias52pdfgt Acesso em 30 de julho de 2015

[17] CEDAE Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos Disponiacutevel em

ltwwwcedaecombrgt Acesso em 30 de julho de 2015

[18] IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatiacutestica Censo Brasileiro de 2010 Rio de

Janeiro 2010 Disponiacutevel em ltwwwcenso2010ibgegovbrgt Acesso em 30 de julho de

2015

[19] RESENDE D ALENCAR E ALMEIDA R BERTA R Principal reservatoacuterio do

Paraiacuteba do Sul Paraibuna chega ao volume morto pela primeira vez Jornal O Globo 22

de janeiro de 2015 Disponiacutevel em httpogloboglobocomrioprincipal-reservatorio-do-

paraiba-do-sul-paraibuna-chega-ao-volume-morto-pela-primeira-vez-gt Acesso em 30 de

julho de 2015

[20] Fundamentos teoacutericos da teacutecnica de anaacutelise espectromeacutetrica por fluorescecircncia de

raios-x PUC-Rio ndash Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em

lthttpwwwmaxwellvracpuc-riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 30 de julho de 2015

[21] TASCH P DAMIANI F OLIVEIRA L C M IE - 607A Teacutecnicas de anaacutelise e

caracterizaccedilatildeo de materiais Universidade Estadual de Campinas ndash UNICAMP Campinas

2000

[22] FILHO V F N Teacutecnicas analiacuteticas nucleares de Fluorescecircncia de Raios ndashX por

Dispersatildeo de Enerdia (ED-XRF) e por Reflexatildeo Total (TXRF) Departamento de Ciecircncias

Exatas ESALQ Laboratoacuterio de Instrumentaccedilatildeo Nuclear CENA Universidade de Satildeo Paulo

ndash USP Satildeo Paulo 1999

[23] PERDONAacute C R Introduccedilatildeo a espectrometria de Fluorescecircncia de Raios-X Manual

Teacutecnico ndash BRUKER 2014

[24] O espectrocircmetro de fluorescecircncia de raios-x Thermo ARL 9900 PUC-Rio ndash

Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em lthttpwwwmaxwellvracpuc-

riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 08 de agosto de 2015

[25] KRUG C Superfiacutecies porosas recobertas com metalocenos anaacutelise multivariada

envolvendo caracterizaccedilatildeo com feixe de iacuteons Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Fiacutesica Instituto

de Fiacutesica Universidade Federal do Rio Grande do Sul ndash UFRGS Porto Alegre 2000

[26] TABACNIKS M H Anaacutelise de filmes finos por PIXE e RBS Instituto de Fiacutesica da

Universidade de Satildeo Paulo Disponiacutevel em ltwww2ifuspbr~lamfipixeamprbspdfgt Acesso

em julho de 2015

[27] ALMEIDA C R Efeito de tratamentos teacutermico e quiacutemico de aerogeacuteis de oacutexido de

estanho Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Engenharia Eleacutetrica Universidade Federal de Santa

Catarina Florianoacutepolis 2013

[28] ATTWOOD D T HENKE B L et al X-Ray Data Booklet Lawrence Berkeley

Laboratory University of California Berkeley California 1986

ANEXO I

MODELO DO QUESTIONAacuteRIO PREENCHIDO ANTES DA COLETA DAS AMOSTRAS

DE CABELO

Coacutedigo da amostra

Nome

Idade (anos)

Endereccedilo

Fuma Sim ( ) Natildeo ( )

Ingere aacutegua de que tipo (poccedilo CEDAE) Poccedilo ( ) CEDAE ( )

Fez algum tipo de tratamento quiacutemico no cabelo

(coloraccedilatildeo alisamento etc)Sim ( ) Natildeo ( )

Qual Quando foi a uacuteltima vez

Esteve bem de sauacutede nos uacuteltimos 6 meses Sim ( ) Natildeo ( )

Data da coleta

Responsaacutevel pela coleta

COLETA DE AMOSTRA DE CABELO

ANEXO II

INFORMACcedilOtildeES ADICIONAIS SOBRE OS DOADORES E AS AMOSTRAS DE

CABELO COLETADAS

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

1 Feminino 62 Cacheado Castanho Escuro

2 Feminino 27 Cacheado Castanho Escuro

3 Feminino 17 Liso Castanho Escuro

4 Feminino 10 Cacheado Castanho Escuro

5 Feminino 58 Liso Castanho Escuro

6 Feminino 7 Cacheado Castanho Escuro

7 Masculino 17 Liso Castanho Claro

8 Feminino 39 Liso Castanho Escuro

Pessoas que Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

9 Feminino 41 Cacheado Castanho Escuro

10 Feminino 17 Ondulado Castanho Claro

11 Masculino 1 Cacheado Castanho Escuro

12 Feminino 11 Liso Castanho Escuro

13 Masculino 21 Liso Castanho Escuro

14 Masculino 42 Cacheado Preto

15 Masculino 6 Liso Preto

16 Masculino 14 Liso Preto

Pessoas que Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

ANEXO III

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DE POCcedilO (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 1

Amostra 2

Amostra 3

Amostra 4

Amostra 5

Amostra 6

Amostra 7

Amostra 8

ANEXO IV

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DISTRIBUIacuteDA PELA CEDAE (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 9

Amostra 10

Amostra 11

Amostra 12

Amostra 13

Amostra 14

Amostra 15

Amostra 16

Page 25: Dissertação Priscilla Velasco da Paixão

Tabela 3 Elementos traccedilo natildeo essenciais e suas toxicidades Adaptado de [14]

Os termos macrominerais e microminerais (ou elementos-traccedilo) tambeacutem satildeo muito

utilizados no meio cientiacutefico principalmente na aacuterea de nutriccedilatildeo Os macrominerais satildeo

aqueles elementos encontrados em altas concentraccedilotildees nas amostras geralmente acima de

1 ou cuja necessidade diaacuteria no organismo seja maior que 100 mg No cabelo satildeo

considerados macrominerais por exemplo Ca P S Mg Na K e Cl Jaacute os microminerais satildeo

aqueles encontrados em baixas concentraccedilotildees na amostra (ppm ou ppb) ou cuja necessidade

no organismo seja inferior a 100 mg por dia No cabelo podem ser citados os seguintes

microminerais Fe Zn Cu Mn I Cr Se F Co Ni Si e Mo [114]

33 Abastecimento de Aacutegua na Regiatildeo de Amostragem

No Estado do Rio de Janeiro a captaccedilatildeo tratamento aduccedilatildeo e distribuiccedilatildeo das redes

de aacutegua ficam a cargo da CEDAE ndash Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos No presente

momento a CEDAE abastece cerca de 9 milhotildees de pessoas em 64 dos 92 municiacutepios do

Estado sendo Duque de Caxias um desses [17]

O abastecimento de aacutegua pela CEDAE na cidade de Duque de Caxias nunca ocorreu

de forma contiacutenua e natildeo haacute garantia da manutenccedilatildeo da qualidade da aacutegua ateacute a chegada ao

Al

Causa ao organismo anemia enfraquecimento dos ossos e muacutesculos

dificuldade no metabolismo do caacutelcio alteraccedilotildees hepatoloacutegicas e

renais dores de cabeccedila e nervosismo

AsInterrompe a expressatildeo de diversos genes em especial aqueles que

participam das vias de transduccedilatildeo de sinal

CdOcasiona perda de peso hemorragia danos ao sistema respiratoacuterio

hepatoloacutegico e renal

PbGera alteraccedilotildees cardiovasculares gastrointestinais hematoloacutegicas

renais neuroloacutegicas e imunoloacutegicas

Elementos Natildeo Essenciais e suas Toxicidades

consumidor Segundo dados do CENSO-2010 dos 269353 domiciacutelios estabelecidos no

municiacutepio de Duque de Caxias apenas 63 alegaram receber aacutegua de redes de distribuiccedilatildeo

[18] Diante do cenaacuterio atual em que o Sudeste vive a maior crise hiacutedrica dos uacuteltimos cem

anos devido agrave escassez de chuvas os reservatoacuterios que abastecem o estado do Rio de Janeiro

encontram-se em niacuteveis muito baixos e alguns deles chegaram ao volume morto (reserva

teacutecnica) Com isso o abastecimento de aacutegua para a populaccedilatildeo estaacute a cada dia mais escasso

Na Figura 5 apresenta-se uma foto da situaccedilatildeo do maior reservatoacuterio da Bacia do Rio Paraiacuteba

do Sul (em fevereiro deste ano) Este reservatoacuterio alimenta a Estaccedilatildeo de Tratamento de Aacutegua

do Guandu que por sua vez eacute responsaacutevel pelo abastecimento de toda a Regiatildeo Metropolitana

do Rio de Janeiro [19]

Figura 5 Reservatoacuterio Paraibuna localizado na Bacia do Rio Paraiacuteba do Sul apoacutes estiagem dos uacuteltimos anos

Na foto o reservatoacuterio estaacute com -056 da capacidade (volume morto) 03022015 Fonte http

ltogloboglobocomrionivel-de-reservatorios-do-rio-paraiba-do-sul-apresentam-leve-melhora-apos-chuvas-

fortes-15229418gt Acesso em 30072015

Devido aos fatores mencionados aliados agrave facilidade de manutenccedilatildeo e ao baixo custo

de perfuraccedilatildeo a utilizaccedilatildeo de aacutegua de poccedilo subterracircneo (Figura 6) eacute cada vez mais requisitada

para suprir as carecircncias de abastecimento No Brasil o aquiacutefero subterracircneo abastece cerca de

19 do total dos domiciacutelios particulares enquanto que no municiacutepio de Duque de Caxias este

percentual atinge os 35 segundo o CENSO-2010 [18]

Figura 6 Poccedilo subterracircneo em Duque de Caxias

34 Fluorescecircncia de Raios X - Teoria

A Espectroscopia de Fluorescecircncia de Raios X eacute uma teacutecnica natildeo destrutiva que

permite a identificaccedilatildeo simultacircnea (qualitativa e quantitativa) de elementos presentes em uma

amostra A teacutecnica baseia-se no fato dos elementos quiacutemicos emitirem radiaccedilotildees

caracteriacutesticas quando submetidos a uma excitaccedilatildeo adequada [20-23]

As amostras satildeo irradiadas com foacutetons (feixe de raios x) gerados por uma fonte Esse

feixe de raios x primaacuterio possui energia suficiente para ejetar eleacutetrons de camadas internas do

aacutetomo (camadas com maior energia de ligaccedilatildeo) transferindo energia para este eleacutetron que eacute

ejetado como fotoeleacutetron O aacutetomo fica instaacutevel (excitado) com uma vacacircncia na camada

interna Com o intuito de diminuir a energia do sistema eleacutetrons de outras camadas

preenchem essa lacuna A diferenccedila de energia entre os niacuteveis da transiccedilatildeo eletrocircnica eacute

liberada atraveacutes da emissatildeo de um foacuteton de raios x (fluorescecircncia ou raio x secundaacuterio) que

tem energia caracteriacutestica para cada elemento como ilustrado na Figura 7 A energia do raio x

caracteriacutestico eacute fornecida pela Equaccedilatildeo 1 [20-23]

Ex = Eni - Enf (Eq1)

Onde

Ex = energia do raio x caracteriacutestico emitido

Eni Enf = energia dos estados eletrocircnicos inicial e final respectivamente

Figura 7 Esquema do princiacutepio da Fluorescecircncia de Raios X

Fonteltwwwshimadzucombrgt Acesso em 30072015

A radiaccedilatildeo caracteriacutestica eacute nomeada de acordo com o niacutevel de onde se apresenta a

vacacircncia (K L M) e de qual niacutevel (α β) e subniacutevel (1 2) proveacutem o eleacutetron que iraacute

ocupar essa lacuna Por exemplo a vacacircncia originada na camada K pode ser preenchida por

eleacutetrons de dois subniacuteveis da camada L o que origina as linhas espectrais Kα1 e Kα2 Se a

vacacircncia da camada K fosse ocupada por um eleacutetron da M teria-se o Kβ e assim por diante

[23]

Com isso os elementos em uma amostra podem ser identificados atraveacutes da medida

do comprimento de onda (ou energia) dessas radiaccedilotildees caracteriacutesticas e as concentraccedilotildees

mensuradas pela intensidade dessas radiaccedilotildees [2123]

Quando um feixe de raios x incide sobre um determinado material diversas formas

de interaccedilatildeo entre a radiaccedilatildeo e a mateacuteria podem ocorrer tais como o Efeito Auger e os

espalhamentos Rayleigh e Compton [20-23]

O processo de relaxaccedilatildeo natildeo-radiativa ou Efeito Auger ocorre quando o aacutetomo

excitado emite um eleacutetron (eleacutetron Auger) ao inveacutes do processo de fluorescecircncia (Figura 8)

Esses dois processos de relaxaccedilatildeo do sistema satildeo concorrentes e a predominacircncia de um ou de

outro depende do numero atocircmico O Efeito Auger prevalece em elementos com baixo

nuacutemero atocircmico (Zlt20) [21]

Figura 8 Efeito Auger [20]

O fenocircmeno de espalhamento de raios x eacute importante em espectroscopia pois eacute

responsaacutevel pela intensidade da radiaccedilatildeo de fundo (background) presente em uma

determinada medida Ele eacute a soma dos efeitos de dois fenocircmenos o espalhamento coerente

elaacutestico ou Rayleigh no qual os raios x primaacuterios satildeo defletidos sem perda de energia isto eacute

sem alteraccedilatildeo no comprimento de onda (λ) e o espalhamento incoerente inelaacutestico ou

Compton no qual foacutetons de raios x primaacuterio satildeo defletidos com perda de energia e com

ejeccedilatildeo de um fotoeleacutetron (Figura 9) [21]

Figura 9 Espalhamento Compton e Rayleigh [21]

35 Fluorescecircncia de Raios X - Instrumentaccedilatildeo

Na Figura 10 pode ser observado um esquema com os principais componentes do

espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X por Dispersatildeo de Comprimento de Onda

(WDXRF - Wavelength Dispersive X-ray Fluorescence) utilizado neste trabalho Suas

funccedilotildees seratildeo descritas em seguida [23]

Figura 10 Instrumentaccedilatildeo do Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X por Dispersatildeo de

Comprimento de Onda - S8 TIGER - BRUKER [23]

Tubo de Raios X

A radiaccedilatildeo incidente eacute produzida em um tubo de raios x consistindo em uma ampola

de vidro ou de metal sob alto vaacutecuo com um filamento de tungstecircnio em uma extremidade

denominado caacutetodo e um alvo de metal na outra extremidade denominado acircnodo

O filamento eacute aquecido por uma corrente eleacutetrica e emite eleacutetrons (emissatildeo

termiocircnica) Os eleacutetrons satildeo acelerados rumo a um acircnodo (alvo) empregando-se uma

diferenccedila de potencial (10-70 kV) Raios x primaacuterios satildeo produzidos quando esses eleacutetrons

com alta velocidade colidem com o material alvo Com o impacto a maior parte da energia

cineacutetica dos eleacutetrons eacute convertida em calor exigindo que o acircnodo seja resfriado de forma

eficiente Apenas uma pequena parte (02-05 dependendo do tipo do alvo) da energia

eletrocircnica eacute convertida em raios x uacuteteis

Essa radiaccedilatildeo consiste em um Contiacutenuo ou Bremsstrahlung e linhas de raios x

caracteriacutesticas do material alvo (aleacutem de linhas caracteriacutesticas de quaisquer contaminantes

presentes) Assim o espectro primaacuterio de um tubo de raios x convencional consiste em linhas

caracteriacutesticas do material do acircnodo (por exemplo Rh) superpostas a um contiacutenuo de

radiaccedilatildeo

Os tubos de raios x satildeo geralmente isolados atraveacutes de uma janela de beriacutelio pois

esse elemento apresenta baixa absorccedilatildeo de raios x e alta resistecircncia mecacircnica para suportar as

diferenccedilas de pressatildeo

Filtros do Feixe Primaacuterio

O espectro primaacuterio pode natildeo conter apenas as linhas do elemento-alvo mas tambeacutem

as linhas de impurezas como Fe Cr ou Cu presentes em vaacuterias partes do tubo Desta forma o

niacutevel de fundo (background) na posiccedilatildeo desses elementos no espectro pode ser elevado

Filtros de feixe primaacuterio satildeo utilizados para filtrar as linhas caracteriacutesticas do tubo se

o mesmo elemento estiver presente na amostra ou se houver sobreposiccedilatildeo por uma linha do

tubo em linhas de elementos da amostra No equipamento em que foram feitas as anaacutelises satildeo

utilizados (automaticamente) os filtros de Cu de 200 microm de espessura e o de Al de 500 microm de

espessura

Maacutescara

Delimita a aacuterea da amostra que seraacute irradiada

Selo de vaacutecuo (Vacuum seal )

Protege o sistema de detecccedilatildeo dos foacutetons de raios x de qualquer vazamento de

amostra

Goniocircmetro

Em equipamentos de dispersatildeo sequencial empregam-se uma ldquogeometria do feixe

paralelordquo ou uma ldquogeometria de cristal planardquo permitindo que os acircngulos do cristal e do

detector sejam selecionados por um aparelho chamado goniocircmetro

O goniocircmetro eacute uma estrutura de rotaccedilatildeo que permite que o cristal e o detector

possuam um movimento angular acoplado θ a 2θ entre eles

Colimador

Colima o feixe divergente de raios x emitido pela amostra Satildeo normalmente feitos

de uma seacuterie de lacircminas paralelas O comprimento e o espaccedilamento entre as lacircminas

determinam a divergecircncia angular admitida pelo colimador Essa divergecircncia angular

juntamente com o cristal determina a resoluccedilatildeo final do espectro

Pode-se melhorar a resoluccedilatildeo fechando o colimador para minimizar a divergecircncia

Poreacutem com isso a intensidade tambeacutem diminui Assim torna-se necessaacuterio um equiliacutebrio

entre a resoluccedilatildeo final (necessaacuteria para evitar sobreposiccedilotildees espectrais importantes) e a

sensibilidade (relacionada com a intensidade)

Cristal

Separa os vaacuterios comprimentos de onda emitidos pela amostra A lei de Bragg

(equaccedilatildeo 2) propotildee que se um plano cristalino tiver um espaccedilamento interplanar (d) refletindo

um comprimento de raios x (λ) essa onda difere em caminho percorrido por uma distacircncia

(2dsenθ) da onda refletida pelo plano adjacente Quando esse caminho percorrido difere por

um nuacutemero inteiro de comprimento de onda tem-se uma interferecircncia construtiva e os raios x

refletidos satildeo reforccedilados Caso contraacuterio tem-se uma interferecircncia destrutiva e os raios x

refletidos se anulam A equaccedilatildeo de Bragg (2)

119899120582 = 2119889119904119890119899120579 (Eq 2)

Onde

n = nuacutemero inteiro (1 2 3) chamado Ordem de Difraccedilatildeo

d = espaccedilamento interplanos no cristal utilizado

θ = acircngulo de Bragg ou acircngulo de difraccedilatildeo

λ = comprimento de onda da linha espectral

Dessa forma para um dado plano cristalino e uma dada ordem de difraccedilatildeo cada

comprimento de onda no espectro de XRF incidente eacute difratado em um uacutenico acircngulo O

comprimento de onda maacuteximo que o proacuteprio plano cristalino pode difratar eacute 2d (quando senθ

assume o valor maacuteximo de 1) Portanto eacute necessaacuterio um cristal ou um plano cristalino com

diferentes valores de 2d para cobrir diferentes intervalos de comprimento de onda em toda a

tabela perioacutedica No espectrocircmetro utilizado neste trabalho foram usados os seguintes cristais

XS-55 (multicamada de WSi) do C ateacute o Mg PET (Pentaeritriato) do Al ateacute o Ti e LiF 200

do K ateacute o U

Detector

Converte os foacutetons de raios x em pulsos de tensatildeo mensuraacuteveis Satildeo utilizados dois

detectores para cobrir todos os elementos do Be ao U Detector de fluxo proporcional

(preenchido com Ar) para elementos do Be ao Cr e o detector de cintilaccedilatildeo de NaI(Tl) para

elementos do Mn ao U

Detectores de fluxo proporcional

Satildeo detectores de radiaccedilatildeo que operam a partir da ionizaccedilatildeo de gases Satildeo

constituiacutedos por um conjunto de eletrodos e um gaacutes Quando o gaacutes eacute colocado entre dois

eletrodos aos quais eacute aplicada certa diferenccedila de potencial os caacutetions e eleacutetrons produzidos

pela passagem de radiaccedilatildeo seratildeo atraiacutedos pelos eletrodos de carga oposta e por eles seratildeo

coletados Na regiatildeo de verdadeira proporcionalidade (Equaccedilatildeo 3) a razatildeo entre a carga

coletada pelos eletrodos e a carga gerada pela ionizaccedilatildeo primaacuteria manteacutem-se constante para as

diferenccedilas de potencial (∆V) aplicadas e com um capacitor de capacitacircncia (C)

Quando a radiaccedilatildeo atravessa esse tipo de detector e produz pares iocircnicos (formados

por eleacutetrons e caacutetions do gaacutes) esses caacutetions (ionizaccedilatildeo primaacuteria) satildeo acelerados adquirindo

energia suficiente para produzir novos pares iocircnicos (ionizaccedilatildeo secundaacuteria) por colisatildeo com

moleacuteculas inicialmente neutras do gaacutes Assim haacute uma multiplicaccedilatildeo do nuacutemero de pares

original A carga coletada eacute igual agrave carga produzida pela radiaccedilatildeo (Q) multiplicada por um

fator (M) denominado ldquoganhordquo

∆119881 = (119872119876)

119862 (Eq 3)

Portanto o sinal produzido tem altura proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo incidente

Detectores de cintilaccedilatildeo

O cintilador eacute uma substacircncia soacutelida ou liacutequida na qual a energia de radiaccedilatildeo

incidente eacute transferida aos eleacutetrons do material sendo depois emitida na forma de radiaccedilatildeo

eletromagneacutetica de frequecircncia menor (visiacutevel ou ultravioleta)

O detector de cintilaccedilatildeo utilizado eacute constituiacutedo por um cristal de NaI(Tl) (iodeto de

soacutedio ativado com 1 de iodeto de taacutelio) no qual ocorre a emissatildeo de radiaccedilatildeo de frequecircncia

menor aleacutem de um fotomultiplicador onde essa radiaccedilatildeo luminosa eacute transformada em pulso

eleacutetrico e amplificada

O mecanismo de cintilaccedilatildeo nos cristais inorgacircnicos baseia-se na propriedade dos

semicondutores terem banda de valecircncia e banda de conduccedilatildeo Na banda de valecircncia os

eleacutetrons estatildeo essencialmente ligados aos siacutetios do cristal Jaacute na banda de conduccedilatildeo os

eleacutetrons tecircm energia suficiente para migrar atraveacutes do cristal No cristal puro natildeo satildeo

encontrados eleacutetrons na banda proibida

Ao incidir uma radiaccedilatildeo no cristal pode ocorrer excitaccedilatildeo de eleacutetrons ateacute a banda de

conduccedilatildeo deixando lacunas na banda de valecircncia (normalmente preenchida)

No cristal puro a energia necessaacuteria para formar um par eleacutetronlacuna eacute

aproximadamente a mesma liberada quando esse par se recombina Assim os espectros de

absorccedilatildeo e emissatildeo superpotildeem-se ocorrendo autoabsorccedilatildeo da radiaccedilatildeo luminosa produzida

Se o cristal for ativado a emissatildeo pode ocorrer via um siacutetio do ativador para o qual a energia

de transiccedilatildeo eacute menor do que a necessaacuteria para a criaccedilatildeo do par eleacutetronlacuna Desse modo o

espectro emitido eacute deslocado para comprimentos de onda maiores e natildeo causa nova absorccedilatildeo

No tubo fotomultiplicador converte-se a radiaccedilatildeo de baixa intensidade produzida no

cintilador em um sinal eleacutetrico uacutetil agrave detecccedilatildeo e contagem de radiaccedilatildeo

Analisador de altura de pulso (PHA)

A energia do foacuteton incidente de raios x determina o tamanho do pulso de tensatildeo

produzido pelo detector O analisador de altura de pulso faz uso dessa propriedade a fim de

selecionar apenas um intervalo estreito de pulsos de voltagem rejeitando todos os pulsos com

intensidades fora do intervalo escolhido

Ao final utiliza-se o meacutetodo de integraccedilatildeo dos recebidos em um integrador

eletrocircnico Se N representa o nuacutemero de contagens em um tempo de integraccedilatildeo t segundos

entatildeo a taxa de contagem eacute Nt contagens por segundo (cps)

36 Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford - Teoria

A teacutecnica de RBS consiste em incidir partiacuteculas monoenergeacuteticas de um feixe de iacuteons

(geralmente iacuteons He+) de alta energia em um alvo estacionaacuterio Ao colidirem com os aacutetomos

do alvo as partiacuteculas satildeo elasticamente espalhadas no campo eleacutetrico do nuacutecleo do aacutetomo e

chegam a um detector por um acircngulo de retroespalhamento Na Figura 11 apresenta-se um

esquema de espalhamento elaacutestico [25-27]

Figura 11 Espalhamento elaacutestico em acircngulo de retroespalhamento de um iacuteon de massa M1

por um aacutetomo de massa M2 com M2gtM1 [25]

O detector ao receber as partiacuteculas espalhadas produz um pulso ou sinal que eacute entatildeo

processado por um analisador multicanal e classificado conforme a amplitude que

corresponde a uma escala em energia Como resultado as informaccedilotildees sobre a composiccedilatildeo

elementar do aacutetomo alvo satildeo obtidas a partir de um espectro de contagens em funccedilatildeo da

energia das partiacuteculas retroespalhadas detectadas [25]

O fator cinemaacutetico (K) eacute responsaacutevel pela anaacutelise elementar qualitativa Essa

grandeza depende da razatildeo entre as energias das partiacuteculas incidentes antes (E0) e depois (E)

do espalhamento (Equaccedilatildeo 4)

119870 = 119864

1198640 (Eq 4)

Considerando as conservaccedilotildees de energia e do momentum na colisatildeo elaacutestica obteacutem-

se a relaccedilatildeo entre o fator cinemaacutetico (K) a massa atocircmica da partiacutecula incidente (M1) a massa

atocircmica do aacutetomo alvo (M2) e o acircngulo de espalhamento (θ) (Eq 5)

119870 = [1198721 119888119900119904120579+ (1198722

2minus 11987212 1199041198901198992120579)

12

1198721+ 1198722]

2

(Eq 5)

Os valores de M1 θ e E0 satildeo preacute-fixados conhecendo E determina-se K e por

conseguinte determina-se M2

A Figura 12 apresenta um esquema do espectro de RBS de um filme fino de

composiccedilatildeo geneacuterica AB onde a massa de A eacute maior do que a massa de B depositado em um

substrato C ainda mais leve

Figura 12 Esquema de um espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford de

um filme fino AB sobre um substrato C ainda mais leve [27]

A resoluccedilatildeo em massa da teacutecnica eacute a diferenccedila miacutenima de massa entre dois aacutetomos-

alvo para que sinais resolvidos possam ser observados no espectro A discriminaccedilatildeo em massa

eacute maacutexima para θ = 180deg razatildeo pela qual satildeo utilizados acircngulos elevados experimentalmente

Pode-se melhorar a resoluccedilatildeo em massa na RBS aumentando a energia e a massa dos aacutetomos

incidentes e melhorando a resoluccedilatildeo do sistema de detecccedilatildeo com o cuidado para natildeo degradar

os detectores [25]

Outra grandeza importante em RBS eacute a seccedilatildeo de choque de espalhamento (σ) que eacute

uma medida da probabilidade de ocorrer o espalhamento e que atribui o caraacuteter quantitativo agrave

teacutecnica [25] Considerando um nuacutemero de partiacuteculas espalhadas (H) sobre um detector tem-se

a Equaccedilatildeo 6

119867 = 119876119873119905 ⟨119889120590

119889120570⟩Ω (Eq 6)

Onde

Q = nuacutemero de partiacuteculas que atinge a amostra

N = densidade volumeacutetrica dos aacutetomos alvo

t = espessura do alvo

⟨119889120590

119889120570⟩ = seccedilatildeo de choque meacutedia de espalhamento

Ω = acircngulo soacutelido do detector em relaccedilatildeo ao feixe

Para acircngulos pequenos tem-se ⟨119889120590

119889120570⟩ = (

119889120590

119889120570)120579

= σ (Eq 7)

Logo 119867 = 119876119873119905120590120570 (Eq 8)

Na Equaccedilatildeo 8 conhecendo o nuacutemero de partiacuteculas que atinge o alvo Q e o detector

H pode-se determinar o numero de aacutetomos por unidade de aacuterea da amostra (Nt) desde que se

conheccedila o acircngulo soacutelido de detecccedilatildeo Ω e a seccedilatildeo de choque de espalhamento (σ) Para uma

colisatildeo elaacutestica entre dois aacutetomos com nuacutemeros atocircmicos Z1 e Z2 (do aacutetomo incidente e do

aacutetomo alvo respectivamente) em que a forccedila de interaccedilatildeo eacute a repulsatildeo eletrostaacutetica dos

nuacutecleos a seccedilatildeo de choque de espalhamento diferencial (por unidade de acircngulo soacutelido) eacute dada

pela Foacutermula de Rutherford (Equaccedilatildeo 9)

119889120590

119889120570= (

119885111988521198902

4119864)2

4

1199041198901198994120579

[1minus ((

11987211198722) 119904119890119899120579)

2

]

12

+cos120579

[1minus ((11987211198722)119904119890119899 120579)

2

]

12

2

(Eq 9)

Em siacutentese a razatildeo entre as concentraccedilotildees relativas dos elementos A e B na

superfiacutecie de uma amostra 119873119860119860119861(119909)

119873119861119860119861(119909)

pode ser calculada com o auxiacutelio de um programa

computacional ou atraveacutes da medida de altura dos degraus obtidos no espectro sendo

calculadas com as Equaccedilotildees 10 e 11

(119889120590

119889120570)119861

(119889120590

119889120570)119860

= Ji (Eq 10)

119873119860119860119861(119909)

119873119861119860119861(119909)

= 119867119860119860119861

119867119861119860119861 119869119894 (Eq 11)

37 Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford - Instrumentaccedilatildeo

Na Figura 13 pode ser observado um esquema com os principais componentes da

instrumentaccedilatildeo utilizada em anaacutelises por RBS que seratildeo descritos em seguida de acordo com

o equipamento utilizado para a realizaccedilatildeo deste trabalho e com informaccedilotildees obtidas na

referecircncia [25]

Figura 13 Esquema dos componentes presentes na instrumentaccedilatildeo utilizada em anaacutelises por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford Fonte Adaptado de [25]

O Laboratoacuterio de Implantaccedilatildeo Iocircnica da Universidade Federal do Rio Grande do Sul

possui um acelerador Tandetron equipado com fontes de iacuteons dos tipos sputtering e de

plasma com tecnologia ldquotandemrdquo com 3MV de tensatildeo maacutexima no terminal e cinco estaccedilotildees

experimentais de linhas distintas incluindo a de RBS

Fonte de iacuteons

Fonte de Plasma um gaacutes ou um vapor eacute ionizado por meio de campos

eletromagneacuteticos na faixa de radiofrequecircncia ou ao ser atravessado por corrente eleacutetrica

Fonte de ldquoSputteringrdquo os iacuteons satildeo produzidos por transferecircncia de momentum

quando da colisatildeo de um feixe primaacuterio (geralmente Cs+) com um alvo soacutelido

Aceleradores ldquotandemrdquo

Neste tipo de acelerador iacuteons positivos deixam a fonte passam por uma troca de

carga (com vapor de Liacutetio ou outro elemento eletropositivo) e satildeo conduzidos com carga

negativa ao tubo acelerador onde satildeo atraiacutedos por um terminal positivo No caso dos iacuteons

produzidos serem originalmente negativos a troca de carga eacute suprimida Junto ao terminal

positivo passam por uma seccedilatildeo contendo um gaacutes ou vapor (N2 no presente caso) ou por uma

folha muito fina de carbono para que os iacuteons emergentes tenham perdido os eleacutetrons Com

carga positiva satildeo novamente acelerados agora por repulsatildeo do terminal Diferenccedilas de

potencial da ordem de vaacuterios milhotildees de volts satildeo obtidas utilizando circuitos multiplicadores

de voltagem que multiplicam e retificam a tensatildeo produzida por um transformador Seguindo

o tubo acelerador geralmente encontra-se um segundo eletroiacutematilde que permite direcionar o

feixe de iacuteons para uma das estaccedilotildees experimentais de acordo com as espeacutecies a serem

detectadas (no presente caso partiacuteculas retroespalhadas)

Detectores de estado soacutelido com junccedilotildees p-n obtidas por implantaccedilatildeo iocircnica

A junccedilatildeo p-n sob polarizaccedilatildeo reversa permite a coleta de cargas geradas na

produccedilatildeo de pares eleacutetron-lacuna Esse fenocircmeno ocorre quando um iacuteon atravessa um

semicondutor excitando eleacutetrons da banda de valecircncia para a banda de conduccedilatildeo que entatildeo

satildeo coletados no acircnodo Dessa forma o nuacutemero de eleacutetrons coletados no acircnodo eacute proporcional

ao nuacutemero de pares de eleacutetron-lacuna produzidos o qual eacute proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo

incidente desde que o iacuteon seja totalmente freado dentro do volume ativo do detector

Analisador multicanal (MCA) no modo de anaacutelise de intensidade de pulso

O MCA consta de uma sequecircncia de registradores onde cada pulso de entrada uma

vez digitalizado por um conversor analoacutegico-digital (ADC) eacute analisado com relaccedilatildeo a sua

amplitude (modo PHA) sob o controle de um discriminador Na sequecircncia o canal de

memoacuteria correspondente tem seu conteuacutedo incrementado em uma unidade Com isso

acumulam-se em um canal especiacutefico todos os pulsos de entrada de um pequeno intervalo de

amplitudes ou energias dos iacuteons incidentes Ao final com a soma dos pulsos recebidos em

cada canal obteacutem-se um histograma do nuacutemero de pulsos em funccedilatildeo de suas amplitudes ou

energias dos iacuteons incidentes

40 METODOLOGIA

41 Amostragem

Amostras de cabelo de 16 pessoas foram coletadas Os doadores foram entrevistados

seguindo o questionaacuterio disponiacutevel no ANEXO I e selecionados de acordo com os seguintes

criteacuterios possuiacuterem cabelos virgens (cabelos sem nenhum tipo de tratamento quiacutemico como

coloraccedilotildees tinturas alisantes entre outros) estarem saudaacuteveis serem natildeo fumantes e viverem

na Regiatildeo Metropolitana do Rio de Janeiro As amostras foram divididas em dois grupos de

oito o primeiro de pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo subterracircneo e o segundo com pessoas

que ingerem a aacutegua tratada e distribuiacuteda pela CEDAE

Foram analisadas amostras de cabelo de duas pessoas que consumiam a aacutegua do

mesmo poccedilo isto eacute duas amostras de cada residecircncia totalizando 4 poccedilos diferentes (a b c

d) na localidade Chaacutecaras Arcampo em Duque de Caxias ndash RJ (Figura 14)

Figura 14 Mapa com os pontos de coleta de amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua

de poccedilo em destaque a localizaccedilatildeo das residecircncias com os poccedilos

Fonte Google Earth Acesso em 30072015

As amostras foram coletadas na regiatildeo occipital da cabeccedila (nuca) como visto na

Figura 15 com o auxiacutelio de uma tesoura de accedilo inoxidaacutevel devidamente limpa com etanol

Essa regiatildeo eacute definida como padratildeo por ser menos suscetiacutevel a contaminaccedilatildeo exoacutegena e

tambeacutem por sempre existir cabelo em indiviacuteduos semicalvos [14] Em seguida as amostras

foram catalogadas e armazenadas em sacos plaacutesticos [5] Informaccedilotildees adicionais sobre o sexo

e a idade dos doadores e o tipo e cor das amostras de cabelo coletadas disponiacuteveis no ANEXO

II

Figura 15 Coleta de amostra de cabelo na regiatildeo occipital da cabeccedila

42 Lavagem das Amostras de Cabelo

Todas as amostras foram submetidas a uma sequecircncia de etapas de lavagem de 10

minutos cada utilizando acetona e aacutegua deionizada (Figura 16) Em seguida foram colocadas

para secar agrave temperatura ambiente de acordo com o procedimento recomendado pela Agecircncia

Internacional de Energia Atocircmica (IAEA) [5]

Figura 16 Lavagem das amostras de cabelo

As amostras analisadas por XRF foram colocadas diretamente no suporte do

equipamento Os fios foram colocados de maneira a se obter a superfiacutecie do porta-amostra

totalmente coberta pelo cabelo a qual em seguida foi coberta por um filme (Ultralenereg 4

microm de espessura) (Figura 17) Para a anaacutelise com o RBS o cabelo foi aderido ao suporte do

porta-amostra com o auxiacutelio de uma fita dupla face de carbono puro (Figura 18)

Figura 17 Amostra de cabelo em porta-amostra do equipamento de Fluorescecircncia de

Raios X

Figura 18 Amostra de cabelo no porta-amostra do equipamento de Espectrometria de

Retroespalhamento Rutherford

43 Paracircmetros Instrumentais

Anaacutelises semiquantitativas de XRF dos elementos presentes no cabelo foram

realizadas no Laboratoacuterio de Impacto de Foacutetons e Eleacutetrons (LIFE) na Universidade Federal do

Rio de Janeiro (UFRJ) Utilizou-se o Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios-X S8 TIGER

ndash BRUKER (Figura 19) na faixa de energia de 05 a 56 keV acircnodo de Rh trabalhando com 1

kW de potecircncia com uma janela de Be de 76 microm atraveacutes do software Quant-Express no

meacutetodo Best Detection O tempo de aquisiccedilatildeo para cada amostra foi de aproximadamente 20

minutos

Os dados por RBS foram realizados no Laboratoacuterio de Implantaccedilatildeo Iocircnica na

Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) Utilizou-se um acelerador de iacuteons

Tandetron - HVEE 3 MV (Figura 20) usando 2000 keV de iacuteons He+ incidentes e detecccedilatildeo de

partiacuteculas retroespalhadas a 165deg

Figura 19 Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X - S8 TIGER - BRUKER

Figura 20 Acelerador de iacuteons Tandetron - HVEE 3 MV onde foi feita a anaacutelise por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford

50 RESULTADOS E DISCUSSOtildeES

51 Anaacutelise por XRF

O espectro completo de XRF da amostra 2 referente ao cabelo de uma pessoa que

ingere aacutegua de poccedilo eacute mostrado na Figura 21 conforme obtido diretamente do equipamento

Eacute possiacutevel identificar as linhas de excitaccedilatildeo do Rh e as linhas de espalhamento Compton e

Rayleigh Os espectros ampliados somente na regiatildeo de interesse com as linhas de

fluorescecircncia Kα e Kβ atribuiacutedas agrave maioria dos elementos (exceto para o chumbo em que se

detectam as linhas Lα e Lβ) e sem as linhas de Rh de todas as amostras analisadas encontram-

se nos ANEXOS III e IV Os elementos analisados e a energia de suas linhas de emissatildeo de

fluorescecircncia Kα e Kβ satildeo apresentados na Tabela 4

Figura 21 Espectro de Fluorescecircncia de Raios X completo da amostra 2

Tabela 4 Energia em keV das principais linhas de emissatildeo de raios x dos elementos

analisados Adaptado de [26]

Os elementos observados e as concentraccedilotildees semiquantitativas das amostras de

cabelo das pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo e das amostras de cabelo das pessoas que

ingerem aacutegua distribuiacuteda pela CEDAE satildeo apresentados respectivamente nas Tabelas 5 e 6

Kα Kβ

Al 1487 1557

Si 1740 1836

P 2014 2139

S 2308 2464

Cl 2622 2816

Ca 3692 4013

Mn 5899 6490

Fe 6404 7058

Cu 8048 8905

Zn 8639 9572

Pb (Linhas Lα e Lβ) 10552 12614

Elementos

Analisados

Energia (keV) das Linhas de

Emissatildeo de Raios X

Tabela 5 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (1 a 8) que

ingerem aacutegua de poccedilo As concentraccedilotildees dos elementos foram normalizadas de modo que a

soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da matriz orgacircnica em conjunto

seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo ldquoa b c drdquo correlacionam a amostra

de cabelo com o poccedilo do qual o indiviacuteduo ingere aacutegua

1 2 3 4 5 6 7 8

Al 002 003 003 34 ppm natildeo det 006 natildeo det 001

Si 001 54 ppm 006 46 ppm 005 002 002 54 ppm

P 003 003 54 ppm 002 001 46 ppm natildeo det 004

S 117 071 115 118 166 135 151 098

Cl 003 65 ppm 002 002 natildeo det 003 natildeo det 61 ppm

Ca 003 003 80 ppm 002 004 002 008 008

Mn 73 ppm 78 ppm 58 ppm 10 ppm natildeo det 91 ppm natildeo det 54 ppm

Fe 001 001 92 ppm 29 ppm 38 ppm 001 27 ppm 83 ppm

Cu 44 ppm 41 ppm 46 ppm 31 ppm natildeo det 44 ppm 37 ppm 36 ppm

Zn 77 ppm 002 91 ppm 82 ppm 41 ppm 92 ppm 40 ppm 98 ppm

Pb 10 ppm 9 ppm 12 ppm 10 ppm natildeo det 10 ppm natildeo det 9 ppm

a b c d

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Elementos

Tabela 6 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (9 a 16)

que ingerem aacutegua tratada e distribuiacuteda pela CEDAE As concentraccedilotildees dos elementos foram

normalizadas de modo que a soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da

matriz orgacircnica em conjunto seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo

9 10 11 12 13 14 15 16

Al 001 36 ppm natildeo det 002 61 ppm 90 ppm 002 natildeo det

Si natildeo det 35 ppm natildeo det 40 ppm 79 ppm 60 ppm natildeo det natildeo det

P 003 34 ppm 003 002 natildeo det 46 ppm natildeo det 41 ppm

S 111 106 116 152 136 145 155 128

Cl 52 ppm 001 002 003 004 005 014 009

Ca 006 004 002 002 001 001 001 001

Mn 51 ppm 9 ppm 32 ppm natildeo det 24 ppm 57 ppm natildeo det 30 ppm

Fe 82 ppm 30 ppm 57 ppm 56 ppm 59 ppm 90 ppm 52 ppm 54 ppm

Cu 31 ppm 51 ppm 28 ppm 27 ppm 31 ppm 44 ppm 14 ppm 29 ppm

Zn 001 001 92 ppm 86 ppm 001 001 42 ppm 001

Pb natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det

Elementos

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

Na anaacutelise semiquantitativa por XRF pode-se verificar a presenccedila de elevadas

concentraccedilotildees de enxofre o que jaacute era esperado visto que este elemento faz parte da estrutura

da cisteiacutena o aminoaacutecido em maior quantidade na composiccedilatildeo do cabelo

Os elementos Ca Zn e Fe foram detectados em todas as amostras dos dois grupos O

Ca aparece na maior parte das amostras em concentraccedilotildees da ordem de enquanto que o Zn

e o Fe da ordem de ppm Os elementos Al P Mn Cl Si e Cu aparecem na maioria das

amostras em ambos os grupos No entanto o Pb foi observado em concentraccedilotildees da ordem de

ppm somente em amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo

Para as amostras 5 7 e 15 utilizou-se um porta amostra com maacutescara de 8 mm de

diacircmetro ao inveacutes da maacutescara de 34 mm utilizada para as outras amostras devido a pouca

quantidade de cabelo coletado Agrave vantagem de poder utilizar menos amostra com a maacutescara

de 8 mm contrapotildee-se um aumento do ruiacutedo de fundo e a consequente perda da sensibilidade

na anaacutelise Tal fato pode provavelmente justificar a quantidade menor de elementos

observados nessas amostras em comparaccedilatildeo com as demais incluindo a ausecircncia do elemento

chumbo nas amostras 5 e 7 jaacute que o mesmo aparece nas amostras 6 e 8 das pessoas que

bebem a mesma aacutegua dos poccedilos c e d respectivamente

52 Anaacutelise por RBS

Apresenta-se na Figura 22 o espectro de RBS da amostra 2 adquirido durante 8

horas de anaacutelise e apoacutes tratamento dos dados atraveacutes do programa computacional OriginPro 8

Duas ampliaccedilotildees (I e II) nas regiotildees de mais alta energia satildeo apresentadas nas Figuras 23 e

24 Observou-se a presenccedila dos elementos C N O Si S Cl Ti Cu Zn e Pb

As energias dos iacuteons He+ retroespalhados a partir da interaccedilatildeo com os nuacutecleos de Pb

e Hg satildeo muito proacuteximas tornando difiacutecil a resoluccedilatildeo dos sinais No entanto o Hg natildeo foi

observado em nenhuma das amostras por XRF enquanto o Pb pode ser detectado claramente

Conclui-se portanto que o degrau no espectro eacute correspondente ao Pb

Utilizando-se o caacutelculo da seccedilatildeo de choque de espalhamento Rutherford foi possiacutevel

obter uma anaacutelise quantitativa relativa da amostra 2 Para isso foi escolhido o enxofre como

elemento padratildeo devido ao fato do S estar presente em todas as amostras de cabelo e ser

facilmente detectaacutevel por ambas as teacutecnicas Para cada aacutetomo de S na amostra de cabelo as

seguintes proporccedilotildees atocircmicas foram obtidas 115 x 102 C 274 x 10

1 N 157 x 10

1 O 479 x

10-1

Si 641 x 10-1

Cl 454 x 10-2

Ti 162 x 10-2

Cu 265 x 10-2

Zn e 504 x 10-4

Pb

Figura 22 Espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da amostra 2

(grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 23 Ampliaccedilatildeo I do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 24 Ampliaccedilatildeo II do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

60 CONCLUSOtildeES

As teacutecnicas de XRF e RBS mostraram-se eficientes e complementares na

determinaccedilatildeo de vaacuterios elementos presentes em amostras de cabelo humano Atraveacutes das duas

teacutecnicas foi possiacutevel detectar de forma semiquantitativa a presenccedila de elementos desde o Al

ateacute o Pb Por RBS tambeacutem foram detectados elementos mais leves como C N e O A

utilizaccedilatildeo conjunta das duas teacutecnicas permitiu a identificaccedilatildeo inequiacutevoca de Pb no espectro de

RBS

Eacute evidente que as concentraccedilotildees dos elementos nas amostras de cabelo dependem de

diversos fatores tais como o tipo de alimentaccedilatildeo idade sexo ambiente em que o indiviacuteduo

vive e podem ser provenientes de meios exoacutegenos e endoacutegenos Entretanto considerando o

natildeo aparecimento do Pb em nenhuma das amostras de cabelo das pessoas que ingerem aacutegua

distribuiacuteda pela CEDAE aleacutem das anaacutelises preacutevias da aacutegua dos poccedilos da aacuterea em estudo eacute

possiacutevel afirmar que existe uma elevada possibilidade da aacutegua de poccedilo estaacute atuando como

uma fonte de contaminaccedilatildeo de Pb para as pessoas Como o Pb eacute um elemento toacutexico com

propriedade de bioacumulaccedilatildeo sua presenccedila pode gerar danos irreversiacuteveis aos organismos

vivos

70 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS

Como sugestotildees deste estudo podemos indicar

Realizar uma anaacutelise quantitativa de um nuacutemero mais amplo de amostras

Efetuar uma comparaccedilatildeo com materiais de referecircncia certificados a fim de

determinar com um grau de confiabilidade mais elevado se as quantidades de

chumbo detectadas nas amostras de cabelo estatildeo acima do intervalo de valores

considerados aceitaacuteveis

80 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

[1] POZEBON D DRESSLER V L CURTIUS A J Anaacutelise de cabelo uma revisatildeo

dos procedimentos para a determinaccedilatildeo de elementos traccedilo e aplicaccedilotildees Quiacutem Nova

1999 22 (6) 838-846

[2] FRAZAtildeO S V Estudo da determinaccedilatildeo de elementos traccedilo em cabelos humanos

pelo meacutetodo de anaacutelise por ativaccedilatildeo de necircutrons Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Ciecircncias na

Aacuterea de Tecnologia Nuclear ndash Aplicaccedilotildees Instituto de Pesquisas Energeacuteticas e Nucleares ndash

Universidade de Satildeo Paulo - USP Satildeo Paulo 2008

[3] CARNEIRO M T W D SILVEIRA C L P MIEKELEY N FORTES L M C

Reference intervals for minor and trace elements in human hair for the population of

Rio de Janeiro city Brazil Quiacutem Nova 2002 25 (1) 37-45

[4] KEMPSON I M SKINNER W M KIRKBRIDE K P The ocurrence and

incorporation of copper and zinc in hair and their potential role as bioindicators a

review Journal of Toxicology and Environmental Health 2007 B 10 611-622

[5] CORTES-TORO E DE GOEIJ J J M BASCO J CHENG Y KINOVA L

MATSUBARA J NIESE S SATP T WESENBERG G R MURAMATSU Y PARR

R M The significance of hair mineral analysis as a means for assessing internal body

burdens of environmental pollutants results from an IAEA co-ordinated research

programme Journal of Radionalytical and Nuclear Chemistry 1993 167 (2) 413-421

[6] CLAYTON E WOOLER K K Sample preparation and system calibration for

Proton-Induced X-ray Emission analysis of hair from occupationally exposed workers

Anal Chem198557 1075-1079

[7] MIEKELEY N CARNEIRO M T W D SILVEIRA C L P How reliable are

human hair reference intervals for trace elements The Science of the Total Environment

1998 218 9-17

[8] MIEKELEY N FORTES L M C SILVEIRA C L P LIMA M B Elemental

anomalies in hair as indicators of endocrinologic pathologies and deficiencies in calcium

and bone metabolism Journal of Trace Elements in Medicine and Biology 2001 15 46-55

[9] TORIBARA T Y JACKSON D A FRENCH W R THOMPSON A C

JACKLEVIC J M Nondestructive X-Ray Fluorescence Spectrometry for determination

of trace elements along a single strand of hair Anal Chem 1982 54 1844-1849

[10] KHUDER A BAKIR M A HASAN R MOHAMMAD A Determination of

nickel cuper zinc and lead in human scalp hair in Syrian occupationally exposed

workers by total reflection X-Ray Fluorescence Environ Monit Assess 2008 143 67-74

[11] BARANOWSKA I BARCHANSKI L BAK M SMOLEC B MZYK Z X-Ray

Fluorescence Spectrometry in multielemental analysis of hair and teeth Polish Journal of

Environmental Studies 2004 13 (6) 639-646

[12] WATT F LANDSBERG J P Nuclear microscopy biomedical applications

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research 1993 B 77 249-260

[13] PAIXAtildeO P V GOMES L M B Anaacutelise de aacutegua de poccedilos subterracircneos na

localidade Chaacutecaras Arcampo em Duque de Caxias ndash RJ Relatoacuterio Final de Estaacutegio

Iniciaccedilatildeo Cientiacutefica Instituto de Quiacutemica ndash Universidade Federal do Rio de Janeiro ndash UFRJ

Rio de Janeiro 2012

[14] ANUNCIACcedilAtildeO D L R Anaacutelise de elementos maiores menores e traccedilo em

amostras de cabelo aplicado a triagem populacional com elevada incidecircncia de cacircncer

Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Quiacutemica Instituto de Quiacutemica ndash Universidade de Brasiacutelia

Brasiacutelia ndash Distrito Federal 2008

[15] TEGON E C Caracterizaccedilatildeo Quiacutemica do Enxofre e do Caacutelcio presentes em

amostras de cabelos empregando as teacutecnicas XRF e NEXAFS Projeto de Final de Curso

em Quiacutemica com Atribuiccedilotildees Tecnoloacutegicas Instituto de Quiacutemica ndash Universidade Federal do

Rio de Janeiro Rio de Janeiro 2013

[16] Dossiecirc os minerais na alimentaccedilatildeo Food Ingredients Brasil 2008 ndeg 4 48-65

Disponiacutevel em lt wwwrevista-ficommaterias52pdfgt Acesso em 30 de julho de 2015

[17] CEDAE Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos Disponiacutevel em

ltwwwcedaecombrgt Acesso em 30 de julho de 2015

[18] IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatiacutestica Censo Brasileiro de 2010 Rio de

Janeiro 2010 Disponiacutevel em ltwwwcenso2010ibgegovbrgt Acesso em 30 de julho de

2015

[19] RESENDE D ALENCAR E ALMEIDA R BERTA R Principal reservatoacuterio do

Paraiacuteba do Sul Paraibuna chega ao volume morto pela primeira vez Jornal O Globo 22

de janeiro de 2015 Disponiacutevel em httpogloboglobocomrioprincipal-reservatorio-do-

paraiba-do-sul-paraibuna-chega-ao-volume-morto-pela-primeira-vez-gt Acesso em 30 de

julho de 2015

[20] Fundamentos teoacutericos da teacutecnica de anaacutelise espectromeacutetrica por fluorescecircncia de

raios-x PUC-Rio ndash Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em

lthttpwwwmaxwellvracpuc-riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 30 de julho de 2015

[21] TASCH P DAMIANI F OLIVEIRA L C M IE - 607A Teacutecnicas de anaacutelise e

caracterizaccedilatildeo de materiais Universidade Estadual de Campinas ndash UNICAMP Campinas

2000

[22] FILHO V F N Teacutecnicas analiacuteticas nucleares de Fluorescecircncia de Raios ndashX por

Dispersatildeo de Enerdia (ED-XRF) e por Reflexatildeo Total (TXRF) Departamento de Ciecircncias

Exatas ESALQ Laboratoacuterio de Instrumentaccedilatildeo Nuclear CENA Universidade de Satildeo Paulo

ndash USP Satildeo Paulo 1999

[23] PERDONAacute C R Introduccedilatildeo a espectrometria de Fluorescecircncia de Raios-X Manual

Teacutecnico ndash BRUKER 2014

[24] O espectrocircmetro de fluorescecircncia de raios-x Thermo ARL 9900 PUC-Rio ndash

Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em lthttpwwwmaxwellvracpuc-

riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 08 de agosto de 2015

[25] KRUG C Superfiacutecies porosas recobertas com metalocenos anaacutelise multivariada

envolvendo caracterizaccedilatildeo com feixe de iacuteons Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Fiacutesica Instituto

de Fiacutesica Universidade Federal do Rio Grande do Sul ndash UFRGS Porto Alegre 2000

[26] TABACNIKS M H Anaacutelise de filmes finos por PIXE e RBS Instituto de Fiacutesica da

Universidade de Satildeo Paulo Disponiacutevel em ltwww2ifuspbr~lamfipixeamprbspdfgt Acesso

em julho de 2015

[27] ALMEIDA C R Efeito de tratamentos teacutermico e quiacutemico de aerogeacuteis de oacutexido de

estanho Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Engenharia Eleacutetrica Universidade Federal de Santa

Catarina Florianoacutepolis 2013

[28] ATTWOOD D T HENKE B L et al X-Ray Data Booklet Lawrence Berkeley

Laboratory University of California Berkeley California 1986

ANEXO I

MODELO DO QUESTIONAacuteRIO PREENCHIDO ANTES DA COLETA DAS AMOSTRAS

DE CABELO

Coacutedigo da amostra

Nome

Idade (anos)

Endereccedilo

Fuma Sim ( ) Natildeo ( )

Ingere aacutegua de que tipo (poccedilo CEDAE) Poccedilo ( ) CEDAE ( )

Fez algum tipo de tratamento quiacutemico no cabelo

(coloraccedilatildeo alisamento etc)Sim ( ) Natildeo ( )

Qual Quando foi a uacuteltima vez

Esteve bem de sauacutede nos uacuteltimos 6 meses Sim ( ) Natildeo ( )

Data da coleta

Responsaacutevel pela coleta

COLETA DE AMOSTRA DE CABELO

ANEXO II

INFORMACcedilOtildeES ADICIONAIS SOBRE OS DOADORES E AS AMOSTRAS DE

CABELO COLETADAS

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

1 Feminino 62 Cacheado Castanho Escuro

2 Feminino 27 Cacheado Castanho Escuro

3 Feminino 17 Liso Castanho Escuro

4 Feminino 10 Cacheado Castanho Escuro

5 Feminino 58 Liso Castanho Escuro

6 Feminino 7 Cacheado Castanho Escuro

7 Masculino 17 Liso Castanho Claro

8 Feminino 39 Liso Castanho Escuro

Pessoas que Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

9 Feminino 41 Cacheado Castanho Escuro

10 Feminino 17 Ondulado Castanho Claro

11 Masculino 1 Cacheado Castanho Escuro

12 Feminino 11 Liso Castanho Escuro

13 Masculino 21 Liso Castanho Escuro

14 Masculino 42 Cacheado Preto

15 Masculino 6 Liso Preto

16 Masculino 14 Liso Preto

Pessoas que Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

ANEXO III

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DE POCcedilO (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 1

Amostra 2

Amostra 3

Amostra 4

Amostra 5

Amostra 6

Amostra 7

Amostra 8

ANEXO IV

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DISTRIBUIacuteDA PELA CEDAE (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 9

Amostra 10

Amostra 11

Amostra 12

Amostra 13

Amostra 14

Amostra 15

Amostra 16

Page 26: Dissertação Priscilla Velasco da Paixão

consumidor Segundo dados do CENSO-2010 dos 269353 domiciacutelios estabelecidos no

municiacutepio de Duque de Caxias apenas 63 alegaram receber aacutegua de redes de distribuiccedilatildeo

[18] Diante do cenaacuterio atual em que o Sudeste vive a maior crise hiacutedrica dos uacuteltimos cem

anos devido agrave escassez de chuvas os reservatoacuterios que abastecem o estado do Rio de Janeiro

encontram-se em niacuteveis muito baixos e alguns deles chegaram ao volume morto (reserva

teacutecnica) Com isso o abastecimento de aacutegua para a populaccedilatildeo estaacute a cada dia mais escasso

Na Figura 5 apresenta-se uma foto da situaccedilatildeo do maior reservatoacuterio da Bacia do Rio Paraiacuteba

do Sul (em fevereiro deste ano) Este reservatoacuterio alimenta a Estaccedilatildeo de Tratamento de Aacutegua

do Guandu que por sua vez eacute responsaacutevel pelo abastecimento de toda a Regiatildeo Metropolitana

do Rio de Janeiro [19]

Figura 5 Reservatoacuterio Paraibuna localizado na Bacia do Rio Paraiacuteba do Sul apoacutes estiagem dos uacuteltimos anos

Na foto o reservatoacuterio estaacute com -056 da capacidade (volume morto) 03022015 Fonte http

ltogloboglobocomrionivel-de-reservatorios-do-rio-paraiba-do-sul-apresentam-leve-melhora-apos-chuvas-

fortes-15229418gt Acesso em 30072015

Devido aos fatores mencionados aliados agrave facilidade de manutenccedilatildeo e ao baixo custo

de perfuraccedilatildeo a utilizaccedilatildeo de aacutegua de poccedilo subterracircneo (Figura 6) eacute cada vez mais requisitada

para suprir as carecircncias de abastecimento No Brasil o aquiacutefero subterracircneo abastece cerca de

19 do total dos domiciacutelios particulares enquanto que no municiacutepio de Duque de Caxias este

percentual atinge os 35 segundo o CENSO-2010 [18]

Figura 6 Poccedilo subterracircneo em Duque de Caxias

34 Fluorescecircncia de Raios X - Teoria

A Espectroscopia de Fluorescecircncia de Raios X eacute uma teacutecnica natildeo destrutiva que

permite a identificaccedilatildeo simultacircnea (qualitativa e quantitativa) de elementos presentes em uma

amostra A teacutecnica baseia-se no fato dos elementos quiacutemicos emitirem radiaccedilotildees

caracteriacutesticas quando submetidos a uma excitaccedilatildeo adequada [20-23]

As amostras satildeo irradiadas com foacutetons (feixe de raios x) gerados por uma fonte Esse

feixe de raios x primaacuterio possui energia suficiente para ejetar eleacutetrons de camadas internas do

aacutetomo (camadas com maior energia de ligaccedilatildeo) transferindo energia para este eleacutetron que eacute

ejetado como fotoeleacutetron O aacutetomo fica instaacutevel (excitado) com uma vacacircncia na camada

interna Com o intuito de diminuir a energia do sistema eleacutetrons de outras camadas

preenchem essa lacuna A diferenccedila de energia entre os niacuteveis da transiccedilatildeo eletrocircnica eacute

liberada atraveacutes da emissatildeo de um foacuteton de raios x (fluorescecircncia ou raio x secundaacuterio) que

tem energia caracteriacutestica para cada elemento como ilustrado na Figura 7 A energia do raio x

caracteriacutestico eacute fornecida pela Equaccedilatildeo 1 [20-23]

Ex = Eni - Enf (Eq1)

Onde

Ex = energia do raio x caracteriacutestico emitido

Eni Enf = energia dos estados eletrocircnicos inicial e final respectivamente

Figura 7 Esquema do princiacutepio da Fluorescecircncia de Raios X

Fonteltwwwshimadzucombrgt Acesso em 30072015

A radiaccedilatildeo caracteriacutestica eacute nomeada de acordo com o niacutevel de onde se apresenta a

vacacircncia (K L M) e de qual niacutevel (α β) e subniacutevel (1 2) proveacutem o eleacutetron que iraacute

ocupar essa lacuna Por exemplo a vacacircncia originada na camada K pode ser preenchida por

eleacutetrons de dois subniacuteveis da camada L o que origina as linhas espectrais Kα1 e Kα2 Se a

vacacircncia da camada K fosse ocupada por um eleacutetron da M teria-se o Kβ e assim por diante

[23]

Com isso os elementos em uma amostra podem ser identificados atraveacutes da medida

do comprimento de onda (ou energia) dessas radiaccedilotildees caracteriacutesticas e as concentraccedilotildees

mensuradas pela intensidade dessas radiaccedilotildees [2123]

Quando um feixe de raios x incide sobre um determinado material diversas formas

de interaccedilatildeo entre a radiaccedilatildeo e a mateacuteria podem ocorrer tais como o Efeito Auger e os

espalhamentos Rayleigh e Compton [20-23]

O processo de relaxaccedilatildeo natildeo-radiativa ou Efeito Auger ocorre quando o aacutetomo

excitado emite um eleacutetron (eleacutetron Auger) ao inveacutes do processo de fluorescecircncia (Figura 8)

Esses dois processos de relaxaccedilatildeo do sistema satildeo concorrentes e a predominacircncia de um ou de

outro depende do numero atocircmico O Efeito Auger prevalece em elementos com baixo

nuacutemero atocircmico (Zlt20) [21]

Figura 8 Efeito Auger [20]

O fenocircmeno de espalhamento de raios x eacute importante em espectroscopia pois eacute

responsaacutevel pela intensidade da radiaccedilatildeo de fundo (background) presente em uma

determinada medida Ele eacute a soma dos efeitos de dois fenocircmenos o espalhamento coerente

elaacutestico ou Rayleigh no qual os raios x primaacuterios satildeo defletidos sem perda de energia isto eacute

sem alteraccedilatildeo no comprimento de onda (λ) e o espalhamento incoerente inelaacutestico ou

Compton no qual foacutetons de raios x primaacuterio satildeo defletidos com perda de energia e com

ejeccedilatildeo de um fotoeleacutetron (Figura 9) [21]

Figura 9 Espalhamento Compton e Rayleigh [21]

35 Fluorescecircncia de Raios X - Instrumentaccedilatildeo

Na Figura 10 pode ser observado um esquema com os principais componentes do

espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X por Dispersatildeo de Comprimento de Onda

(WDXRF - Wavelength Dispersive X-ray Fluorescence) utilizado neste trabalho Suas

funccedilotildees seratildeo descritas em seguida [23]

Figura 10 Instrumentaccedilatildeo do Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X por Dispersatildeo de

Comprimento de Onda - S8 TIGER - BRUKER [23]

Tubo de Raios X

A radiaccedilatildeo incidente eacute produzida em um tubo de raios x consistindo em uma ampola

de vidro ou de metal sob alto vaacutecuo com um filamento de tungstecircnio em uma extremidade

denominado caacutetodo e um alvo de metal na outra extremidade denominado acircnodo

O filamento eacute aquecido por uma corrente eleacutetrica e emite eleacutetrons (emissatildeo

termiocircnica) Os eleacutetrons satildeo acelerados rumo a um acircnodo (alvo) empregando-se uma

diferenccedila de potencial (10-70 kV) Raios x primaacuterios satildeo produzidos quando esses eleacutetrons

com alta velocidade colidem com o material alvo Com o impacto a maior parte da energia

cineacutetica dos eleacutetrons eacute convertida em calor exigindo que o acircnodo seja resfriado de forma

eficiente Apenas uma pequena parte (02-05 dependendo do tipo do alvo) da energia

eletrocircnica eacute convertida em raios x uacuteteis

Essa radiaccedilatildeo consiste em um Contiacutenuo ou Bremsstrahlung e linhas de raios x

caracteriacutesticas do material alvo (aleacutem de linhas caracteriacutesticas de quaisquer contaminantes

presentes) Assim o espectro primaacuterio de um tubo de raios x convencional consiste em linhas

caracteriacutesticas do material do acircnodo (por exemplo Rh) superpostas a um contiacutenuo de

radiaccedilatildeo

Os tubos de raios x satildeo geralmente isolados atraveacutes de uma janela de beriacutelio pois

esse elemento apresenta baixa absorccedilatildeo de raios x e alta resistecircncia mecacircnica para suportar as

diferenccedilas de pressatildeo

Filtros do Feixe Primaacuterio

O espectro primaacuterio pode natildeo conter apenas as linhas do elemento-alvo mas tambeacutem

as linhas de impurezas como Fe Cr ou Cu presentes em vaacuterias partes do tubo Desta forma o

niacutevel de fundo (background) na posiccedilatildeo desses elementos no espectro pode ser elevado

Filtros de feixe primaacuterio satildeo utilizados para filtrar as linhas caracteriacutesticas do tubo se

o mesmo elemento estiver presente na amostra ou se houver sobreposiccedilatildeo por uma linha do

tubo em linhas de elementos da amostra No equipamento em que foram feitas as anaacutelises satildeo

utilizados (automaticamente) os filtros de Cu de 200 microm de espessura e o de Al de 500 microm de

espessura

Maacutescara

Delimita a aacuterea da amostra que seraacute irradiada

Selo de vaacutecuo (Vacuum seal )

Protege o sistema de detecccedilatildeo dos foacutetons de raios x de qualquer vazamento de

amostra

Goniocircmetro

Em equipamentos de dispersatildeo sequencial empregam-se uma ldquogeometria do feixe

paralelordquo ou uma ldquogeometria de cristal planardquo permitindo que os acircngulos do cristal e do

detector sejam selecionados por um aparelho chamado goniocircmetro

O goniocircmetro eacute uma estrutura de rotaccedilatildeo que permite que o cristal e o detector

possuam um movimento angular acoplado θ a 2θ entre eles

Colimador

Colima o feixe divergente de raios x emitido pela amostra Satildeo normalmente feitos

de uma seacuterie de lacircminas paralelas O comprimento e o espaccedilamento entre as lacircminas

determinam a divergecircncia angular admitida pelo colimador Essa divergecircncia angular

juntamente com o cristal determina a resoluccedilatildeo final do espectro

Pode-se melhorar a resoluccedilatildeo fechando o colimador para minimizar a divergecircncia

Poreacutem com isso a intensidade tambeacutem diminui Assim torna-se necessaacuterio um equiliacutebrio

entre a resoluccedilatildeo final (necessaacuteria para evitar sobreposiccedilotildees espectrais importantes) e a

sensibilidade (relacionada com a intensidade)

Cristal

Separa os vaacuterios comprimentos de onda emitidos pela amostra A lei de Bragg

(equaccedilatildeo 2) propotildee que se um plano cristalino tiver um espaccedilamento interplanar (d) refletindo

um comprimento de raios x (λ) essa onda difere em caminho percorrido por uma distacircncia

(2dsenθ) da onda refletida pelo plano adjacente Quando esse caminho percorrido difere por

um nuacutemero inteiro de comprimento de onda tem-se uma interferecircncia construtiva e os raios x

refletidos satildeo reforccedilados Caso contraacuterio tem-se uma interferecircncia destrutiva e os raios x

refletidos se anulam A equaccedilatildeo de Bragg (2)

119899120582 = 2119889119904119890119899120579 (Eq 2)

Onde

n = nuacutemero inteiro (1 2 3) chamado Ordem de Difraccedilatildeo

d = espaccedilamento interplanos no cristal utilizado

θ = acircngulo de Bragg ou acircngulo de difraccedilatildeo

λ = comprimento de onda da linha espectral

Dessa forma para um dado plano cristalino e uma dada ordem de difraccedilatildeo cada

comprimento de onda no espectro de XRF incidente eacute difratado em um uacutenico acircngulo O

comprimento de onda maacuteximo que o proacuteprio plano cristalino pode difratar eacute 2d (quando senθ

assume o valor maacuteximo de 1) Portanto eacute necessaacuterio um cristal ou um plano cristalino com

diferentes valores de 2d para cobrir diferentes intervalos de comprimento de onda em toda a

tabela perioacutedica No espectrocircmetro utilizado neste trabalho foram usados os seguintes cristais

XS-55 (multicamada de WSi) do C ateacute o Mg PET (Pentaeritriato) do Al ateacute o Ti e LiF 200

do K ateacute o U

Detector

Converte os foacutetons de raios x em pulsos de tensatildeo mensuraacuteveis Satildeo utilizados dois

detectores para cobrir todos os elementos do Be ao U Detector de fluxo proporcional

(preenchido com Ar) para elementos do Be ao Cr e o detector de cintilaccedilatildeo de NaI(Tl) para

elementos do Mn ao U

Detectores de fluxo proporcional

Satildeo detectores de radiaccedilatildeo que operam a partir da ionizaccedilatildeo de gases Satildeo

constituiacutedos por um conjunto de eletrodos e um gaacutes Quando o gaacutes eacute colocado entre dois

eletrodos aos quais eacute aplicada certa diferenccedila de potencial os caacutetions e eleacutetrons produzidos

pela passagem de radiaccedilatildeo seratildeo atraiacutedos pelos eletrodos de carga oposta e por eles seratildeo

coletados Na regiatildeo de verdadeira proporcionalidade (Equaccedilatildeo 3) a razatildeo entre a carga

coletada pelos eletrodos e a carga gerada pela ionizaccedilatildeo primaacuteria manteacutem-se constante para as

diferenccedilas de potencial (∆V) aplicadas e com um capacitor de capacitacircncia (C)

Quando a radiaccedilatildeo atravessa esse tipo de detector e produz pares iocircnicos (formados

por eleacutetrons e caacutetions do gaacutes) esses caacutetions (ionizaccedilatildeo primaacuteria) satildeo acelerados adquirindo

energia suficiente para produzir novos pares iocircnicos (ionizaccedilatildeo secundaacuteria) por colisatildeo com

moleacuteculas inicialmente neutras do gaacutes Assim haacute uma multiplicaccedilatildeo do nuacutemero de pares

original A carga coletada eacute igual agrave carga produzida pela radiaccedilatildeo (Q) multiplicada por um

fator (M) denominado ldquoganhordquo

∆119881 = (119872119876)

119862 (Eq 3)

Portanto o sinal produzido tem altura proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo incidente

Detectores de cintilaccedilatildeo

O cintilador eacute uma substacircncia soacutelida ou liacutequida na qual a energia de radiaccedilatildeo

incidente eacute transferida aos eleacutetrons do material sendo depois emitida na forma de radiaccedilatildeo

eletromagneacutetica de frequecircncia menor (visiacutevel ou ultravioleta)

O detector de cintilaccedilatildeo utilizado eacute constituiacutedo por um cristal de NaI(Tl) (iodeto de

soacutedio ativado com 1 de iodeto de taacutelio) no qual ocorre a emissatildeo de radiaccedilatildeo de frequecircncia

menor aleacutem de um fotomultiplicador onde essa radiaccedilatildeo luminosa eacute transformada em pulso

eleacutetrico e amplificada

O mecanismo de cintilaccedilatildeo nos cristais inorgacircnicos baseia-se na propriedade dos

semicondutores terem banda de valecircncia e banda de conduccedilatildeo Na banda de valecircncia os

eleacutetrons estatildeo essencialmente ligados aos siacutetios do cristal Jaacute na banda de conduccedilatildeo os

eleacutetrons tecircm energia suficiente para migrar atraveacutes do cristal No cristal puro natildeo satildeo

encontrados eleacutetrons na banda proibida

Ao incidir uma radiaccedilatildeo no cristal pode ocorrer excitaccedilatildeo de eleacutetrons ateacute a banda de

conduccedilatildeo deixando lacunas na banda de valecircncia (normalmente preenchida)

No cristal puro a energia necessaacuteria para formar um par eleacutetronlacuna eacute

aproximadamente a mesma liberada quando esse par se recombina Assim os espectros de

absorccedilatildeo e emissatildeo superpotildeem-se ocorrendo autoabsorccedilatildeo da radiaccedilatildeo luminosa produzida

Se o cristal for ativado a emissatildeo pode ocorrer via um siacutetio do ativador para o qual a energia

de transiccedilatildeo eacute menor do que a necessaacuteria para a criaccedilatildeo do par eleacutetronlacuna Desse modo o

espectro emitido eacute deslocado para comprimentos de onda maiores e natildeo causa nova absorccedilatildeo

No tubo fotomultiplicador converte-se a radiaccedilatildeo de baixa intensidade produzida no

cintilador em um sinal eleacutetrico uacutetil agrave detecccedilatildeo e contagem de radiaccedilatildeo

Analisador de altura de pulso (PHA)

A energia do foacuteton incidente de raios x determina o tamanho do pulso de tensatildeo

produzido pelo detector O analisador de altura de pulso faz uso dessa propriedade a fim de

selecionar apenas um intervalo estreito de pulsos de voltagem rejeitando todos os pulsos com

intensidades fora do intervalo escolhido

Ao final utiliza-se o meacutetodo de integraccedilatildeo dos recebidos em um integrador

eletrocircnico Se N representa o nuacutemero de contagens em um tempo de integraccedilatildeo t segundos

entatildeo a taxa de contagem eacute Nt contagens por segundo (cps)

36 Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford - Teoria

A teacutecnica de RBS consiste em incidir partiacuteculas monoenergeacuteticas de um feixe de iacuteons

(geralmente iacuteons He+) de alta energia em um alvo estacionaacuterio Ao colidirem com os aacutetomos

do alvo as partiacuteculas satildeo elasticamente espalhadas no campo eleacutetrico do nuacutecleo do aacutetomo e

chegam a um detector por um acircngulo de retroespalhamento Na Figura 11 apresenta-se um

esquema de espalhamento elaacutestico [25-27]

Figura 11 Espalhamento elaacutestico em acircngulo de retroespalhamento de um iacuteon de massa M1

por um aacutetomo de massa M2 com M2gtM1 [25]

O detector ao receber as partiacuteculas espalhadas produz um pulso ou sinal que eacute entatildeo

processado por um analisador multicanal e classificado conforme a amplitude que

corresponde a uma escala em energia Como resultado as informaccedilotildees sobre a composiccedilatildeo

elementar do aacutetomo alvo satildeo obtidas a partir de um espectro de contagens em funccedilatildeo da

energia das partiacuteculas retroespalhadas detectadas [25]

O fator cinemaacutetico (K) eacute responsaacutevel pela anaacutelise elementar qualitativa Essa

grandeza depende da razatildeo entre as energias das partiacuteculas incidentes antes (E0) e depois (E)

do espalhamento (Equaccedilatildeo 4)

119870 = 119864

1198640 (Eq 4)

Considerando as conservaccedilotildees de energia e do momentum na colisatildeo elaacutestica obteacutem-

se a relaccedilatildeo entre o fator cinemaacutetico (K) a massa atocircmica da partiacutecula incidente (M1) a massa

atocircmica do aacutetomo alvo (M2) e o acircngulo de espalhamento (θ) (Eq 5)

119870 = [1198721 119888119900119904120579+ (1198722

2minus 11987212 1199041198901198992120579)

12

1198721+ 1198722]

2

(Eq 5)

Os valores de M1 θ e E0 satildeo preacute-fixados conhecendo E determina-se K e por

conseguinte determina-se M2

A Figura 12 apresenta um esquema do espectro de RBS de um filme fino de

composiccedilatildeo geneacuterica AB onde a massa de A eacute maior do que a massa de B depositado em um

substrato C ainda mais leve

Figura 12 Esquema de um espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford de

um filme fino AB sobre um substrato C ainda mais leve [27]

A resoluccedilatildeo em massa da teacutecnica eacute a diferenccedila miacutenima de massa entre dois aacutetomos-

alvo para que sinais resolvidos possam ser observados no espectro A discriminaccedilatildeo em massa

eacute maacutexima para θ = 180deg razatildeo pela qual satildeo utilizados acircngulos elevados experimentalmente

Pode-se melhorar a resoluccedilatildeo em massa na RBS aumentando a energia e a massa dos aacutetomos

incidentes e melhorando a resoluccedilatildeo do sistema de detecccedilatildeo com o cuidado para natildeo degradar

os detectores [25]

Outra grandeza importante em RBS eacute a seccedilatildeo de choque de espalhamento (σ) que eacute

uma medida da probabilidade de ocorrer o espalhamento e que atribui o caraacuteter quantitativo agrave

teacutecnica [25] Considerando um nuacutemero de partiacuteculas espalhadas (H) sobre um detector tem-se

a Equaccedilatildeo 6

119867 = 119876119873119905 ⟨119889120590

119889120570⟩Ω (Eq 6)

Onde

Q = nuacutemero de partiacuteculas que atinge a amostra

N = densidade volumeacutetrica dos aacutetomos alvo

t = espessura do alvo

⟨119889120590

119889120570⟩ = seccedilatildeo de choque meacutedia de espalhamento

Ω = acircngulo soacutelido do detector em relaccedilatildeo ao feixe

Para acircngulos pequenos tem-se ⟨119889120590

119889120570⟩ = (

119889120590

119889120570)120579

= σ (Eq 7)

Logo 119867 = 119876119873119905120590120570 (Eq 8)

Na Equaccedilatildeo 8 conhecendo o nuacutemero de partiacuteculas que atinge o alvo Q e o detector

H pode-se determinar o numero de aacutetomos por unidade de aacuterea da amostra (Nt) desde que se

conheccedila o acircngulo soacutelido de detecccedilatildeo Ω e a seccedilatildeo de choque de espalhamento (σ) Para uma

colisatildeo elaacutestica entre dois aacutetomos com nuacutemeros atocircmicos Z1 e Z2 (do aacutetomo incidente e do

aacutetomo alvo respectivamente) em que a forccedila de interaccedilatildeo eacute a repulsatildeo eletrostaacutetica dos

nuacutecleos a seccedilatildeo de choque de espalhamento diferencial (por unidade de acircngulo soacutelido) eacute dada

pela Foacutermula de Rutherford (Equaccedilatildeo 9)

119889120590

119889120570= (

119885111988521198902

4119864)2

4

1199041198901198994120579

[1minus ((

11987211198722) 119904119890119899120579)

2

]

12

+cos120579

[1minus ((11987211198722)119904119890119899 120579)

2

]

12

2

(Eq 9)

Em siacutentese a razatildeo entre as concentraccedilotildees relativas dos elementos A e B na

superfiacutecie de uma amostra 119873119860119860119861(119909)

119873119861119860119861(119909)

pode ser calculada com o auxiacutelio de um programa

computacional ou atraveacutes da medida de altura dos degraus obtidos no espectro sendo

calculadas com as Equaccedilotildees 10 e 11

(119889120590

119889120570)119861

(119889120590

119889120570)119860

= Ji (Eq 10)

119873119860119860119861(119909)

119873119861119860119861(119909)

= 119867119860119860119861

119867119861119860119861 119869119894 (Eq 11)

37 Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford - Instrumentaccedilatildeo

Na Figura 13 pode ser observado um esquema com os principais componentes da

instrumentaccedilatildeo utilizada em anaacutelises por RBS que seratildeo descritos em seguida de acordo com

o equipamento utilizado para a realizaccedilatildeo deste trabalho e com informaccedilotildees obtidas na

referecircncia [25]

Figura 13 Esquema dos componentes presentes na instrumentaccedilatildeo utilizada em anaacutelises por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford Fonte Adaptado de [25]

O Laboratoacuterio de Implantaccedilatildeo Iocircnica da Universidade Federal do Rio Grande do Sul

possui um acelerador Tandetron equipado com fontes de iacuteons dos tipos sputtering e de

plasma com tecnologia ldquotandemrdquo com 3MV de tensatildeo maacutexima no terminal e cinco estaccedilotildees

experimentais de linhas distintas incluindo a de RBS

Fonte de iacuteons

Fonte de Plasma um gaacutes ou um vapor eacute ionizado por meio de campos

eletromagneacuteticos na faixa de radiofrequecircncia ou ao ser atravessado por corrente eleacutetrica

Fonte de ldquoSputteringrdquo os iacuteons satildeo produzidos por transferecircncia de momentum

quando da colisatildeo de um feixe primaacuterio (geralmente Cs+) com um alvo soacutelido

Aceleradores ldquotandemrdquo

Neste tipo de acelerador iacuteons positivos deixam a fonte passam por uma troca de

carga (com vapor de Liacutetio ou outro elemento eletropositivo) e satildeo conduzidos com carga

negativa ao tubo acelerador onde satildeo atraiacutedos por um terminal positivo No caso dos iacuteons

produzidos serem originalmente negativos a troca de carga eacute suprimida Junto ao terminal

positivo passam por uma seccedilatildeo contendo um gaacutes ou vapor (N2 no presente caso) ou por uma

folha muito fina de carbono para que os iacuteons emergentes tenham perdido os eleacutetrons Com

carga positiva satildeo novamente acelerados agora por repulsatildeo do terminal Diferenccedilas de

potencial da ordem de vaacuterios milhotildees de volts satildeo obtidas utilizando circuitos multiplicadores

de voltagem que multiplicam e retificam a tensatildeo produzida por um transformador Seguindo

o tubo acelerador geralmente encontra-se um segundo eletroiacutematilde que permite direcionar o

feixe de iacuteons para uma das estaccedilotildees experimentais de acordo com as espeacutecies a serem

detectadas (no presente caso partiacuteculas retroespalhadas)

Detectores de estado soacutelido com junccedilotildees p-n obtidas por implantaccedilatildeo iocircnica

A junccedilatildeo p-n sob polarizaccedilatildeo reversa permite a coleta de cargas geradas na

produccedilatildeo de pares eleacutetron-lacuna Esse fenocircmeno ocorre quando um iacuteon atravessa um

semicondutor excitando eleacutetrons da banda de valecircncia para a banda de conduccedilatildeo que entatildeo

satildeo coletados no acircnodo Dessa forma o nuacutemero de eleacutetrons coletados no acircnodo eacute proporcional

ao nuacutemero de pares de eleacutetron-lacuna produzidos o qual eacute proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo

incidente desde que o iacuteon seja totalmente freado dentro do volume ativo do detector

Analisador multicanal (MCA) no modo de anaacutelise de intensidade de pulso

O MCA consta de uma sequecircncia de registradores onde cada pulso de entrada uma

vez digitalizado por um conversor analoacutegico-digital (ADC) eacute analisado com relaccedilatildeo a sua

amplitude (modo PHA) sob o controle de um discriminador Na sequecircncia o canal de

memoacuteria correspondente tem seu conteuacutedo incrementado em uma unidade Com isso

acumulam-se em um canal especiacutefico todos os pulsos de entrada de um pequeno intervalo de

amplitudes ou energias dos iacuteons incidentes Ao final com a soma dos pulsos recebidos em

cada canal obteacutem-se um histograma do nuacutemero de pulsos em funccedilatildeo de suas amplitudes ou

energias dos iacuteons incidentes

40 METODOLOGIA

41 Amostragem

Amostras de cabelo de 16 pessoas foram coletadas Os doadores foram entrevistados

seguindo o questionaacuterio disponiacutevel no ANEXO I e selecionados de acordo com os seguintes

criteacuterios possuiacuterem cabelos virgens (cabelos sem nenhum tipo de tratamento quiacutemico como

coloraccedilotildees tinturas alisantes entre outros) estarem saudaacuteveis serem natildeo fumantes e viverem

na Regiatildeo Metropolitana do Rio de Janeiro As amostras foram divididas em dois grupos de

oito o primeiro de pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo subterracircneo e o segundo com pessoas

que ingerem a aacutegua tratada e distribuiacuteda pela CEDAE

Foram analisadas amostras de cabelo de duas pessoas que consumiam a aacutegua do

mesmo poccedilo isto eacute duas amostras de cada residecircncia totalizando 4 poccedilos diferentes (a b c

d) na localidade Chaacutecaras Arcampo em Duque de Caxias ndash RJ (Figura 14)

Figura 14 Mapa com os pontos de coleta de amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua

de poccedilo em destaque a localizaccedilatildeo das residecircncias com os poccedilos

Fonte Google Earth Acesso em 30072015

As amostras foram coletadas na regiatildeo occipital da cabeccedila (nuca) como visto na

Figura 15 com o auxiacutelio de uma tesoura de accedilo inoxidaacutevel devidamente limpa com etanol

Essa regiatildeo eacute definida como padratildeo por ser menos suscetiacutevel a contaminaccedilatildeo exoacutegena e

tambeacutem por sempre existir cabelo em indiviacuteduos semicalvos [14] Em seguida as amostras

foram catalogadas e armazenadas em sacos plaacutesticos [5] Informaccedilotildees adicionais sobre o sexo

e a idade dos doadores e o tipo e cor das amostras de cabelo coletadas disponiacuteveis no ANEXO

II

Figura 15 Coleta de amostra de cabelo na regiatildeo occipital da cabeccedila

42 Lavagem das Amostras de Cabelo

Todas as amostras foram submetidas a uma sequecircncia de etapas de lavagem de 10

minutos cada utilizando acetona e aacutegua deionizada (Figura 16) Em seguida foram colocadas

para secar agrave temperatura ambiente de acordo com o procedimento recomendado pela Agecircncia

Internacional de Energia Atocircmica (IAEA) [5]

Figura 16 Lavagem das amostras de cabelo

As amostras analisadas por XRF foram colocadas diretamente no suporte do

equipamento Os fios foram colocados de maneira a se obter a superfiacutecie do porta-amostra

totalmente coberta pelo cabelo a qual em seguida foi coberta por um filme (Ultralenereg 4

microm de espessura) (Figura 17) Para a anaacutelise com o RBS o cabelo foi aderido ao suporte do

porta-amostra com o auxiacutelio de uma fita dupla face de carbono puro (Figura 18)

Figura 17 Amostra de cabelo em porta-amostra do equipamento de Fluorescecircncia de

Raios X

Figura 18 Amostra de cabelo no porta-amostra do equipamento de Espectrometria de

Retroespalhamento Rutherford

43 Paracircmetros Instrumentais

Anaacutelises semiquantitativas de XRF dos elementos presentes no cabelo foram

realizadas no Laboratoacuterio de Impacto de Foacutetons e Eleacutetrons (LIFE) na Universidade Federal do

Rio de Janeiro (UFRJ) Utilizou-se o Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios-X S8 TIGER

ndash BRUKER (Figura 19) na faixa de energia de 05 a 56 keV acircnodo de Rh trabalhando com 1

kW de potecircncia com uma janela de Be de 76 microm atraveacutes do software Quant-Express no

meacutetodo Best Detection O tempo de aquisiccedilatildeo para cada amostra foi de aproximadamente 20

minutos

Os dados por RBS foram realizados no Laboratoacuterio de Implantaccedilatildeo Iocircnica na

Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) Utilizou-se um acelerador de iacuteons

Tandetron - HVEE 3 MV (Figura 20) usando 2000 keV de iacuteons He+ incidentes e detecccedilatildeo de

partiacuteculas retroespalhadas a 165deg

Figura 19 Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X - S8 TIGER - BRUKER

Figura 20 Acelerador de iacuteons Tandetron - HVEE 3 MV onde foi feita a anaacutelise por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford

50 RESULTADOS E DISCUSSOtildeES

51 Anaacutelise por XRF

O espectro completo de XRF da amostra 2 referente ao cabelo de uma pessoa que

ingere aacutegua de poccedilo eacute mostrado na Figura 21 conforme obtido diretamente do equipamento

Eacute possiacutevel identificar as linhas de excitaccedilatildeo do Rh e as linhas de espalhamento Compton e

Rayleigh Os espectros ampliados somente na regiatildeo de interesse com as linhas de

fluorescecircncia Kα e Kβ atribuiacutedas agrave maioria dos elementos (exceto para o chumbo em que se

detectam as linhas Lα e Lβ) e sem as linhas de Rh de todas as amostras analisadas encontram-

se nos ANEXOS III e IV Os elementos analisados e a energia de suas linhas de emissatildeo de

fluorescecircncia Kα e Kβ satildeo apresentados na Tabela 4

Figura 21 Espectro de Fluorescecircncia de Raios X completo da amostra 2

Tabela 4 Energia em keV das principais linhas de emissatildeo de raios x dos elementos

analisados Adaptado de [26]

Os elementos observados e as concentraccedilotildees semiquantitativas das amostras de

cabelo das pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo e das amostras de cabelo das pessoas que

ingerem aacutegua distribuiacuteda pela CEDAE satildeo apresentados respectivamente nas Tabelas 5 e 6

Kα Kβ

Al 1487 1557

Si 1740 1836

P 2014 2139

S 2308 2464

Cl 2622 2816

Ca 3692 4013

Mn 5899 6490

Fe 6404 7058

Cu 8048 8905

Zn 8639 9572

Pb (Linhas Lα e Lβ) 10552 12614

Elementos

Analisados

Energia (keV) das Linhas de

Emissatildeo de Raios X

Tabela 5 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (1 a 8) que

ingerem aacutegua de poccedilo As concentraccedilotildees dos elementos foram normalizadas de modo que a

soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da matriz orgacircnica em conjunto

seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo ldquoa b c drdquo correlacionam a amostra

de cabelo com o poccedilo do qual o indiviacuteduo ingere aacutegua

1 2 3 4 5 6 7 8

Al 002 003 003 34 ppm natildeo det 006 natildeo det 001

Si 001 54 ppm 006 46 ppm 005 002 002 54 ppm

P 003 003 54 ppm 002 001 46 ppm natildeo det 004

S 117 071 115 118 166 135 151 098

Cl 003 65 ppm 002 002 natildeo det 003 natildeo det 61 ppm

Ca 003 003 80 ppm 002 004 002 008 008

Mn 73 ppm 78 ppm 58 ppm 10 ppm natildeo det 91 ppm natildeo det 54 ppm

Fe 001 001 92 ppm 29 ppm 38 ppm 001 27 ppm 83 ppm

Cu 44 ppm 41 ppm 46 ppm 31 ppm natildeo det 44 ppm 37 ppm 36 ppm

Zn 77 ppm 002 91 ppm 82 ppm 41 ppm 92 ppm 40 ppm 98 ppm

Pb 10 ppm 9 ppm 12 ppm 10 ppm natildeo det 10 ppm natildeo det 9 ppm

a b c d

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Elementos

Tabela 6 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (9 a 16)

que ingerem aacutegua tratada e distribuiacuteda pela CEDAE As concentraccedilotildees dos elementos foram

normalizadas de modo que a soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da

matriz orgacircnica em conjunto seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo

9 10 11 12 13 14 15 16

Al 001 36 ppm natildeo det 002 61 ppm 90 ppm 002 natildeo det

Si natildeo det 35 ppm natildeo det 40 ppm 79 ppm 60 ppm natildeo det natildeo det

P 003 34 ppm 003 002 natildeo det 46 ppm natildeo det 41 ppm

S 111 106 116 152 136 145 155 128

Cl 52 ppm 001 002 003 004 005 014 009

Ca 006 004 002 002 001 001 001 001

Mn 51 ppm 9 ppm 32 ppm natildeo det 24 ppm 57 ppm natildeo det 30 ppm

Fe 82 ppm 30 ppm 57 ppm 56 ppm 59 ppm 90 ppm 52 ppm 54 ppm

Cu 31 ppm 51 ppm 28 ppm 27 ppm 31 ppm 44 ppm 14 ppm 29 ppm

Zn 001 001 92 ppm 86 ppm 001 001 42 ppm 001

Pb natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det

Elementos

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

Na anaacutelise semiquantitativa por XRF pode-se verificar a presenccedila de elevadas

concentraccedilotildees de enxofre o que jaacute era esperado visto que este elemento faz parte da estrutura

da cisteiacutena o aminoaacutecido em maior quantidade na composiccedilatildeo do cabelo

Os elementos Ca Zn e Fe foram detectados em todas as amostras dos dois grupos O

Ca aparece na maior parte das amostras em concentraccedilotildees da ordem de enquanto que o Zn

e o Fe da ordem de ppm Os elementos Al P Mn Cl Si e Cu aparecem na maioria das

amostras em ambos os grupos No entanto o Pb foi observado em concentraccedilotildees da ordem de

ppm somente em amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo

Para as amostras 5 7 e 15 utilizou-se um porta amostra com maacutescara de 8 mm de

diacircmetro ao inveacutes da maacutescara de 34 mm utilizada para as outras amostras devido a pouca

quantidade de cabelo coletado Agrave vantagem de poder utilizar menos amostra com a maacutescara

de 8 mm contrapotildee-se um aumento do ruiacutedo de fundo e a consequente perda da sensibilidade

na anaacutelise Tal fato pode provavelmente justificar a quantidade menor de elementos

observados nessas amostras em comparaccedilatildeo com as demais incluindo a ausecircncia do elemento

chumbo nas amostras 5 e 7 jaacute que o mesmo aparece nas amostras 6 e 8 das pessoas que

bebem a mesma aacutegua dos poccedilos c e d respectivamente

52 Anaacutelise por RBS

Apresenta-se na Figura 22 o espectro de RBS da amostra 2 adquirido durante 8

horas de anaacutelise e apoacutes tratamento dos dados atraveacutes do programa computacional OriginPro 8

Duas ampliaccedilotildees (I e II) nas regiotildees de mais alta energia satildeo apresentadas nas Figuras 23 e

24 Observou-se a presenccedila dos elementos C N O Si S Cl Ti Cu Zn e Pb

As energias dos iacuteons He+ retroespalhados a partir da interaccedilatildeo com os nuacutecleos de Pb

e Hg satildeo muito proacuteximas tornando difiacutecil a resoluccedilatildeo dos sinais No entanto o Hg natildeo foi

observado em nenhuma das amostras por XRF enquanto o Pb pode ser detectado claramente

Conclui-se portanto que o degrau no espectro eacute correspondente ao Pb

Utilizando-se o caacutelculo da seccedilatildeo de choque de espalhamento Rutherford foi possiacutevel

obter uma anaacutelise quantitativa relativa da amostra 2 Para isso foi escolhido o enxofre como

elemento padratildeo devido ao fato do S estar presente em todas as amostras de cabelo e ser

facilmente detectaacutevel por ambas as teacutecnicas Para cada aacutetomo de S na amostra de cabelo as

seguintes proporccedilotildees atocircmicas foram obtidas 115 x 102 C 274 x 10

1 N 157 x 10

1 O 479 x

10-1

Si 641 x 10-1

Cl 454 x 10-2

Ti 162 x 10-2

Cu 265 x 10-2

Zn e 504 x 10-4

Pb

Figura 22 Espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da amostra 2

(grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 23 Ampliaccedilatildeo I do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 24 Ampliaccedilatildeo II do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

60 CONCLUSOtildeES

As teacutecnicas de XRF e RBS mostraram-se eficientes e complementares na

determinaccedilatildeo de vaacuterios elementos presentes em amostras de cabelo humano Atraveacutes das duas

teacutecnicas foi possiacutevel detectar de forma semiquantitativa a presenccedila de elementos desde o Al

ateacute o Pb Por RBS tambeacutem foram detectados elementos mais leves como C N e O A

utilizaccedilatildeo conjunta das duas teacutecnicas permitiu a identificaccedilatildeo inequiacutevoca de Pb no espectro de

RBS

Eacute evidente que as concentraccedilotildees dos elementos nas amostras de cabelo dependem de

diversos fatores tais como o tipo de alimentaccedilatildeo idade sexo ambiente em que o indiviacuteduo

vive e podem ser provenientes de meios exoacutegenos e endoacutegenos Entretanto considerando o

natildeo aparecimento do Pb em nenhuma das amostras de cabelo das pessoas que ingerem aacutegua

distribuiacuteda pela CEDAE aleacutem das anaacutelises preacutevias da aacutegua dos poccedilos da aacuterea em estudo eacute

possiacutevel afirmar que existe uma elevada possibilidade da aacutegua de poccedilo estaacute atuando como

uma fonte de contaminaccedilatildeo de Pb para as pessoas Como o Pb eacute um elemento toacutexico com

propriedade de bioacumulaccedilatildeo sua presenccedila pode gerar danos irreversiacuteveis aos organismos

vivos

70 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS

Como sugestotildees deste estudo podemos indicar

Realizar uma anaacutelise quantitativa de um nuacutemero mais amplo de amostras

Efetuar uma comparaccedilatildeo com materiais de referecircncia certificados a fim de

determinar com um grau de confiabilidade mais elevado se as quantidades de

chumbo detectadas nas amostras de cabelo estatildeo acima do intervalo de valores

considerados aceitaacuteveis

80 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

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paraiba-do-sul-paraibuna-chega-ao-volume-morto-pela-primeira-vez-gt Acesso em 30 de

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caracterizaccedilatildeo de materiais Universidade Estadual de Campinas ndash UNICAMP Campinas

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ndash USP Satildeo Paulo 1999

[23] PERDONAacute C R Introduccedilatildeo a espectrometria de Fluorescecircncia de Raios-X Manual

Teacutecnico ndash BRUKER 2014

[24] O espectrocircmetro de fluorescecircncia de raios-x Thermo ARL 9900 PUC-Rio ndash

Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em lthttpwwwmaxwellvracpuc-

riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 08 de agosto de 2015

[25] KRUG C Superfiacutecies porosas recobertas com metalocenos anaacutelise multivariada

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de Fiacutesica Universidade Federal do Rio Grande do Sul ndash UFRGS Porto Alegre 2000

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Universidade de Satildeo Paulo Disponiacutevel em ltwww2ifuspbr~lamfipixeamprbspdfgt Acesso

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Catarina Florianoacutepolis 2013

[28] ATTWOOD D T HENKE B L et al X-Ray Data Booklet Lawrence Berkeley

Laboratory University of California Berkeley California 1986

ANEXO I

MODELO DO QUESTIONAacuteRIO PREENCHIDO ANTES DA COLETA DAS AMOSTRAS

DE CABELO

Coacutedigo da amostra

Nome

Idade (anos)

Endereccedilo

Fuma Sim ( ) Natildeo ( )

Ingere aacutegua de que tipo (poccedilo CEDAE) Poccedilo ( ) CEDAE ( )

Fez algum tipo de tratamento quiacutemico no cabelo

(coloraccedilatildeo alisamento etc)Sim ( ) Natildeo ( )

Qual Quando foi a uacuteltima vez

Esteve bem de sauacutede nos uacuteltimos 6 meses Sim ( ) Natildeo ( )

Data da coleta

Responsaacutevel pela coleta

COLETA DE AMOSTRA DE CABELO

ANEXO II

INFORMACcedilOtildeES ADICIONAIS SOBRE OS DOADORES E AS AMOSTRAS DE

CABELO COLETADAS

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

1 Feminino 62 Cacheado Castanho Escuro

2 Feminino 27 Cacheado Castanho Escuro

3 Feminino 17 Liso Castanho Escuro

4 Feminino 10 Cacheado Castanho Escuro

5 Feminino 58 Liso Castanho Escuro

6 Feminino 7 Cacheado Castanho Escuro

7 Masculino 17 Liso Castanho Claro

8 Feminino 39 Liso Castanho Escuro

Pessoas que Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

9 Feminino 41 Cacheado Castanho Escuro

10 Feminino 17 Ondulado Castanho Claro

11 Masculino 1 Cacheado Castanho Escuro

12 Feminino 11 Liso Castanho Escuro

13 Masculino 21 Liso Castanho Escuro

14 Masculino 42 Cacheado Preto

15 Masculino 6 Liso Preto

16 Masculino 14 Liso Preto

Pessoas que Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

ANEXO III

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DE POCcedilO (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 1

Amostra 2

Amostra 3

Amostra 4

Amostra 5

Amostra 6

Amostra 7

Amostra 8

ANEXO IV

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DISTRIBUIacuteDA PELA CEDAE (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 9

Amostra 10

Amostra 11

Amostra 12

Amostra 13

Amostra 14

Amostra 15

Amostra 16

Page 27: Dissertação Priscilla Velasco da Paixão

Figura 6 Poccedilo subterracircneo em Duque de Caxias

34 Fluorescecircncia de Raios X - Teoria

A Espectroscopia de Fluorescecircncia de Raios X eacute uma teacutecnica natildeo destrutiva que

permite a identificaccedilatildeo simultacircnea (qualitativa e quantitativa) de elementos presentes em uma

amostra A teacutecnica baseia-se no fato dos elementos quiacutemicos emitirem radiaccedilotildees

caracteriacutesticas quando submetidos a uma excitaccedilatildeo adequada [20-23]

As amostras satildeo irradiadas com foacutetons (feixe de raios x) gerados por uma fonte Esse

feixe de raios x primaacuterio possui energia suficiente para ejetar eleacutetrons de camadas internas do

aacutetomo (camadas com maior energia de ligaccedilatildeo) transferindo energia para este eleacutetron que eacute

ejetado como fotoeleacutetron O aacutetomo fica instaacutevel (excitado) com uma vacacircncia na camada

interna Com o intuito de diminuir a energia do sistema eleacutetrons de outras camadas

preenchem essa lacuna A diferenccedila de energia entre os niacuteveis da transiccedilatildeo eletrocircnica eacute

liberada atraveacutes da emissatildeo de um foacuteton de raios x (fluorescecircncia ou raio x secundaacuterio) que

tem energia caracteriacutestica para cada elemento como ilustrado na Figura 7 A energia do raio x

caracteriacutestico eacute fornecida pela Equaccedilatildeo 1 [20-23]

Ex = Eni - Enf (Eq1)

Onde

Ex = energia do raio x caracteriacutestico emitido

Eni Enf = energia dos estados eletrocircnicos inicial e final respectivamente

Figura 7 Esquema do princiacutepio da Fluorescecircncia de Raios X

Fonteltwwwshimadzucombrgt Acesso em 30072015

A radiaccedilatildeo caracteriacutestica eacute nomeada de acordo com o niacutevel de onde se apresenta a

vacacircncia (K L M) e de qual niacutevel (α β) e subniacutevel (1 2) proveacutem o eleacutetron que iraacute

ocupar essa lacuna Por exemplo a vacacircncia originada na camada K pode ser preenchida por

eleacutetrons de dois subniacuteveis da camada L o que origina as linhas espectrais Kα1 e Kα2 Se a

vacacircncia da camada K fosse ocupada por um eleacutetron da M teria-se o Kβ e assim por diante

[23]

Com isso os elementos em uma amostra podem ser identificados atraveacutes da medida

do comprimento de onda (ou energia) dessas radiaccedilotildees caracteriacutesticas e as concentraccedilotildees

mensuradas pela intensidade dessas radiaccedilotildees [2123]

Quando um feixe de raios x incide sobre um determinado material diversas formas

de interaccedilatildeo entre a radiaccedilatildeo e a mateacuteria podem ocorrer tais como o Efeito Auger e os

espalhamentos Rayleigh e Compton [20-23]

O processo de relaxaccedilatildeo natildeo-radiativa ou Efeito Auger ocorre quando o aacutetomo

excitado emite um eleacutetron (eleacutetron Auger) ao inveacutes do processo de fluorescecircncia (Figura 8)

Esses dois processos de relaxaccedilatildeo do sistema satildeo concorrentes e a predominacircncia de um ou de

outro depende do numero atocircmico O Efeito Auger prevalece em elementos com baixo

nuacutemero atocircmico (Zlt20) [21]

Figura 8 Efeito Auger [20]

O fenocircmeno de espalhamento de raios x eacute importante em espectroscopia pois eacute

responsaacutevel pela intensidade da radiaccedilatildeo de fundo (background) presente em uma

determinada medida Ele eacute a soma dos efeitos de dois fenocircmenos o espalhamento coerente

elaacutestico ou Rayleigh no qual os raios x primaacuterios satildeo defletidos sem perda de energia isto eacute

sem alteraccedilatildeo no comprimento de onda (λ) e o espalhamento incoerente inelaacutestico ou

Compton no qual foacutetons de raios x primaacuterio satildeo defletidos com perda de energia e com

ejeccedilatildeo de um fotoeleacutetron (Figura 9) [21]

Figura 9 Espalhamento Compton e Rayleigh [21]

35 Fluorescecircncia de Raios X - Instrumentaccedilatildeo

Na Figura 10 pode ser observado um esquema com os principais componentes do

espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X por Dispersatildeo de Comprimento de Onda

(WDXRF - Wavelength Dispersive X-ray Fluorescence) utilizado neste trabalho Suas

funccedilotildees seratildeo descritas em seguida [23]

Figura 10 Instrumentaccedilatildeo do Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X por Dispersatildeo de

Comprimento de Onda - S8 TIGER - BRUKER [23]

Tubo de Raios X

A radiaccedilatildeo incidente eacute produzida em um tubo de raios x consistindo em uma ampola

de vidro ou de metal sob alto vaacutecuo com um filamento de tungstecircnio em uma extremidade

denominado caacutetodo e um alvo de metal na outra extremidade denominado acircnodo

O filamento eacute aquecido por uma corrente eleacutetrica e emite eleacutetrons (emissatildeo

termiocircnica) Os eleacutetrons satildeo acelerados rumo a um acircnodo (alvo) empregando-se uma

diferenccedila de potencial (10-70 kV) Raios x primaacuterios satildeo produzidos quando esses eleacutetrons

com alta velocidade colidem com o material alvo Com o impacto a maior parte da energia

cineacutetica dos eleacutetrons eacute convertida em calor exigindo que o acircnodo seja resfriado de forma

eficiente Apenas uma pequena parte (02-05 dependendo do tipo do alvo) da energia

eletrocircnica eacute convertida em raios x uacuteteis

Essa radiaccedilatildeo consiste em um Contiacutenuo ou Bremsstrahlung e linhas de raios x

caracteriacutesticas do material alvo (aleacutem de linhas caracteriacutesticas de quaisquer contaminantes

presentes) Assim o espectro primaacuterio de um tubo de raios x convencional consiste em linhas

caracteriacutesticas do material do acircnodo (por exemplo Rh) superpostas a um contiacutenuo de

radiaccedilatildeo

Os tubos de raios x satildeo geralmente isolados atraveacutes de uma janela de beriacutelio pois

esse elemento apresenta baixa absorccedilatildeo de raios x e alta resistecircncia mecacircnica para suportar as

diferenccedilas de pressatildeo

Filtros do Feixe Primaacuterio

O espectro primaacuterio pode natildeo conter apenas as linhas do elemento-alvo mas tambeacutem

as linhas de impurezas como Fe Cr ou Cu presentes em vaacuterias partes do tubo Desta forma o

niacutevel de fundo (background) na posiccedilatildeo desses elementos no espectro pode ser elevado

Filtros de feixe primaacuterio satildeo utilizados para filtrar as linhas caracteriacutesticas do tubo se

o mesmo elemento estiver presente na amostra ou se houver sobreposiccedilatildeo por uma linha do

tubo em linhas de elementos da amostra No equipamento em que foram feitas as anaacutelises satildeo

utilizados (automaticamente) os filtros de Cu de 200 microm de espessura e o de Al de 500 microm de

espessura

Maacutescara

Delimita a aacuterea da amostra que seraacute irradiada

Selo de vaacutecuo (Vacuum seal )

Protege o sistema de detecccedilatildeo dos foacutetons de raios x de qualquer vazamento de

amostra

Goniocircmetro

Em equipamentos de dispersatildeo sequencial empregam-se uma ldquogeometria do feixe

paralelordquo ou uma ldquogeometria de cristal planardquo permitindo que os acircngulos do cristal e do

detector sejam selecionados por um aparelho chamado goniocircmetro

O goniocircmetro eacute uma estrutura de rotaccedilatildeo que permite que o cristal e o detector

possuam um movimento angular acoplado θ a 2θ entre eles

Colimador

Colima o feixe divergente de raios x emitido pela amostra Satildeo normalmente feitos

de uma seacuterie de lacircminas paralelas O comprimento e o espaccedilamento entre as lacircminas

determinam a divergecircncia angular admitida pelo colimador Essa divergecircncia angular

juntamente com o cristal determina a resoluccedilatildeo final do espectro

Pode-se melhorar a resoluccedilatildeo fechando o colimador para minimizar a divergecircncia

Poreacutem com isso a intensidade tambeacutem diminui Assim torna-se necessaacuterio um equiliacutebrio

entre a resoluccedilatildeo final (necessaacuteria para evitar sobreposiccedilotildees espectrais importantes) e a

sensibilidade (relacionada com a intensidade)

Cristal

Separa os vaacuterios comprimentos de onda emitidos pela amostra A lei de Bragg

(equaccedilatildeo 2) propotildee que se um plano cristalino tiver um espaccedilamento interplanar (d) refletindo

um comprimento de raios x (λ) essa onda difere em caminho percorrido por uma distacircncia

(2dsenθ) da onda refletida pelo plano adjacente Quando esse caminho percorrido difere por

um nuacutemero inteiro de comprimento de onda tem-se uma interferecircncia construtiva e os raios x

refletidos satildeo reforccedilados Caso contraacuterio tem-se uma interferecircncia destrutiva e os raios x

refletidos se anulam A equaccedilatildeo de Bragg (2)

119899120582 = 2119889119904119890119899120579 (Eq 2)

Onde

n = nuacutemero inteiro (1 2 3) chamado Ordem de Difraccedilatildeo

d = espaccedilamento interplanos no cristal utilizado

θ = acircngulo de Bragg ou acircngulo de difraccedilatildeo

λ = comprimento de onda da linha espectral

Dessa forma para um dado plano cristalino e uma dada ordem de difraccedilatildeo cada

comprimento de onda no espectro de XRF incidente eacute difratado em um uacutenico acircngulo O

comprimento de onda maacuteximo que o proacuteprio plano cristalino pode difratar eacute 2d (quando senθ

assume o valor maacuteximo de 1) Portanto eacute necessaacuterio um cristal ou um plano cristalino com

diferentes valores de 2d para cobrir diferentes intervalos de comprimento de onda em toda a

tabela perioacutedica No espectrocircmetro utilizado neste trabalho foram usados os seguintes cristais

XS-55 (multicamada de WSi) do C ateacute o Mg PET (Pentaeritriato) do Al ateacute o Ti e LiF 200

do K ateacute o U

Detector

Converte os foacutetons de raios x em pulsos de tensatildeo mensuraacuteveis Satildeo utilizados dois

detectores para cobrir todos os elementos do Be ao U Detector de fluxo proporcional

(preenchido com Ar) para elementos do Be ao Cr e o detector de cintilaccedilatildeo de NaI(Tl) para

elementos do Mn ao U

Detectores de fluxo proporcional

Satildeo detectores de radiaccedilatildeo que operam a partir da ionizaccedilatildeo de gases Satildeo

constituiacutedos por um conjunto de eletrodos e um gaacutes Quando o gaacutes eacute colocado entre dois

eletrodos aos quais eacute aplicada certa diferenccedila de potencial os caacutetions e eleacutetrons produzidos

pela passagem de radiaccedilatildeo seratildeo atraiacutedos pelos eletrodos de carga oposta e por eles seratildeo

coletados Na regiatildeo de verdadeira proporcionalidade (Equaccedilatildeo 3) a razatildeo entre a carga

coletada pelos eletrodos e a carga gerada pela ionizaccedilatildeo primaacuteria manteacutem-se constante para as

diferenccedilas de potencial (∆V) aplicadas e com um capacitor de capacitacircncia (C)

Quando a radiaccedilatildeo atravessa esse tipo de detector e produz pares iocircnicos (formados

por eleacutetrons e caacutetions do gaacutes) esses caacutetions (ionizaccedilatildeo primaacuteria) satildeo acelerados adquirindo

energia suficiente para produzir novos pares iocircnicos (ionizaccedilatildeo secundaacuteria) por colisatildeo com

moleacuteculas inicialmente neutras do gaacutes Assim haacute uma multiplicaccedilatildeo do nuacutemero de pares

original A carga coletada eacute igual agrave carga produzida pela radiaccedilatildeo (Q) multiplicada por um

fator (M) denominado ldquoganhordquo

∆119881 = (119872119876)

119862 (Eq 3)

Portanto o sinal produzido tem altura proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo incidente

Detectores de cintilaccedilatildeo

O cintilador eacute uma substacircncia soacutelida ou liacutequida na qual a energia de radiaccedilatildeo

incidente eacute transferida aos eleacutetrons do material sendo depois emitida na forma de radiaccedilatildeo

eletromagneacutetica de frequecircncia menor (visiacutevel ou ultravioleta)

O detector de cintilaccedilatildeo utilizado eacute constituiacutedo por um cristal de NaI(Tl) (iodeto de

soacutedio ativado com 1 de iodeto de taacutelio) no qual ocorre a emissatildeo de radiaccedilatildeo de frequecircncia

menor aleacutem de um fotomultiplicador onde essa radiaccedilatildeo luminosa eacute transformada em pulso

eleacutetrico e amplificada

O mecanismo de cintilaccedilatildeo nos cristais inorgacircnicos baseia-se na propriedade dos

semicondutores terem banda de valecircncia e banda de conduccedilatildeo Na banda de valecircncia os

eleacutetrons estatildeo essencialmente ligados aos siacutetios do cristal Jaacute na banda de conduccedilatildeo os

eleacutetrons tecircm energia suficiente para migrar atraveacutes do cristal No cristal puro natildeo satildeo

encontrados eleacutetrons na banda proibida

Ao incidir uma radiaccedilatildeo no cristal pode ocorrer excitaccedilatildeo de eleacutetrons ateacute a banda de

conduccedilatildeo deixando lacunas na banda de valecircncia (normalmente preenchida)

No cristal puro a energia necessaacuteria para formar um par eleacutetronlacuna eacute

aproximadamente a mesma liberada quando esse par se recombina Assim os espectros de

absorccedilatildeo e emissatildeo superpotildeem-se ocorrendo autoabsorccedilatildeo da radiaccedilatildeo luminosa produzida

Se o cristal for ativado a emissatildeo pode ocorrer via um siacutetio do ativador para o qual a energia

de transiccedilatildeo eacute menor do que a necessaacuteria para a criaccedilatildeo do par eleacutetronlacuna Desse modo o

espectro emitido eacute deslocado para comprimentos de onda maiores e natildeo causa nova absorccedilatildeo

No tubo fotomultiplicador converte-se a radiaccedilatildeo de baixa intensidade produzida no

cintilador em um sinal eleacutetrico uacutetil agrave detecccedilatildeo e contagem de radiaccedilatildeo

Analisador de altura de pulso (PHA)

A energia do foacuteton incidente de raios x determina o tamanho do pulso de tensatildeo

produzido pelo detector O analisador de altura de pulso faz uso dessa propriedade a fim de

selecionar apenas um intervalo estreito de pulsos de voltagem rejeitando todos os pulsos com

intensidades fora do intervalo escolhido

Ao final utiliza-se o meacutetodo de integraccedilatildeo dos recebidos em um integrador

eletrocircnico Se N representa o nuacutemero de contagens em um tempo de integraccedilatildeo t segundos

entatildeo a taxa de contagem eacute Nt contagens por segundo (cps)

36 Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford - Teoria

A teacutecnica de RBS consiste em incidir partiacuteculas monoenergeacuteticas de um feixe de iacuteons

(geralmente iacuteons He+) de alta energia em um alvo estacionaacuterio Ao colidirem com os aacutetomos

do alvo as partiacuteculas satildeo elasticamente espalhadas no campo eleacutetrico do nuacutecleo do aacutetomo e

chegam a um detector por um acircngulo de retroespalhamento Na Figura 11 apresenta-se um

esquema de espalhamento elaacutestico [25-27]

Figura 11 Espalhamento elaacutestico em acircngulo de retroespalhamento de um iacuteon de massa M1

por um aacutetomo de massa M2 com M2gtM1 [25]

O detector ao receber as partiacuteculas espalhadas produz um pulso ou sinal que eacute entatildeo

processado por um analisador multicanal e classificado conforme a amplitude que

corresponde a uma escala em energia Como resultado as informaccedilotildees sobre a composiccedilatildeo

elementar do aacutetomo alvo satildeo obtidas a partir de um espectro de contagens em funccedilatildeo da

energia das partiacuteculas retroespalhadas detectadas [25]

O fator cinemaacutetico (K) eacute responsaacutevel pela anaacutelise elementar qualitativa Essa

grandeza depende da razatildeo entre as energias das partiacuteculas incidentes antes (E0) e depois (E)

do espalhamento (Equaccedilatildeo 4)

119870 = 119864

1198640 (Eq 4)

Considerando as conservaccedilotildees de energia e do momentum na colisatildeo elaacutestica obteacutem-

se a relaccedilatildeo entre o fator cinemaacutetico (K) a massa atocircmica da partiacutecula incidente (M1) a massa

atocircmica do aacutetomo alvo (M2) e o acircngulo de espalhamento (θ) (Eq 5)

119870 = [1198721 119888119900119904120579+ (1198722

2minus 11987212 1199041198901198992120579)

12

1198721+ 1198722]

2

(Eq 5)

Os valores de M1 θ e E0 satildeo preacute-fixados conhecendo E determina-se K e por

conseguinte determina-se M2

A Figura 12 apresenta um esquema do espectro de RBS de um filme fino de

composiccedilatildeo geneacuterica AB onde a massa de A eacute maior do que a massa de B depositado em um

substrato C ainda mais leve

Figura 12 Esquema de um espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford de

um filme fino AB sobre um substrato C ainda mais leve [27]

A resoluccedilatildeo em massa da teacutecnica eacute a diferenccedila miacutenima de massa entre dois aacutetomos-

alvo para que sinais resolvidos possam ser observados no espectro A discriminaccedilatildeo em massa

eacute maacutexima para θ = 180deg razatildeo pela qual satildeo utilizados acircngulos elevados experimentalmente

Pode-se melhorar a resoluccedilatildeo em massa na RBS aumentando a energia e a massa dos aacutetomos

incidentes e melhorando a resoluccedilatildeo do sistema de detecccedilatildeo com o cuidado para natildeo degradar

os detectores [25]

Outra grandeza importante em RBS eacute a seccedilatildeo de choque de espalhamento (σ) que eacute

uma medida da probabilidade de ocorrer o espalhamento e que atribui o caraacuteter quantitativo agrave

teacutecnica [25] Considerando um nuacutemero de partiacuteculas espalhadas (H) sobre um detector tem-se

a Equaccedilatildeo 6

119867 = 119876119873119905 ⟨119889120590

119889120570⟩Ω (Eq 6)

Onde

Q = nuacutemero de partiacuteculas que atinge a amostra

N = densidade volumeacutetrica dos aacutetomos alvo

t = espessura do alvo

⟨119889120590

119889120570⟩ = seccedilatildeo de choque meacutedia de espalhamento

Ω = acircngulo soacutelido do detector em relaccedilatildeo ao feixe

Para acircngulos pequenos tem-se ⟨119889120590

119889120570⟩ = (

119889120590

119889120570)120579

= σ (Eq 7)

Logo 119867 = 119876119873119905120590120570 (Eq 8)

Na Equaccedilatildeo 8 conhecendo o nuacutemero de partiacuteculas que atinge o alvo Q e o detector

H pode-se determinar o numero de aacutetomos por unidade de aacuterea da amostra (Nt) desde que se

conheccedila o acircngulo soacutelido de detecccedilatildeo Ω e a seccedilatildeo de choque de espalhamento (σ) Para uma

colisatildeo elaacutestica entre dois aacutetomos com nuacutemeros atocircmicos Z1 e Z2 (do aacutetomo incidente e do

aacutetomo alvo respectivamente) em que a forccedila de interaccedilatildeo eacute a repulsatildeo eletrostaacutetica dos

nuacutecleos a seccedilatildeo de choque de espalhamento diferencial (por unidade de acircngulo soacutelido) eacute dada

pela Foacutermula de Rutherford (Equaccedilatildeo 9)

119889120590

119889120570= (

119885111988521198902

4119864)2

4

1199041198901198994120579

[1minus ((

11987211198722) 119904119890119899120579)

2

]

12

+cos120579

[1minus ((11987211198722)119904119890119899 120579)

2

]

12

2

(Eq 9)

Em siacutentese a razatildeo entre as concentraccedilotildees relativas dos elementos A e B na

superfiacutecie de uma amostra 119873119860119860119861(119909)

119873119861119860119861(119909)

pode ser calculada com o auxiacutelio de um programa

computacional ou atraveacutes da medida de altura dos degraus obtidos no espectro sendo

calculadas com as Equaccedilotildees 10 e 11

(119889120590

119889120570)119861

(119889120590

119889120570)119860

= Ji (Eq 10)

119873119860119860119861(119909)

119873119861119860119861(119909)

= 119867119860119860119861

119867119861119860119861 119869119894 (Eq 11)

37 Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford - Instrumentaccedilatildeo

Na Figura 13 pode ser observado um esquema com os principais componentes da

instrumentaccedilatildeo utilizada em anaacutelises por RBS que seratildeo descritos em seguida de acordo com

o equipamento utilizado para a realizaccedilatildeo deste trabalho e com informaccedilotildees obtidas na

referecircncia [25]

Figura 13 Esquema dos componentes presentes na instrumentaccedilatildeo utilizada em anaacutelises por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford Fonte Adaptado de [25]

O Laboratoacuterio de Implantaccedilatildeo Iocircnica da Universidade Federal do Rio Grande do Sul

possui um acelerador Tandetron equipado com fontes de iacuteons dos tipos sputtering e de

plasma com tecnologia ldquotandemrdquo com 3MV de tensatildeo maacutexima no terminal e cinco estaccedilotildees

experimentais de linhas distintas incluindo a de RBS

Fonte de iacuteons

Fonte de Plasma um gaacutes ou um vapor eacute ionizado por meio de campos

eletromagneacuteticos na faixa de radiofrequecircncia ou ao ser atravessado por corrente eleacutetrica

Fonte de ldquoSputteringrdquo os iacuteons satildeo produzidos por transferecircncia de momentum

quando da colisatildeo de um feixe primaacuterio (geralmente Cs+) com um alvo soacutelido

Aceleradores ldquotandemrdquo

Neste tipo de acelerador iacuteons positivos deixam a fonte passam por uma troca de

carga (com vapor de Liacutetio ou outro elemento eletropositivo) e satildeo conduzidos com carga

negativa ao tubo acelerador onde satildeo atraiacutedos por um terminal positivo No caso dos iacuteons

produzidos serem originalmente negativos a troca de carga eacute suprimida Junto ao terminal

positivo passam por uma seccedilatildeo contendo um gaacutes ou vapor (N2 no presente caso) ou por uma

folha muito fina de carbono para que os iacuteons emergentes tenham perdido os eleacutetrons Com

carga positiva satildeo novamente acelerados agora por repulsatildeo do terminal Diferenccedilas de

potencial da ordem de vaacuterios milhotildees de volts satildeo obtidas utilizando circuitos multiplicadores

de voltagem que multiplicam e retificam a tensatildeo produzida por um transformador Seguindo

o tubo acelerador geralmente encontra-se um segundo eletroiacutematilde que permite direcionar o

feixe de iacuteons para uma das estaccedilotildees experimentais de acordo com as espeacutecies a serem

detectadas (no presente caso partiacuteculas retroespalhadas)

Detectores de estado soacutelido com junccedilotildees p-n obtidas por implantaccedilatildeo iocircnica

A junccedilatildeo p-n sob polarizaccedilatildeo reversa permite a coleta de cargas geradas na

produccedilatildeo de pares eleacutetron-lacuna Esse fenocircmeno ocorre quando um iacuteon atravessa um

semicondutor excitando eleacutetrons da banda de valecircncia para a banda de conduccedilatildeo que entatildeo

satildeo coletados no acircnodo Dessa forma o nuacutemero de eleacutetrons coletados no acircnodo eacute proporcional

ao nuacutemero de pares de eleacutetron-lacuna produzidos o qual eacute proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo

incidente desde que o iacuteon seja totalmente freado dentro do volume ativo do detector

Analisador multicanal (MCA) no modo de anaacutelise de intensidade de pulso

O MCA consta de uma sequecircncia de registradores onde cada pulso de entrada uma

vez digitalizado por um conversor analoacutegico-digital (ADC) eacute analisado com relaccedilatildeo a sua

amplitude (modo PHA) sob o controle de um discriminador Na sequecircncia o canal de

memoacuteria correspondente tem seu conteuacutedo incrementado em uma unidade Com isso

acumulam-se em um canal especiacutefico todos os pulsos de entrada de um pequeno intervalo de

amplitudes ou energias dos iacuteons incidentes Ao final com a soma dos pulsos recebidos em

cada canal obteacutem-se um histograma do nuacutemero de pulsos em funccedilatildeo de suas amplitudes ou

energias dos iacuteons incidentes

40 METODOLOGIA

41 Amostragem

Amostras de cabelo de 16 pessoas foram coletadas Os doadores foram entrevistados

seguindo o questionaacuterio disponiacutevel no ANEXO I e selecionados de acordo com os seguintes

criteacuterios possuiacuterem cabelos virgens (cabelos sem nenhum tipo de tratamento quiacutemico como

coloraccedilotildees tinturas alisantes entre outros) estarem saudaacuteveis serem natildeo fumantes e viverem

na Regiatildeo Metropolitana do Rio de Janeiro As amostras foram divididas em dois grupos de

oito o primeiro de pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo subterracircneo e o segundo com pessoas

que ingerem a aacutegua tratada e distribuiacuteda pela CEDAE

Foram analisadas amostras de cabelo de duas pessoas que consumiam a aacutegua do

mesmo poccedilo isto eacute duas amostras de cada residecircncia totalizando 4 poccedilos diferentes (a b c

d) na localidade Chaacutecaras Arcampo em Duque de Caxias ndash RJ (Figura 14)

Figura 14 Mapa com os pontos de coleta de amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua

de poccedilo em destaque a localizaccedilatildeo das residecircncias com os poccedilos

Fonte Google Earth Acesso em 30072015

As amostras foram coletadas na regiatildeo occipital da cabeccedila (nuca) como visto na

Figura 15 com o auxiacutelio de uma tesoura de accedilo inoxidaacutevel devidamente limpa com etanol

Essa regiatildeo eacute definida como padratildeo por ser menos suscetiacutevel a contaminaccedilatildeo exoacutegena e

tambeacutem por sempre existir cabelo em indiviacuteduos semicalvos [14] Em seguida as amostras

foram catalogadas e armazenadas em sacos plaacutesticos [5] Informaccedilotildees adicionais sobre o sexo

e a idade dos doadores e o tipo e cor das amostras de cabelo coletadas disponiacuteveis no ANEXO

II

Figura 15 Coleta de amostra de cabelo na regiatildeo occipital da cabeccedila

42 Lavagem das Amostras de Cabelo

Todas as amostras foram submetidas a uma sequecircncia de etapas de lavagem de 10

minutos cada utilizando acetona e aacutegua deionizada (Figura 16) Em seguida foram colocadas

para secar agrave temperatura ambiente de acordo com o procedimento recomendado pela Agecircncia

Internacional de Energia Atocircmica (IAEA) [5]

Figura 16 Lavagem das amostras de cabelo

As amostras analisadas por XRF foram colocadas diretamente no suporte do

equipamento Os fios foram colocados de maneira a se obter a superfiacutecie do porta-amostra

totalmente coberta pelo cabelo a qual em seguida foi coberta por um filme (Ultralenereg 4

microm de espessura) (Figura 17) Para a anaacutelise com o RBS o cabelo foi aderido ao suporte do

porta-amostra com o auxiacutelio de uma fita dupla face de carbono puro (Figura 18)

Figura 17 Amostra de cabelo em porta-amostra do equipamento de Fluorescecircncia de

Raios X

Figura 18 Amostra de cabelo no porta-amostra do equipamento de Espectrometria de

Retroespalhamento Rutherford

43 Paracircmetros Instrumentais

Anaacutelises semiquantitativas de XRF dos elementos presentes no cabelo foram

realizadas no Laboratoacuterio de Impacto de Foacutetons e Eleacutetrons (LIFE) na Universidade Federal do

Rio de Janeiro (UFRJ) Utilizou-se o Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios-X S8 TIGER

ndash BRUKER (Figura 19) na faixa de energia de 05 a 56 keV acircnodo de Rh trabalhando com 1

kW de potecircncia com uma janela de Be de 76 microm atraveacutes do software Quant-Express no

meacutetodo Best Detection O tempo de aquisiccedilatildeo para cada amostra foi de aproximadamente 20

minutos

Os dados por RBS foram realizados no Laboratoacuterio de Implantaccedilatildeo Iocircnica na

Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) Utilizou-se um acelerador de iacuteons

Tandetron - HVEE 3 MV (Figura 20) usando 2000 keV de iacuteons He+ incidentes e detecccedilatildeo de

partiacuteculas retroespalhadas a 165deg

Figura 19 Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X - S8 TIGER - BRUKER

Figura 20 Acelerador de iacuteons Tandetron - HVEE 3 MV onde foi feita a anaacutelise por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford

50 RESULTADOS E DISCUSSOtildeES

51 Anaacutelise por XRF

O espectro completo de XRF da amostra 2 referente ao cabelo de uma pessoa que

ingere aacutegua de poccedilo eacute mostrado na Figura 21 conforme obtido diretamente do equipamento

Eacute possiacutevel identificar as linhas de excitaccedilatildeo do Rh e as linhas de espalhamento Compton e

Rayleigh Os espectros ampliados somente na regiatildeo de interesse com as linhas de

fluorescecircncia Kα e Kβ atribuiacutedas agrave maioria dos elementos (exceto para o chumbo em que se

detectam as linhas Lα e Lβ) e sem as linhas de Rh de todas as amostras analisadas encontram-

se nos ANEXOS III e IV Os elementos analisados e a energia de suas linhas de emissatildeo de

fluorescecircncia Kα e Kβ satildeo apresentados na Tabela 4

Figura 21 Espectro de Fluorescecircncia de Raios X completo da amostra 2

Tabela 4 Energia em keV das principais linhas de emissatildeo de raios x dos elementos

analisados Adaptado de [26]

Os elementos observados e as concentraccedilotildees semiquantitativas das amostras de

cabelo das pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo e das amostras de cabelo das pessoas que

ingerem aacutegua distribuiacuteda pela CEDAE satildeo apresentados respectivamente nas Tabelas 5 e 6

Kα Kβ

Al 1487 1557

Si 1740 1836

P 2014 2139

S 2308 2464

Cl 2622 2816

Ca 3692 4013

Mn 5899 6490

Fe 6404 7058

Cu 8048 8905

Zn 8639 9572

Pb (Linhas Lα e Lβ) 10552 12614

Elementos

Analisados

Energia (keV) das Linhas de

Emissatildeo de Raios X

Tabela 5 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (1 a 8) que

ingerem aacutegua de poccedilo As concentraccedilotildees dos elementos foram normalizadas de modo que a

soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da matriz orgacircnica em conjunto

seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo ldquoa b c drdquo correlacionam a amostra

de cabelo com o poccedilo do qual o indiviacuteduo ingere aacutegua

1 2 3 4 5 6 7 8

Al 002 003 003 34 ppm natildeo det 006 natildeo det 001

Si 001 54 ppm 006 46 ppm 005 002 002 54 ppm

P 003 003 54 ppm 002 001 46 ppm natildeo det 004

S 117 071 115 118 166 135 151 098

Cl 003 65 ppm 002 002 natildeo det 003 natildeo det 61 ppm

Ca 003 003 80 ppm 002 004 002 008 008

Mn 73 ppm 78 ppm 58 ppm 10 ppm natildeo det 91 ppm natildeo det 54 ppm

Fe 001 001 92 ppm 29 ppm 38 ppm 001 27 ppm 83 ppm

Cu 44 ppm 41 ppm 46 ppm 31 ppm natildeo det 44 ppm 37 ppm 36 ppm

Zn 77 ppm 002 91 ppm 82 ppm 41 ppm 92 ppm 40 ppm 98 ppm

Pb 10 ppm 9 ppm 12 ppm 10 ppm natildeo det 10 ppm natildeo det 9 ppm

a b c d

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Elementos

Tabela 6 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (9 a 16)

que ingerem aacutegua tratada e distribuiacuteda pela CEDAE As concentraccedilotildees dos elementos foram

normalizadas de modo que a soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da

matriz orgacircnica em conjunto seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo

9 10 11 12 13 14 15 16

Al 001 36 ppm natildeo det 002 61 ppm 90 ppm 002 natildeo det

Si natildeo det 35 ppm natildeo det 40 ppm 79 ppm 60 ppm natildeo det natildeo det

P 003 34 ppm 003 002 natildeo det 46 ppm natildeo det 41 ppm

S 111 106 116 152 136 145 155 128

Cl 52 ppm 001 002 003 004 005 014 009

Ca 006 004 002 002 001 001 001 001

Mn 51 ppm 9 ppm 32 ppm natildeo det 24 ppm 57 ppm natildeo det 30 ppm

Fe 82 ppm 30 ppm 57 ppm 56 ppm 59 ppm 90 ppm 52 ppm 54 ppm

Cu 31 ppm 51 ppm 28 ppm 27 ppm 31 ppm 44 ppm 14 ppm 29 ppm

Zn 001 001 92 ppm 86 ppm 001 001 42 ppm 001

Pb natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det

Elementos

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

Na anaacutelise semiquantitativa por XRF pode-se verificar a presenccedila de elevadas

concentraccedilotildees de enxofre o que jaacute era esperado visto que este elemento faz parte da estrutura

da cisteiacutena o aminoaacutecido em maior quantidade na composiccedilatildeo do cabelo

Os elementos Ca Zn e Fe foram detectados em todas as amostras dos dois grupos O

Ca aparece na maior parte das amostras em concentraccedilotildees da ordem de enquanto que o Zn

e o Fe da ordem de ppm Os elementos Al P Mn Cl Si e Cu aparecem na maioria das

amostras em ambos os grupos No entanto o Pb foi observado em concentraccedilotildees da ordem de

ppm somente em amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo

Para as amostras 5 7 e 15 utilizou-se um porta amostra com maacutescara de 8 mm de

diacircmetro ao inveacutes da maacutescara de 34 mm utilizada para as outras amostras devido a pouca

quantidade de cabelo coletado Agrave vantagem de poder utilizar menos amostra com a maacutescara

de 8 mm contrapotildee-se um aumento do ruiacutedo de fundo e a consequente perda da sensibilidade

na anaacutelise Tal fato pode provavelmente justificar a quantidade menor de elementos

observados nessas amostras em comparaccedilatildeo com as demais incluindo a ausecircncia do elemento

chumbo nas amostras 5 e 7 jaacute que o mesmo aparece nas amostras 6 e 8 das pessoas que

bebem a mesma aacutegua dos poccedilos c e d respectivamente

52 Anaacutelise por RBS

Apresenta-se na Figura 22 o espectro de RBS da amostra 2 adquirido durante 8

horas de anaacutelise e apoacutes tratamento dos dados atraveacutes do programa computacional OriginPro 8

Duas ampliaccedilotildees (I e II) nas regiotildees de mais alta energia satildeo apresentadas nas Figuras 23 e

24 Observou-se a presenccedila dos elementos C N O Si S Cl Ti Cu Zn e Pb

As energias dos iacuteons He+ retroespalhados a partir da interaccedilatildeo com os nuacutecleos de Pb

e Hg satildeo muito proacuteximas tornando difiacutecil a resoluccedilatildeo dos sinais No entanto o Hg natildeo foi

observado em nenhuma das amostras por XRF enquanto o Pb pode ser detectado claramente

Conclui-se portanto que o degrau no espectro eacute correspondente ao Pb

Utilizando-se o caacutelculo da seccedilatildeo de choque de espalhamento Rutherford foi possiacutevel

obter uma anaacutelise quantitativa relativa da amostra 2 Para isso foi escolhido o enxofre como

elemento padratildeo devido ao fato do S estar presente em todas as amostras de cabelo e ser

facilmente detectaacutevel por ambas as teacutecnicas Para cada aacutetomo de S na amostra de cabelo as

seguintes proporccedilotildees atocircmicas foram obtidas 115 x 102 C 274 x 10

1 N 157 x 10

1 O 479 x

10-1

Si 641 x 10-1

Cl 454 x 10-2

Ti 162 x 10-2

Cu 265 x 10-2

Zn e 504 x 10-4

Pb

Figura 22 Espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da amostra 2

(grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 23 Ampliaccedilatildeo I do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 24 Ampliaccedilatildeo II do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

60 CONCLUSOtildeES

As teacutecnicas de XRF e RBS mostraram-se eficientes e complementares na

determinaccedilatildeo de vaacuterios elementos presentes em amostras de cabelo humano Atraveacutes das duas

teacutecnicas foi possiacutevel detectar de forma semiquantitativa a presenccedila de elementos desde o Al

ateacute o Pb Por RBS tambeacutem foram detectados elementos mais leves como C N e O A

utilizaccedilatildeo conjunta das duas teacutecnicas permitiu a identificaccedilatildeo inequiacutevoca de Pb no espectro de

RBS

Eacute evidente que as concentraccedilotildees dos elementos nas amostras de cabelo dependem de

diversos fatores tais como o tipo de alimentaccedilatildeo idade sexo ambiente em que o indiviacuteduo

vive e podem ser provenientes de meios exoacutegenos e endoacutegenos Entretanto considerando o

natildeo aparecimento do Pb em nenhuma das amostras de cabelo das pessoas que ingerem aacutegua

distribuiacuteda pela CEDAE aleacutem das anaacutelises preacutevias da aacutegua dos poccedilos da aacuterea em estudo eacute

possiacutevel afirmar que existe uma elevada possibilidade da aacutegua de poccedilo estaacute atuando como

uma fonte de contaminaccedilatildeo de Pb para as pessoas Como o Pb eacute um elemento toacutexico com

propriedade de bioacumulaccedilatildeo sua presenccedila pode gerar danos irreversiacuteveis aos organismos

vivos

70 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS

Como sugestotildees deste estudo podemos indicar

Realizar uma anaacutelise quantitativa de um nuacutemero mais amplo de amostras

Efetuar uma comparaccedilatildeo com materiais de referecircncia certificados a fim de

determinar com um grau de confiabilidade mais elevado se as quantidades de

chumbo detectadas nas amostras de cabelo estatildeo acima do intervalo de valores

considerados aceitaacuteveis

80 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

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paraiba-do-sul-paraibuna-chega-ao-volume-morto-pela-primeira-vez-gt Acesso em 30 de

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caracterizaccedilatildeo de materiais Universidade Estadual de Campinas ndash UNICAMP Campinas

2000

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ndash USP Satildeo Paulo 1999

[23] PERDONAacute C R Introduccedilatildeo a espectrometria de Fluorescecircncia de Raios-X Manual

Teacutecnico ndash BRUKER 2014

[24] O espectrocircmetro de fluorescecircncia de raios-x Thermo ARL 9900 PUC-Rio ndash

Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em lthttpwwwmaxwellvracpuc-

riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 08 de agosto de 2015

[25] KRUG C Superfiacutecies porosas recobertas com metalocenos anaacutelise multivariada

envolvendo caracterizaccedilatildeo com feixe de iacuteons Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Fiacutesica Instituto

de Fiacutesica Universidade Federal do Rio Grande do Sul ndash UFRGS Porto Alegre 2000

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Universidade de Satildeo Paulo Disponiacutevel em ltwww2ifuspbr~lamfipixeamprbspdfgt Acesso

em julho de 2015

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Catarina Florianoacutepolis 2013

[28] ATTWOOD D T HENKE B L et al X-Ray Data Booklet Lawrence Berkeley

Laboratory University of California Berkeley California 1986

ANEXO I

MODELO DO QUESTIONAacuteRIO PREENCHIDO ANTES DA COLETA DAS AMOSTRAS

DE CABELO

Coacutedigo da amostra

Nome

Idade (anos)

Endereccedilo

Fuma Sim ( ) Natildeo ( )

Ingere aacutegua de que tipo (poccedilo CEDAE) Poccedilo ( ) CEDAE ( )

Fez algum tipo de tratamento quiacutemico no cabelo

(coloraccedilatildeo alisamento etc)Sim ( ) Natildeo ( )

Qual Quando foi a uacuteltima vez

Esteve bem de sauacutede nos uacuteltimos 6 meses Sim ( ) Natildeo ( )

Data da coleta

Responsaacutevel pela coleta

COLETA DE AMOSTRA DE CABELO

ANEXO II

INFORMACcedilOtildeES ADICIONAIS SOBRE OS DOADORES E AS AMOSTRAS DE

CABELO COLETADAS

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

1 Feminino 62 Cacheado Castanho Escuro

2 Feminino 27 Cacheado Castanho Escuro

3 Feminino 17 Liso Castanho Escuro

4 Feminino 10 Cacheado Castanho Escuro

5 Feminino 58 Liso Castanho Escuro

6 Feminino 7 Cacheado Castanho Escuro

7 Masculino 17 Liso Castanho Claro

8 Feminino 39 Liso Castanho Escuro

Pessoas que Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

9 Feminino 41 Cacheado Castanho Escuro

10 Feminino 17 Ondulado Castanho Claro

11 Masculino 1 Cacheado Castanho Escuro

12 Feminino 11 Liso Castanho Escuro

13 Masculino 21 Liso Castanho Escuro

14 Masculino 42 Cacheado Preto

15 Masculino 6 Liso Preto

16 Masculino 14 Liso Preto

Pessoas que Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

ANEXO III

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DE POCcedilO (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 1

Amostra 2

Amostra 3

Amostra 4

Amostra 5

Amostra 6

Amostra 7

Amostra 8

ANEXO IV

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DISTRIBUIacuteDA PELA CEDAE (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 9

Amostra 10

Amostra 11

Amostra 12

Amostra 13

Amostra 14

Amostra 15

Amostra 16

Page 28: Dissertação Priscilla Velasco da Paixão

Onde

Ex = energia do raio x caracteriacutestico emitido

Eni Enf = energia dos estados eletrocircnicos inicial e final respectivamente

Figura 7 Esquema do princiacutepio da Fluorescecircncia de Raios X

Fonteltwwwshimadzucombrgt Acesso em 30072015

A radiaccedilatildeo caracteriacutestica eacute nomeada de acordo com o niacutevel de onde se apresenta a

vacacircncia (K L M) e de qual niacutevel (α β) e subniacutevel (1 2) proveacutem o eleacutetron que iraacute

ocupar essa lacuna Por exemplo a vacacircncia originada na camada K pode ser preenchida por

eleacutetrons de dois subniacuteveis da camada L o que origina as linhas espectrais Kα1 e Kα2 Se a

vacacircncia da camada K fosse ocupada por um eleacutetron da M teria-se o Kβ e assim por diante

[23]

Com isso os elementos em uma amostra podem ser identificados atraveacutes da medida

do comprimento de onda (ou energia) dessas radiaccedilotildees caracteriacutesticas e as concentraccedilotildees

mensuradas pela intensidade dessas radiaccedilotildees [2123]

Quando um feixe de raios x incide sobre um determinado material diversas formas

de interaccedilatildeo entre a radiaccedilatildeo e a mateacuteria podem ocorrer tais como o Efeito Auger e os

espalhamentos Rayleigh e Compton [20-23]

O processo de relaxaccedilatildeo natildeo-radiativa ou Efeito Auger ocorre quando o aacutetomo

excitado emite um eleacutetron (eleacutetron Auger) ao inveacutes do processo de fluorescecircncia (Figura 8)

Esses dois processos de relaxaccedilatildeo do sistema satildeo concorrentes e a predominacircncia de um ou de

outro depende do numero atocircmico O Efeito Auger prevalece em elementos com baixo

nuacutemero atocircmico (Zlt20) [21]

Figura 8 Efeito Auger [20]

O fenocircmeno de espalhamento de raios x eacute importante em espectroscopia pois eacute

responsaacutevel pela intensidade da radiaccedilatildeo de fundo (background) presente em uma

determinada medida Ele eacute a soma dos efeitos de dois fenocircmenos o espalhamento coerente

elaacutestico ou Rayleigh no qual os raios x primaacuterios satildeo defletidos sem perda de energia isto eacute

sem alteraccedilatildeo no comprimento de onda (λ) e o espalhamento incoerente inelaacutestico ou

Compton no qual foacutetons de raios x primaacuterio satildeo defletidos com perda de energia e com

ejeccedilatildeo de um fotoeleacutetron (Figura 9) [21]

Figura 9 Espalhamento Compton e Rayleigh [21]

35 Fluorescecircncia de Raios X - Instrumentaccedilatildeo

Na Figura 10 pode ser observado um esquema com os principais componentes do

espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X por Dispersatildeo de Comprimento de Onda

(WDXRF - Wavelength Dispersive X-ray Fluorescence) utilizado neste trabalho Suas

funccedilotildees seratildeo descritas em seguida [23]

Figura 10 Instrumentaccedilatildeo do Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X por Dispersatildeo de

Comprimento de Onda - S8 TIGER - BRUKER [23]

Tubo de Raios X

A radiaccedilatildeo incidente eacute produzida em um tubo de raios x consistindo em uma ampola

de vidro ou de metal sob alto vaacutecuo com um filamento de tungstecircnio em uma extremidade

denominado caacutetodo e um alvo de metal na outra extremidade denominado acircnodo

O filamento eacute aquecido por uma corrente eleacutetrica e emite eleacutetrons (emissatildeo

termiocircnica) Os eleacutetrons satildeo acelerados rumo a um acircnodo (alvo) empregando-se uma

diferenccedila de potencial (10-70 kV) Raios x primaacuterios satildeo produzidos quando esses eleacutetrons

com alta velocidade colidem com o material alvo Com o impacto a maior parte da energia

cineacutetica dos eleacutetrons eacute convertida em calor exigindo que o acircnodo seja resfriado de forma

eficiente Apenas uma pequena parte (02-05 dependendo do tipo do alvo) da energia

eletrocircnica eacute convertida em raios x uacuteteis

Essa radiaccedilatildeo consiste em um Contiacutenuo ou Bremsstrahlung e linhas de raios x

caracteriacutesticas do material alvo (aleacutem de linhas caracteriacutesticas de quaisquer contaminantes

presentes) Assim o espectro primaacuterio de um tubo de raios x convencional consiste em linhas

caracteriacutesticas do material do acircnodo (por exemplo Rh) superpostas a um contiacutenuo de

radiaccedilatildeo

Os tubos de raios x satildeo geralmente isolados atraveacutes de uma janela de beriacutelio pois

esse elemento apresenta baixa absorccedilatildeo de raios x e alta resistecircncia mecacircnica para suportar as

diferenccedilas de pressatildeo

Filtros do Feixe Primaacuterio

O espectro primaacuterio pode natildeo conter apenas as linhas do elemento-alvo mas tambeacutem

as linhas de impurezas como Fe Cr ou Cu presentes em vaacuterias partes do tubo Desta forma o

niacutevel de fundo (background) na posiccedilatildeo desses elementos no espectro pode ser elevado

Filtros de feixe primaacuterio satildeo utilizados para filtrar as linhas caracteriacutesticas do tubo se

o mesmo elemento estiver presente na amostra ou se houver sobreposiccedilatildeo por uma linha do

tubo em linhas de elementos da amostra No equipamento em que foram feitas as anaacutelises satildeo

utilizados (automaticamente) os filtros de Cu de 200 microm de espessura e o de Al de 500 microm de

espessura

Maacutescara

Delimita a aacuterea da amostra que seraacute irradiada

Selo de vaacutecuo (Vacuum seal )

Protege o sistema de detecccedilatildeo dos foacutetons de raios x de qualquer vazamento de

amostra

Goniocircmetro

Em equipamentos de dispersatildeo sequencial empregam-se uma ldquogeometria do feixe

paralelordquo ou uma ldquogeometria de cristal planardquo permitindo que os acircngulos do cristal e do

detector sejam selecionados por um aparelho chamado goniocircmetro

O goniocircmetro eacute uma estrutura de rotaccedilatildeo que permite que o cristal e o detector

possuam um movimento angular acoplado θ a 2θ entre eles

Colimador

Colima o feixe divergente de raios x emitido pela amostra Satildeo normalmente feitos

de uma seacuterie de lacircminas paralelas O comprimento e o espaccedilamento entre as lacircminas

determinam a divergecircncia angular admitida pelo colimador Essa divergecircncia angular

juntamente com o cristal determina a resoluccedilatildeo final do espectro

Pode-se melhorar a resoluccedilatildeo fechando o colimador para minimizar a divergecircncia

Poreacutem com isso a intensidade tambeacutem diminui Assim torna-se necessaacuterio um equiliacutebrio

entre a resoluccedilatildeo final (necessaacuteria para evitar sobreposiccedilotildees espectrais importantes) e a

sensibilidade (relacionada com a intensidade)

Cristal

Separa os vaacuterios comprimentos de onda emitidos pela amostra A lei de Bragg

(equaccedilatildeo 2) propotildee que se um plano cristalino tiver um espaccedilamento interplanar (d) refletindo

um comprimento de raios x (λ) essa onda difere em caminho percorrido por uma distacircncia

(2dsenθ) da onda refletida pelo plano adjacente Quando esse caminho percorrido difere por

um nuacutemero inteiro de comprimento de onda tem-se uma interferecircncia construtiva e os raios x

refletidos satildeo reforccedilados Caso contraacuterio tem-se uma interferecircncia destrutiva e os raios x

refletidos se anulam A equaccedilatildeo de Bragg (2)

119899120582 = 2119889119904119890119899120579 (Eq 2)

Onde

n = nuacutemero inteiro (1 2 3) chamado Ordem de Difraccedilatildeo

d = espaccedilamento interplanos no cristal utilizado

θ = acircngulo de Bragg ou acircngulo de difraccedilatildeo

λ = comprimento de onda da linha espectral

Dessa forma para um dado plano cristalino e uma dada ordem de difraccedilatildeo cada

comprimento de onda no espectro de XRF incidente eacute difratado em um uacutenico acircngulo O

comprimento de onda maacuteximo que o proacuteprio plano cristalino pode difratar eacute 2d (quando senθ

assume o valor maacuteximo de 1) Portanto eacute necessaacuterio um cristal ou um plano cristalino com

diferentes valores de 2d para cobrir diferentes intervalos de comprimento de onda em toda a

tabela perioacutedica No espectrocircmetro utilizado neste trabalho foram usados os seguintes cristais

XS-55 (multicamada de WSi) do C ateacute o Mg PET (Pentaeritriato) do Al ateacute o Ti e LiF 200

do K ateacute o U

Detector

Converte os foacutetons de raios x em pulsos de tensatildeo mensuraacuteveis Satildeo utilizados dois

detectores para cobrir todos os elementos do Be ao U Detector de fluxo proporcional

(preenchido com Ar) para elementos do Be ao Cr e o detector de cintilaccedilatildeo de NaI(Tl) para

elementos do Mn ao U

Detectores de fluxo proporcional

Satildeo detectores de radiaccedilatildeo que operam a partir da ionizaccedilatildeo de gases Satildeo

constituiacutedos por um conjunto de eletrodos e um gaacutes Quando o gaacutes eacute colocado entre dois

eletrodos aos quais eacute aplicada certa diferenccedila de potencial os caacutetions e eleacutetrons produzidos

pela passagem de radiaccedilatildeo seratildeo atraiacutedos pelos eletrodos de carga oposta e por eles seratildeo

coletados Na regiatildeo de verdadeira proporcionalidade (Equaccedilatildeo 3) a razatildeo entre a carga

coletada pelos eletrodos e a carga gerada pela ionizaccedilatildeo primaacuteria manteacutem-se constante para as

diferenccedilas de potencial (∆V) aplicadas e com um capacitor de capacitacircncia (C)

Quando a radiaccedilatildeo atravessa esse tipo de detector e produz pares iocircnicos (formados

por eleacutetrons e caacutetions do gaacutes) esses caacutetions (ionizaccedilatildeo primaacuteria) satildeo acelerados adquirindo

energia suficiente para produzir novos pares iocircnicos (ionizaccedilatildeo secundaacuteria) por colisatildeo com

moleacuteculas inicialmente neutras do gaacutes Assim haacute uma multiplicaccedilatildeo do nuacutemero de pares

original A carga coletada eacute igual agrave carga produzida pela radiaccedilatildeo (Q) multiplicada por um

fator (M) denominado ldquoganhordquo

∆119881 = (119872119876)

119862 (Eq 3)

Portanto o sinal produzido tem altura proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo incidente

Detectores de cintilaccedilatildeo

O cintilador eacute uma substacircncia soacutelida ou liacutequida na qual a energia de radiaccedilatildeo

incidente eacute transferida aos eleacutetrons do material sendo depois emitida na forma de radiaccedilatildeo

eletromagneacutetica de frequecircncia menor (visiacutevel ou ultravioleta)

O detector de cintilaccedilatildeo utilizado eacute constituiacutedo por um cristal de NaI(Tl) (iodeto de

soacutedio ativado com 1 de iodeto de taacutelio) no qual ocorre a emissatildeo de radiaccedilatildeo de frequecircncia

menor aleacutem de um fotomultiplicador onde essa radiaccedilatildeo luminosa eacute transformada em pulso

eleacutetrico e amplificada

O mecanismo de cintilaccedilatildeo nos cristais inorgacircnicos baseia-se na propriedade dos

semicondutores terem banda de valecircncia e banda de conduccedilatildeo Na banda de valecircncia os

eleacutetrons estatildeo essencialmente ligados aos siacutetios do cristal Jaacute na banda de conduccedilatildeo os

eleacutetrons tecircm energia suficiente para migrar atraveacutes do cristal No cristal puro natildeo satildeo

encontrados eleacutetrons na banda proibida

Ao incidir uma radiaccedilatildeo no cristal pode ocorrer excitaccedilatildeo de eleacutetrons ateacute a banda de

conduccedilatildeo deixando lacunas na banda de valecircncia (normalmente preenchida)

No cristal puro a energia necessaacuteria para formar um par eleacutetronlacuna eacute

aproximadamente a mesma liberada quando esse par se recombina Assim os espectros de

absorccedilatildeo e emissatildeo superpotildeem-se ocorrendo autoabsorccedilatildeo da radiaccedilatildeo luminosa produzida

Se o cristal for ativado a emissatildeo pode ocorrer via um siacutetio do ativador para o qual a energia

de transiccedilatildeo eacute menor do que a necessaacuteria para a criaccedilatildeo do par eleacutetronlacuna Desse modo o

espectro emitido eacute deslocado para comprimentos de onda maiores e natildeo causa nova absorccedilatildeo

No tubo fotomultiplicador converte-se a radiaccedilatildeo de baixa intensidade produzida no

cintilador em um sinal eleacutetrico uacutetil agrave detecccedilatildeo e contagem de radiaccedilatildeo

Analisador de altura de pulso (PHA)

A energia do foacuteton incidente de raios x determina o tamanho do pulso de tensatildeo

produzido pelo detector O analisador de altura de pulso faz uso dessa propriedade a fim de

selecionar apenas um intervalo estreito de pulsos de voltagem rejeitando todos os pulsos com

intensidades fora do intervalo escolhido

Ao final utiliza-se o meacutetodo de integraccedilatildeo dos recebidos em um integrador

eletrocircnico Se N representa o nuacutemero de contagens em um tempo de integraccedilatildeo t segundos

entatildeo a taxa de contagem eacute Nt contagens por segundo (cps)

36 Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford - Teoria

A teacutecnica de RBS consiste em incidir partiacuteculas monoenergeacuteticas de um feixe de iacuteons

(geralmente iacuteons He+) de alta energia em um alvo estacionaacuterio Ao colidirem com os aacutetomos

do alvo as partiacuteculas satildeo elasticamente espalhadas no campo eleacutetrico do nuacutecleo do aacutetomo e

chegam a um detector por um acircngulo de retroespalhamento Na Figura 11 apresenta-se um

esquema de espalhamento elaacutestico [25-27]

Figura 11 Espalhamento elaacutestico em acircngulo de retroespalhamento de um iacuteon de massa M1

por um aacutetomo de massa M2 com M2gtM1 [25]

O detector ao receber as partiacuteculas espalhadas produz um pulso ou sinal que eacute entatildeo

processado por um analisador multicanal e classificado conforme a amplitude que

corresponde a uma escala em energia Como resultado as informaccedilotildees sobre a composiccedilatildeo

elementar do aacutetomo alvo satildeo obtidas a partir de um espectro de contagens em funccedilatildeo da

energia das partiacuteculas retroespalhadas detectadas [25]

O fator cinemaacutetico (K) eacute responsaacutevel pela anaacutelise elementar qualitativa Essa

grandeza depende da razatildeo entre as energias das partiacuteculas incidentes antes (E0) e depois (E)

do espalhamento (Equaccedilatildeo 4)

119870 = 119864

1198640 (Eq 4)

Considerando as conservaccedilotildees de energia e do momentum na colisatildeo elaacutestica obteacutem-

se a relaccedilatildeo entre o fator cinemaacutetico (K) a massa atocircmica da partiacutecula incidente (M1) a massa

atocircmica do aacutetomo alvo (M2) e o acircngulo de espalhamento (θ) (Eq 5)

119870 = [1198721 119888119900119904120579+ (1198722

2minus 11987212 1199041198901198992120579)

12

1198721+ 1198722]

2

(Eq 5)

Os valores de M1 θ e E0 satildeo preacute-fixados conhecendo E determina-se K e por

conseguinte determina-se M2

A Figura 12 apresenta um esquema do espectro de RBS de um filme fino de

composiccedilatildeo geneacuterica AB onde a massa de A eacute maior do que a massa de B depositado em um

substrato C ainda mais leve

Figura 12 Esquema de um espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford de

um filme fino AB sobre um substrato C ainda mais leve [27]

A resoluccedilatildeo em massa da teacutecnica eacute a diferenccedila miacutenima de massa entre dois aacutetomos-

alvo para que sinais resolvidos possam ser observados no espectro A discriminaccedilatildeo em massa

eacute maacutexima para θ = 180deg razatildeo pela qual satildeo utilizados acircngulos elevados experimentalmente

Pode-se melhorar a resoluccedilatildeo em massa na RBS aumentando a energia e a massa dos aacutetomos

incidentes e melhorando a resoluccedilatildeo do sistema de detecccedilatildeo com o cuidado para natildeo degradar

os detectores [25]

Outra grandeza importante em RBS eacute a seccedilatildeo de choque de espalhamento (σ) que eacute

uma medida da probabilidade de ocorrer o espalhamento e que atribui o caraacuteter quantitativo agrave

teacutecnica [25] Considerando um nuacutemero de partiacuteculas espalhadas (H) sobre um detector tem-se

a Equaccedilatildeo 6

119867 = 119876119873119905 ⟨119889120590

119889120570⟩Ω (Eq 6)

Onde

Q = nuacutemero de partiacuteculas que atinge a amostra

N = densidade volumeacutetrica dos aacutetomos alvo

t = espessura do alvo

⟨119889120590

119889120570⟩ = seccedilatildeo de choque meacutedia de espalhamento

Ω = acircngulo soacutelido do detector em relaccedilatildeo ao feixe

Para acircngulos pequenos tem-se ⟨119889120590

119889120570⟩ = (

119889120590

119889120570)120579

= σ (Eq 7)

Logo 119867 = 119876119873119905120590120570 (Eq 8)

Na Equaccedilatildeo 8 conhecendo o nuacutemero de partiacuteculas que atinge o alvo Q e o detector

H pode-se determinar o numero de aacutetomos por unidade de aacuterea da amostra (Nt) desde que se

conheccedila o acircngulo soacutelido de detecccedilatildeo Ω e a seccedilatildeo de choque de espalhamento (σ) Para uma

colisatildeo elaacutestica entre dois aacutetomos com nuacutemeros atocircmicos Z1 e Z2 (do aacutetomo incidente e do

aacutetomo alvo respectivamente) em que a forccedila de interaccedilatildeo eacute a repulsatildeo eletrostaacutetica dos

nuacutecleos a seccedilatildeo de choque de espalhamento diferencial (por unidade de acircngulo soacutelido) eacute dada

pela Foacutermula de Rutherford (Equaccedilatildeo 9)

119889120590

119889120570= (

119885111988521198902

4119864)2

4

1199041198901198994120579

[1minus ((

11987211198722) 119904119890119899120579)

2

]

12

+cos120579

[1minus ((11987211198722)119904119890119899 120579)

2

]

12

2

(Eq 9)

Em siacutentese a razatildeo entre as concentraccedilotildees relativas dos elementos A e B na

superfiacutecie de uma amostra 119873119860119860119861(119909)

119873119861119860119861(119909)

pode ser calculada com o auxiacutelio de um programa

computacional ou atraveacutes da medida de altura dos degraus obtidos no espectro sendo

calculadas com as Equaccedilotildees 10 e 11

(119889120590

119889120570)119861

(119889120590

119889120570)119860

= Ji (Eq 10)

119873119860119860119861(119909)

119873119861119860119861(119909)

= 119867119860119860119861

119867119861119860119861 119869119894 (Eq 11)

37 Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford - Instrumentaccedilatildeo

Na Figura 13 pode ser observado um esquema com os principais componentes da

instrumentaccedilatildeo utilizada em anaacutelises por RBS que seratildeo descritos em seguida de acordo com

o equipamento utilizado para a realizaccedilatildeo deste trabalho e com informaccedilotildees obtidas na

referecircncia [25]

Figura 13 Esquema dos componentes presentes na instrumentaccedilatildeo utilizada em anaacutelises por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford Fonte Adaptado de [25]

O Laboratoacuterio de Implantaccedilatildeo Iocircnica da Universidade Federal do Rio Grande do Sul

possui um acelerador Tandetron equipado com fontes de iacuteons dos tipos sputtering e de

plasma com tecnologia ldquotandemrdquo com 3MV de tensatildeo maacutexima no terminal e cinco estaccedilotildees

experimentais de linhas distintas incluindo a de RBS

Fonte de iacuteons

Fonte de Plasma um gaacutes ou um vapor eacute ionizado por meio de campos

eletromagneacuteticos na faixa de radiofrequecircncia ou ao ser atravessado por corrente eleacutetrica

Fonte de ldquoSputteringrdquo os iacuteons satildeo produzidos por transferecircncia de momentum

quando da colisatildeo de um feixe primaacuterio (geralmente Cs+) com um alvo soacutelido

Aceleradores ldquotandemrdquo

Neste tipo de acelerador iacuteons positivos deixam a fonte passam por uma troca de

carga (com vapor de Liacutetio ou outro elemento eletropositivo) e satildeo conduzidos com carga

negativa ao tubo acelerador onde satildeo atraiacutedos por um terminal positivo No caso dos iacuteons

produzidos serem originalmente negativos a troca de carga eacute suprimida Junto ao terminal

positivo passam por uma seccedilatildeo contendo um gaacutes ou vapor (N2 no presente caso) ou por uma

folha muito fina de carbono para que os iacuteons emergentes tenham perdido os eleacutetrons Com

carga positiva satildeo novamente acelerados agora por repulsatildeo do terminal Diferenccedilas de

potencial da ordem de vaacuterios milhotildees de volts satildeo obtidas utilizando circuitos multiplicadores

de voltagem que multiplicam e retificam a tensatildeo produzida por um transformador Seguindo

o tubo acelerador geralmente encontra-se um segundo eletroiacutematilde que permite direcionar o

feixe de iacuteons para uma das estaccedilotildees experimentais de acordo com as espeacutecies a serem

detectadas (no presente caso partiacuteculas retroespalhadas)

Detectores de estado soacutelido com junccedilotildees p-n obtidas por implantaccedilatildeo iocircnica

A junccedilatildeo p-n sob polarizaccedilatildeo reversa permite a coleta de cargas geradas na

produccedilatildeo de pares eleacutetron-lacuna Esse fenocircmeno ocorre quando um iacuteon atravessa um

semicondutor excitando eleacutetrons da banda de valecircncia para a banda de conduccedilatildeo que entatildeo

satildeo coletados no acircnodo Dessa forma o nuacutemero de eleacutetrons coletados no acircnodo eacute proporcional

ao nuacutemero de pares de eleacutetron-lacuna produzidos o qual eacute proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo

incidente desde que o iacuteon seja totalmente freado dentro do volume ativo do detector

Analisador multicanal (MCA) no modo de anaacutelise de intensidade de pulso

O MCA consta de uma sequecircncia de registradores onde cada pulso de entrada uma

vez digitalizado por um conversor analoacutegico-digital (ADC) eacute analisado com relaccedilatildeo a sua

amplitude (modo PHA) sob o controle de um discriminador Na sequecircncia o canal de

memoacuteria correspondente tem seu conteuacutedo incrementado em uma unidade Com isso

acumulam-se em um canal especiacutefico todos os pulsos de entrada de um pequeno intervalo de

amplitudes ou energias dos iacuteons incidentes Ao final com a soma dos pulsos recebidos em

cada canal obteacutem-se um histograma do nuacutemero de pulsos em funccedilatildeo de suas amplitudes ou

energias dos iacuteons incidentes

40 METODOLOGIA

41 Amostragem

Amostras de cabelo de 16 pessoas foram coletadas Os doadores foram entrevistados

seguindo o questionaacuterio disponiacutevel no ANEXO I e selecionados de acordo com os seguintes

criteacuterios possuiacuterem cabelos virgens (cabelos sem nenhum tipo de tratamento quiacutemico como

coloraccedilotildees tinturas alisantes entre outros) estarem saudaacuteveis serem natildeo fumantes e viverem

na Regiatildeo Metropolitana do Rio de Janeiro As amostras foram divididas em dois grupos de

oito o primeiro de pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo subterracircneo e o segundo com pessoas

que ingerem a aacutegua tratada e distribuiacuteda pela CEDAE

Foram analisadas amostras de cabelo de duas pessoas que consumiam a aacutegua do

mesmo poccedilo isto eacute duas amostras de cada residecircncia totalizando 4 poccedilos diferentes (a b c

d) na localidade Chaacutecaras Arcampo em Duque de Caxias ndash RJ (Figura 14)

Figura 14 Mapa com os pontos de coleta de amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua

de poccedilo em destaque a localizaccedilatildeo das residecircncias com os poccedilos

Fonte Google Earth Acesso em 30072015

As amostras foram coletadas na regiatildeo occipital da cabeccedila (nuca) como visto na

Figura 15 com o auxiacutelio de uma tesoura de accedilo inoxidaacutevel devidamente limpa com etanol

Essa regiatildeo eacute definida como padratildeo por ser menos suscetiacutevel a contaminaccedilatildeo exoacutegena e

tambeacutem por sempre existir cabelo em indiviacuteduos semicalvos [14] Em seguida as amostras

foram catalogadas e armazenadas em sacos plaacutesticos [5] Informaccedilotildees adicionais sobre o sexo

e a idade dos doadores e o tipo e cor das amostras de cabelo coletadas disponiacuteveis no ANEXO

II

Figura 15 Coleta de amostra de cabelo na regiatildeo occipital da cabeccedila

42 Lavagem das Amostras de Cabelo

Todas as amostras foram submetidas a uma sequecircncia de etapas de lavagem de 10

minutos cada utilizando acetona e aacutegua deionizada (Figura 16) Em seguida foram colocadas

para secar agrave temperatura ambiente de acordo com o procedimento recomendado pela Agecircncia

Internacional de Energia Atocircmica (IAEA) [5]

Figura 16 Lavagem das amostras de cabelo

As amostras analisadas por XRF foram colocadas diretamente no suporte do

equipamento Os fios foram colocados de maneira a se obter a superfiacutecie do porta-amostra

totalmente coberta pelo cabelo a qual em seguida foi coberta por um filme (Ultralenereg 4

microm de espessura) (Figura 17) Para a anaacutelise com o RBS o cabelo foi aderido ao suporte do

porta-amostra com o auxiacutelio de uma fita dupla face de carbono puro (Figura 18)

Figura 17 Amostra de cabelo em porta-amostra do equipamento de Fluorescecircncia de

Raios X

Figura 18 Amostra de cabelo no porta-amostra do equipamento de Espectrometria de

Retroespalhamento Rutherford

43 Paracircmetros Instrumentais

Anaacutelises semiquantitativas de XRF dos elementos presentes no cabelo foram

realizadas no Laboratoacuterio de Impacto de Foacutetons e Eleacutetrons (LIFE) na Universidade Federal do

Rio de Janeiro (UFRJ) Utilizou-se o Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios-X S8 TIGER

ndash BRUKER (Figura 19) na faixa de energia de 05 a 56 keV acircnodo de Rh trabalhando com 1

kW de potecircncia com uma janela de Be de 76 microm atraveacutes do software Quant-Express no

meacutetodo Best Detection O tempo de aquisiccedilatildeo para cada amostra foi de aproximadamente 20

minutos

Os dados por RBS foram realizados no Laboratoacuterio de Implantaccedilatildeo Iocircnica na

Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) Utilizou-se um acelerador de iacuteons

Tandetron - HVEE 3 MV (Figura 20) usando 2000 keV de iacuteons He+ incidentes e detecccedilatildeo de

partiacuteculas retroespalhadas a 165deg

Figura 19 Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X - S8 TIGER - BRUKER

Figura 20 Acelerador de iacuteons Tandetron - HVEE 3 MV onde foi feita a anaacutelise por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford

50 RESULTADOS E DISCUSSOtildeES

51 Anaacutelise por XRF

O espectro completo de XRF da amostra 2 referente ao cabelo de uma pessoa que

ingere aacutegua de poccedilo eacute mostrado na Figura 21 conforme obtido diretamente do equipamento

Eacute possiacutevel identificar as linhas de excitaccedilatildeo do Rh e as linhas de espalhamento Compton e

Rayleigh Os espectros ampliados somente na regiatildeo de interesse com as linhas de

fluorescecircncia Kα e Kβ atribuiacutedas agrave maioria dos elementos (exceto para o chumbo em que se

detectam as linhas Lα e Lβ) e sem as linhas de Rh de todas as amostras analisadas encontram-

se nos ANEXOS III e IV Os elementos analisados e a energia de suas linhas de emissatildeo de

fluorescecircncia Kα e Kβ satildeo apresentados na Tabela 4

Figura 21 Espectro de Fluorescecircncia de Raios X completo da amostra 2

Tabela 4 Energia em keV das principais linhas de emissatildeo de raios x dos elementos

analisados Adaptado de [26]

Os elementos observados e as concentraccedilotildees semiquantitativas das amostras de

cabelo das pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo e das amostras de cabelo das pessoas que

ingerem aacutegua distribuiacuteda pela CEDAE satildeo apresentados respectivamente nas Tabelas 5 e 6

Kα Kβ

Al 1487 1557

Si 1740 1836

P 2014 2139

S 2308 2464

Cl 2622 2816

Ca 3692 4013

Mn 5899 6490

Fe 6404 7058

Cu 8048 8905

Zn 8639 9572

Pb (Linhas Lα e Lβ) 10552 12614

Elementos

Analisados

Energia (keV) das Linhas de

Emissatildeo de Raios X

Tabela 5 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (1 a 8) que

ingerem aacutegua de poccedilo As concentraccedilotildees dos elementos foram normalizadas de modo que a

soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da matriz orgacircnica em conjunto

seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo ldquoa b c drdquo correlacionam a amostra

de cabelo com o poccedilo do qual o indiviacuteduo ingere aacutegua

1 2 3 4 5 6 7 8

Al 002 003 003 34 ppm natildeo det 006 natildeo det 001

Si 001 54 ppm 006 46 ppm 005 002 002 54 ppm

P 003 003 54 ppm 002 001 46 ppm natildeo det 004

S 117 071 115 118 166 135 151 098

Cl 003 65 ppm 002 002 natildeo det 003 natildeo det 61 ppm

Ca 003 003 80 ppm 002 004 002 008 008

Mn 73 ppm 78 ppm 58 ppm 10 ppm natildeo det 91 ppm natildeo det 54 ppm

Fe 001 001 92 ppm 29 ppm 38 ppm 001 27 ppm 83 ppm

Cu 44 ppm 41 ppm 46 ppm 31 ppm natildeo det 44 ppm 37 ppm 36 ppm

Zn 77 ppm 002 91 ppm 82 ppm 41 ppm 92 ppm 40 ppm 98 ppm

Pb 10 ppm 9 ppm 12 ppm 10 ppm natildeo det 10 ppm natildeo det 9 ppm

a b c d

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Elementos

Tabela 6 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (9 a 16)

que ingerem aacutegua tratada e distribuiacuteda pela CEDAE As concentraccedilotildees dos elementos foram

normalizadas de modo que a soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da

matriz orgacircnica em conjunto seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo

9 10 11 12 13 14 15 16

Al 001 36 ppm natildeo det 002 61 ppm 90 ppm 002 natildeo det

Si natildeo det 35 ppm natildeo det 40 ppm 79 ppm 60 ppm natildeo det natildeo det

P 003 34 ppm 003 002 natildeo det 46 ppm natildeo det 41 ppm

S 111 106 116 152 136 145 155 128

Cl 52 ppm 001 002 003 004 005 014 009

Ca 006 004 002 002 001 001 001 001

Mn 51 ppm 9 ppm 32 ppm natildeo det 24 ppm 57 ppm natildeo det 30 ppm

Fe 82 ppm 30 ppm 57 ppm 56 ppm 59 ppm 90 ppm 52 ppm 54 ppm

Cu 31 ppm 51 ppm 28 ppm 27 ppm 31 ppm 44 ppm 14 ppm 29 ppm

Zn 001 001 92 ppm 86 ppm 001 001 42 ppm 001

Pb natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det

Elementos

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

Na anaacutelise semiquantitativa por XRF pode-se verificar a presenccedila de elevadas

concentraccedilotildees de enxofre o que jaacute era esperado visto que este elemento faz parte da estrutura

da cisteiacutena o aminoaacutecido em maior quantidade na composiccedilatildeo do cabelo

Os elementos Ca Zn e Fe foram detectados em todas as amostras dos dois grupos O

Ca aparece na maior parte das amostras em concentraccedilotildees da ordem de enquanto que o Zn

e o Fe da ordem de ppm Os elementos Al P Mn Cl Si e Cu aparecem na maioria das

amostras em ambos os grupos No entanto o Pb foi observado em concentraccedilotildees da ordem de

ppm somente em amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo

Para as amostras 5 7 e 15 utilizou-se um porta amostra com maacutescara de 8 mm de

diacircmetro ao inveacutes da maacutescara de 34 mm utilizada para as outras amostras devido a pouca

quantidade de cabelo coletado Agrave vantagem de poder utilizar menos amostra com a maacutescara

de 8 mm contrapotildee-se um aumento do ruiacutedo de fundo e a consequente perda da sensibilidade

na anaacutelise Tal fato pode provavelmente justificar a quantidade menor de elementos

observados nessas amostras em comparaccedilatildeo com as demais incluindo a ausecircncia do elemento

chumbo nas amostras 5 e 7 jaacute que o mesmo aparece nas amostras 6 e 8 das pessoas que

bebem a mesma aacutegua dos poccedilos c e d respectivamente

52 Anaacutelise por RBS

Apresenta-se na Figura 22 o espectro de RBS da amostra 2 adquirido durante 8

horas de anaacutelise e apoacutes tratamento dos dados atraveacutes do programa computacional OriginPro 8

Duas ampliaccedilotildees (I e II) nas regiotildees de mais alta energia satildeo apresentadas nas Figuras 23 e

24 Observou-se a presenccedila dos elementos C N O Si S Cl Ti Cu Zn e Pb

As energias dos iacuteons He+ retroespalhados a partir da interaccedilatildeo com os nuacutecleos de Pb

e Hg satildeo muito proacuteximas tornando difiacutecil a resoluccedilatildeo dos sinais No entanto o Hg natildeo foi

observado em nenhuma das amostras por XRF enquanto o Pb pode ser detectado claramente

Conclui-se portanto que o degrau no espectro eacute correspondente ao Pb

Utilizando-se o caacutelculo da seccedilatildeo de choque de espalhamento Rutherford foi possiacutevel

obter uma anaacutelise quantitativa relativa da amostra 2 Para isso foi escolhido o enxofre como

elemento padratildeo devido ao fato do S estar presente em todas as amostras de cabelo e ser

facilmente detectaacutevel por ambas as teacutecnicas Para cada aacutetomo de S na amostra de cabelo as

seguintes proporccedilotildees atocircmicas foram obtidas 115 x 102 C 274 x 10

1 N 157 x 10

1 O 479 x

10-1

Si 641 x 10-1

Cl 454 x 10-2

Ti 162 x 10-2

Cu 265 x 10-2

Zn e 504 x 10-4

Pb

Figura 22 Espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da amostra 2

(grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 23 Ampliaccedilatildeo I do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 24 Ampliaccedilatildeo II do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

60 CONCLUSOtildeES

As teacutecnicas de XRF e RBS mostraram-se eficientes e complementares na

determinaccedilatildeo de vaacuterios elementos presentes em amostras de cabelo humano Atraveacutes das duas

teacutecnicas foi possiacutevel detectar de forma semiquantitativa a presenccedila de elementos desde o Al

ateacute o Pb Por RBS tambeacutem foram detectados elementos mais leves como C N e O A

utilizaccedilatildeo conjunta das duas teacutecnicas permitiu a identificaccedilatildeo inequiacutevoca de Pb no espectro de

RBS

Eacute evidente que as concentraccedilotildees dos elementos nas amostras de cabelo dependem de

diversos fatores tais como o tipo de alimentaccedilatildeo idade sexo ambiente em que o indiviacuteduo

vive e podem ser provenientes de meios exoacutegenos e endoacutegenos Entretanto considerando o

natildeo aparecimento do Pb em nenhuma das amostras de cabelo das pessoas que ingerem aacutegua

distribuiacuteda pela CEDAE aleacutem das anaacutelises preacutevias da aacutegua dos poccedilos da aacuterea em estudo eacute

possiacutevel afirmar que existe uma elevada possibilidade da aacutegua de poccedilo estaacute atuando como

uma fonte de contaminaccedilatildeo de Pb para as pessoas Como o Pb eacute um elemento toacutexico com

propriedade de bioacumulaccedilatildeo sua presenccedila pode gerar danos irreversiacuteveis aos organismos

vivos

70 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS

Como sugestotildees deste estudo podemos indicar

Realizar uma anaacutelise quantitativa de um nuacutemero mais amplo de amostras

Efetuar uma comparaccedilatildeo com materiais de referecircncia certificados a fim de

determinar com um grau de confiabilidade mais elevado se as quantidades de

chumbo detectadas nas amostras de cabelo estatildeo acima do intervalo de valores

considerados aceitaacuteveis

80 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

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Nuclear Instruments and Methods in Physics Research 1993 B 77 249-260

[13] PAIXAtildeO P V GOMES L M B Anaacutelise de aacutegua de poccedilos subterracircneos na

localidade Chaacutecaras Arcampo em Duque de Caxias ndash RJ Relatoacuterio Final de Estaacutegio

Iniciaccedilatildeo Cientiacutefica Instituto de Quiacutemica ndash Universidade Federal do Rio de Janeiro ndash UFRJ

Rio de Janeiro 2012

[14] ANUNCIACcedilAtildeO D L R Anaacutelise de elementos maiores menores e traccedilo em

amostras de cabelo aplicado a triagem populacional com elevada incidecircncia de cacircncer

Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Quiacutemica Instituto de Quiacutemica ndash Universidade de Brasiacutelia

Brasiacutelia ndash Distrito Federal 2008

[15] TEGON E C Caracterizaccedilatildeo Quiacutemica do Enxofre e do Caacutelcio presentes em

amostras de cabelos empregando as teacutecnicas XRF e NEXAFS Projeto de Final de Curso

em Quiacutemica com Atribuiccedilotildees Tecnoloacutegicas Instituto de Quiacutemica ndash Universidade Federal do

Rio de Janeiro Rio de Janeiro 2013

[16] Dossiecirc os minerais na alimentaccedilatildeo Food Ingredients Brasil 2008 ndeg 4 48-65

Disponiacutevel em lt wwwrevista-ficommaterias52pdfgt Acesso em 30 de julho de 2015

[17] CEDAE Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos Disponiacutevel em

ltwwwcedaecombrgt Acesso em 30 de julho de 2015

[18] IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatiacutestica Censo Brasileiro de 2010 Rio de

Janeiro 2010 Disponiacutevel em ltwwwcenso2010ibgegovbrgt Acesso em 30 de julho de

2015

[19] RESENDE D ALENCAR E ALMEIDA R BERTA R Principal reservatoacuterio do

Paraiacuteba do Sul Paraibuna chega ao volume morto pela primeira vez Jornal O Globo 22

de janeiro de 2015 Disponiacutevel em httpogloboglobocomrioprincipal-reservatorio-do-

paraiba-do-sul-paraibuna-chega-ao-volume-morto-pela-primeira-vez-gt Acesso em 30 de

julho de 2015

[20] Fundamentos teoacutericos da teacutecnica de anaacutelise espectromeacutetrica por fluorescecircncia de

raios-x PUC-Rio ndash Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em

lthttpwwwmaxwellvracpuc-riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 30 de julho de 2015

[21] TASCH P DAMIANI F OLIVEIRA L C M IE - 607A Teacutecnicas de anaacutelise e

caracterizaccedilatildeo de materiais Universidade Estadual de Campinas ndash UNICAMP Campinas

2000

[22] FILHO V F N Teacutecnicas analiacuteticas nucleares de Fluorescecircncia de Raios ndashX por

Dispersatildeo de Enerdia (ED-XRF) e por Reflexatildeo Total (TXRF) Departamento de Ciecircncias

Exatas ESALQ Laboratoacuterio de Instrumentaccedilatildeo Nuclear CENA Universidade de Satildeo Paulo

ndash USP Satildeo Paulo 1999

[23] PERDONAacute C R Introduccedilatildeo a espectrometria de Fluorescecircncia de Raios-X Manual

Teacutecnico ndash BRUKER 2014

[24] O espectrocircmetro de fluorescecircncia de raios-x Thermo ARL 9900 PUC-Rio ndash

Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em lthttpwwwmaxwellvracpuc-

riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 08 de agosto de 2015

[25] KRUG C Superfiacutecies porosas recobertas com metalocenos anaacutelise multivariada

envolvendo caracterizaccedilatildeo com feixe de iacuteons Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Fiacutesica Instituto

de Fiacutesica Universidade Federal do Rio Grande do Sul ndash UFRGS Porto Alegre 2000

[26] TABACNIKS M H Anaacutelise de filmes finos por PIXE e RBS Instituto de Fiacutesica da

Universidade de Satildeo Paulo Disponiacutevel em ltwww2ifuspbr~lamfipixeamprbspdfgt Acesso

em julho de 2015

[27] ALMEIDA C R Efeito de tratamentos teacutermico e quiacutemico de aerogeacuteis de oacutexido de

estanho Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Engenharia Eleacutetrica Universidade Federal de Santa

Catarina Florianoacutepolis 2013

[28] ATTWOOD D T HENKE B L et al X-Ray Data Booklet Lawrence Berkeley

Laboratory University of California Berkeley California 1986

ANEXO I

MODELO DO QUESTIONAacuteRIO PREENCHIDO ANTES DA COLETA DAS AMOSTRAS

DE CABELO

Coacutedigo da amostra

Nome

Idade (anos)

Endereccedilo

Fuma Sim ( ) Natildeo ( )

Ingere aacutegua de que tipo (poccedilo CEDAE) Poccedilo ( ) CEDAE ( )

Fez algum tipo de tratamento quiacutemico no cabelo

(coloraccedilatildeo alisamento etc)Sim ( ) Natildeo ( )

Qual Quando foi a uacuteltima vez

Esteve bem de sauacutede nos uacuteltimos 6 meses Sim ( ) Natildeo ( )

Data da coleta

Responsaacutevel pela coleta

COLETA DE AMOSTRA DE CABELO

ANEXO II

INFORMACcedilOtildeES ADICIONAIS SOBRE OS DOADORES E AS AMOSTRAS DE

CABELO COLETADAS

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

1 Feminino 62 Cacheado Castanho Escuro

2 Feminino 27 Cacheado Castanho Escuro

3 Feminino 17 Liso Castanho Escuro

4 Feminino 10 Cacheado Castanho Escuro

5 Feminino 58 Liso Castanho Escuro

6 Feminino 7 Cacheado Castanho Escuro

7 Masculino 17 Liso Castanho Claro

8 Feminino 39 Liso Castanho Escuro

Pessoas que Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

9 Feminino 41 Cacheado Castanho Escuro

10 Feminino 17 Ondulado Castanho Claro

11 Masculino 1 Cacheado Castanho Escuro

12 Feminino 11 Liso Castanho Escuro

13 Masculino 21 Liso Castanho Escuro

14 Masculino 42 Cacheado Preto

15 Masculino 6 Liso Preto

16 Masculino 14 Liso Preto

Pessoas que Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

ANEXO III

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DE POCcedilO (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 1

Amostra 2

Amostra 3

Amostra 4

Amostra 5

Amostra 6

Amostra 7

Amostra 8

ANEXO IV

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DISTRIBUIacuteDA PELA CEDAE (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 9

Amostra 10

Amostra 11

Amostra 12

Amostra 13

Amostra 14

Amostra 15

Amostra 16

Page 29: Dissertação Priscilla Velasco da Paixão

Esses dois processos de relaxaccedilatildeo do sistema satildeo concorrentes e a predominacircncia de um ou de

outro depende do numero atocircmico O Efeito Auger prevalece em elementos com baixo

nuacutemero atocircmico (Zlt20) [21]

Figura 8 Efeito Auger [20]

O fenocircmeno de espalhamento de raios x eacute importante em espectroscopia pois eacute

responsaacutevel pela intensidade da radiaccedilatildeo de fundo (background) presente em uma

determinada medida Ele eacute a soma dos efeitos de dois fenocircmenos o espalhamento coerente

elaacutestico ou Rayleigh no qual os raios x primaacuterios satildeo defletidos sem perda de energia isto eacute

sem alteraccedilatildeo no comprimento de onda (λ) e o espalhamento incoerente inelaacutestico ou

Compton no qual foacutetons de raios x primaacuterio satildeo defletidos com perda de energia e com

ejeccedilatildeo de um fotoeleacutetron (Figura 9) [21]

Figura 9 Espalhamento Compton e Rayleigh [21]

35 Fluorescecircncia de Raios X - Instrumentaccedilatildeo

Na Figura 10 pode ser observado um esquema com os principais componentes do

espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X por Dispersatildeo de Comprimento de Onda

(WDXRF - Wavelength Dispersive X-ray Fluorescence) utilizado neste trabalho Suas

funccedilotildees seratildeo descritas em seguida [23]

Figura 10 Instrumentaccedilatildeo do Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X por Dispersatildeo de

Comprimento de Onda - S8 TIGER - BRUKER [23]

Tubo de Raios X

A radiaccedilatildeo incidente eacute produzida em um tubo de raios x consistindo em uma ampola

de vidro ou de metal sob alto vaacutecuo com um filamento de tungstecircnio em uma extremidade

denominado caacutetodo e um alvo de metal na outra extremidade denominado acircnodo

O filamento eacute aquecido por uma corrente eleacutetrica e emite eleacutetrons (emissatildeo

termiocircnica) Os eleacutetrons satildeo acelerados rumo a um acircnodo (alvo) empregando-se uma

diferenccedila de potencial (10-70 kV) Raios x primaacuterios satildeo produzidos quando esses eleacutetrons

com alta velocidade colidem com o material alvo Com o impacto a maior parte da energia

cineacutetica dos eleacutetrons eacute convertida em calor exigindo que o acircnodo seja resfriado de forma

eficiente Apenas uma pequena parte (02-05 dependendo do tipo do alvo) da energia

eletrocircnica eacute convertida em raios x uacuteteis

Essa radiaccedilatildeo consiste em um Contiacutenuo ou Bremsstrahlung e linhas de raios x

caracteriacutesticas do material alvo (aleacutem de linhas caracteriacutesticas de quaisquer contaminantes

presentes) Assim o espectro primaacuterio de um tubo de raios x convencional consiste em linhas

caracteriacutesticas do material do acircnodo (por exemplo Rh) superpostas a um contiacutenuo de

radiaccedilatildeo

Os tubos de raios x satildeo geralmente isolados atraveacutes de uma janela de beriacutelio pois

esse elemento apresenta baixa absorccedilatildeo de raios x e alta resistecircncia mecacircnica para suportar as

diferenccedilas de pressatildeo

Filtros do Feixe Primaacuterio

O espectro primaacuterio pode natildeo conter apenas as linhas do elemento-alvo mas tambeacutem

as linhas de impurezas como Fe Cr ou Cu presentes em vaacuterias partes do tubo Desta forma o

niacutevel de fundo (background) na posiccedilatildeo desses elementos no espectro pode ser elevado

Filtros de feixe primaacuterio satildeo utilizados para filtrar as linhas caracteriacutesticas do tubo se

o mesmo elemento estiver presente na amostra ou se houver sobreposiccedilatildeo por uma linha do

tubo em linhas de elementos da amostra No equipamento em que foram feitas as anaacutelises satildeo

utilizados (automaticamente) os filtros de Cu de 200 microm de espessura e o de Al de 500 microm de

espessura

Maacutescara

Delimita a aacuterea da amostra que seraacute irradiada

Selo de vaacutecuo (Vacuum seal )

Protege o sistema de detecccedilatildeo dos foacutetons de raios x de qualquer vazamento de

amostra

Goniocircmetro

Em equipamentos de dispersatildeo sequencial empregam-se uma ldquogeometria do feixe

paralelordquo ou uma ldquogeometria de cristal planardquo permitindo que os acircngulos do cristal e do

detector sejam selecionados por um aparelho chamado goniocircmetro

O goniocircmetro eacute uma estrutura de rotaccedilatildeo que permite que o cristal e o detector

possuam um movimento angular acoplado θ a 2θ entre eles

Colimador

Colima o feixe divergente de raios x emitido pela amostra Satildeo normalmente feitos

de uma seacuterie de lacircminas paralelas O comprimento e o espaccedilamento entre as lacircminas

determinam a divergecircncia angular admitida pelo colimador Essa divergecircncia angular

juntamente com o cristal determina a resoluccedilatildeo final do espectro

Pode-se melhorar a resoluccedilatildeo fechando o colimador para minimizar a divergecircncia

Poreacutem com isso a intensidade tambeacutem diminui Assim torna-se necessaacuterio um equiliacutebrio

entre a resoluccedilatildeo final (necessaacuteria para evitar sobreposiccedilotildees espectrais importantes) e a

sensibilidade (relacionada com a intensidade)

Cristal

Separa os vaacuterios comprimentos de onda emitidos pela amostra A lei de Bragg

(equaccedilatildeo 2) propotildee que se um plano cristalino tiver um espaccedilamento interplanar (d) refletindo

um comprimento de raios x (λ) essa onda difere em caminho percorrido por uma distacircncia

(2dsenθ) da onda refletida pelo plano adjacente Quando esse caminho percorrido difere por

um nuacutemero inteiro de comprimento de onda tem-se uma interferecircncia construtiva e os raios x

refletidos satildeo reforccedilados Caso contraacuterio tem-se uma interferecircncia destrutiva e os raios x

refletidos se anulam A equaccedilatildeo de Bragg (2)

119899120582 = 2119889119904119890119899120579 (Eq 2)

Onde

n = nuacutemero inteiro (1 2 3) chamado Ordem de Difraccedilatildeo

d = espaccedilamento interplanos no cristal utilizado

θ = acircngulo de Bragg ou acircngulo de difraccedilatildeo

λ = comprimento de onda da linha espectral

Dessa forma para um dado plano cristalino e uma dada ordem de difraccedilatildeo cada

comprimento de onda no espectro de XRF incidente eacute difratado em um uacutenico acircngulo O

comprimento de onda maacuteximo que o proacuteprio plano cristalino pode difratar eacute 2d (quando senθ

assume o valor maacuteximo de 1) Portanto eacute necessaacuterio um cristal ou um plano cristalino com

diferentes valores de 2d para cobrir diferentes intervalos de comprimento de onda em toda a

tabela perioacutedica No espectrocircmetro utilizado neste trabalho foram usados os seguintes cristais

XS-55 (multicamada de WSi) do C ateacute o Mg PET (Pentaeritriato) do Al ateacute o Ti e LiF 200

do K ateacute o U

Detector

Converte os foacutetons de raios x em pulsos de tensatildeo mensuraacuteveis Satildeo utilizados dois

detectores para cobrir todos os elementos do Be ao U Detector de fluxo proporcional

(preenchido com Ar) para elementos do Be ao Cr e o detector de cintilaccedilatildeo de NaI(Tl) para

elementos do Mn ao U

Detectores de fluxo proporcional

Satildeo detectores de radiaccedilatildeo que operam a partir da ionizaccedilatildeo de gases Satildeo

constituiacutedos por um conjunto de eletrodos e um gaacutes Quando o gaacutes eacute colocado entre dois

eletrodos aos quais eacute aplicada certa diferenccedila de potencial os caacutetions e eleacutetrons produzidos

pela passagem de radiaccedilatildeo seratildeo atraiacutedos pelos eletrodos de carga oposta e por eles seratildeo

coletados Na regiatildeo de verdadeira proporcionalidade (Equaccedilatildeo 3) a razatildeo entre a carga

coletada pelos eletrodos e a carga gerada pela ionizaccedilatildeo primaacuteria manteacutem-se constante para as

diferenccedilas de potencial (∆V) aplicadas e com um capacitor de capacitacircncia (C)

Quando a radiaccedilatildeo atravessa esse tipo de detector e produz pares iocircnicos (formados

por eleacutetrons e caacutetions do gaacutes) esses caacutetions (ionizaccedilatildeo primaacuteria) satildeo acelerados adquirindo

energia suficiente para produzir novos pares iocircnicos (ionizaccedilatildeo secundaacuteria) por colisatildeo com

moleacuteculas inicialmente neutras do gaacutes Assim haacute uma multiplicaccedilatildeo do nuacutemero de pares

original A carga coletada eacute igual agrave carga produzida pela radiaccedilatildeo (Q) multiplicada por um

fator (M) denominado ldquoganhordquo

∆119881 = (119872119876)

119862 (Eq 3)

Portanto o sinal produzido tem altura proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo incidente

Detectores de cintilaccedilatildeo

O cintilador eacute uma substacircncia soacutelida ou liacutequida na qual a energia de radiaccedilatildeo

incidente eacute transferida aos eleacutetrons do material sendo depois emitida na forma de radiaccedilatildeo

eletromagneacutetica de frequecircncia menor (visiacutevel ou ultravioleta)

O detector de cintilaccedilatildeo utilizado eacute constituiacutedo por um cristal de NaI(Tl) (iodeto de

soacutedio ativado com 1 de iodeto de taacutelio) no qual ocorre a emissatildeo de radiaccedilatildeo de frequecircncia

menor aleacutem de um fotomultiplicador onde essa radiaccedilatildeo luminosa eacute transformada em pulso

eleacutetrico e amplificada

O mecanismo de cintilaccedilatildeo nos cristais inorgacircnicos baseia-se na propriedade dos

semicondutores terem banda de valecircncia e banda de conduccedilatildeo Na banda de valecircncia os

eleacutetrons estatildeo essencialmente ligados aos siacutetios do cristal Jaacute na banda de conduccedilatildeo os

eleacutetrons tecircm energia suficiente para migrar atraveacutes do cristal No cristal puro natildeo satildeo

encontrados eleacutetrons na banda proibida

Ao incidir uma radiaccedilatildeo no cristal pode ocorrer excitaccedilatildeo de eleacutetrons ateacute a banda de

conduccedilatildeo deixando lacunas na banda de valecircncia (normalmente preenchida)

No cristal puro a energia necessaacuteria para formar um par eleacutetronlacuna eacute

aproximadamente a mesma liberada quando esse par se recombina Assim os espectros de

absorccedilatildeo e emissatildeo superpotildeem-se ocorrendo autoabsorccedilatildeo da radiaccedilatildeo luminosa produzida

Se o cristal for ativado a emissatildeo pode ocorrer via um siacutetio do ativador para o qual a energia

de transiccedilatildeo eacute menor do que a necessaacuteria para a criaccedilatildeo do par eleacutetronlacuna Desse modo o

espectro emitido eacute deslocado para comprimentos de onda maiores e natildeo causa nova absorccedilatildeo

No tubo fotomultiplicador converte-se a radiaccedilatildeo de baixa intensidade produzida no

cintilador em um sinal eleacutetrico uacutetil agrave detecccedilatildeo e contagem de radiaccedilatildeo

Analisador de altura de pulso (PHA)

A energia do foacuteton incidente de raios x determina o tamanho do pulso de tensatildeo

produzido pelo detector O analisador de altura de pulso faz uso dessa propriedade a fim de

selecionar apenas um intervalo estreito de pulsos de voltagem rejeitando todos os pulsos com

intensidades fora do intervalo escolhido

Ao final utiliza-se o meacutetodo de integraccedilatildeo dos recebidos em um integrador

eletrocircnico Se N representa o nuacutemero de contagens em um tempo de integraccedilatildeo t segundos

entatildeo a taxa de contagem eacute Nt contagens por segundo (cps)

36 Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford - Teoria

A teacutecnica de RBS consiste em incidir partiacuteculas monoenergeacuteticas de um feixe de iacuteons

(geralmente iacuteons He+) de alta energia em um alvo estacionaacuterio Ao colidirem com os aacutetomos

do alvo as partiacuteculas satildeo elasticamente espalhadas no campo eleacutetrico do nuacutecleo do aacutetomo e

chegam a um detector por um acircngulo de retroespalhamento Na Figura 11 apresenta-se um

esquema de espalhamento elaacutestico [25-27]

Figura 11 Espalhamento elaacutestico em acircngulo de retroespalhamento de um iacuteon de massa M1

por um aacutetomo de massa M2 com M2gtM1 [25]

O detector ao receber as partiacuteculas espalhadas produz um pulso ou sinal que eacute entatildeo

processado por um analisador multicanal e classificado conforme a amplitude que

corresponde a uma escala em energia Como resultado as informaccedilotildees sobre a composiccedilatildeo

elementar do aacutetomo alvo satildeo obtidas a partir de um espectro de contagens em funccedilatildeo da

energia das partiacuteculas retroespalhadas detectadas [25]

O fator cinemaacutetico (K) eacute responsaacutevel pela anaacutelise elementar qualitativa Essa

grandeza depende da razatildeo entre as energias das partiacuteculas incidentes antes (E0) e depois (E)

do espalhamento (Equaccedilatildeo 4)

119870 = 119864

1198640 (Eq 4)

Considerando as conservaccedilotildees de energia e do momentum na colisatildeo elaacutestica obteacutem-

se a relaccedilatildeo entre o fator cinemaacutetico (K) a massa atocircmica da partiacutecula incidente (M1) a massa

atocircmica do aacutetomo alvo (M2) e o acircngulo de espalhamento (θ) (Eq 5)

119870 = [1198721 119888119900119904120579+ (1198722

2minus 11987212 1199041198901198992120579)

12

1198721+ 1198722]

2

(Eq 5)

Os valores de M1 θ e E0 satildeo preacute-fixados conhecendo E determina-se K e por

conseguinte determina-se M2

A Figura 12 apresenta um esquema do espectro de RBS de um filme fino de

composiccedilatildeo geneacuterica AB onde a massa de A eacute maior do que a massa de B depositado em um

substrato C ainda mais leve

Figura 12 Esquema de um espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford de

um filme fino AB sobre um substrato C ainda mais leve [27]

A resoluccedilatildeo em massa da teacutecnica eacute a diferenccedila miacutenima de massa entre dois aacutetomos-

alvo para que sinais resolvidos possam ser observados no espectro A discriminaccedilatildeo em massa

eacute maacutexima para θ = 180deg razatildeo pela qual satildeo utilizados acircngulos elevados experimentalmente

Pode-se melhorar a resoluccedilatildeo em massa na RBS aumentando a energia e a massa dos aacutetomos

incidentes e melhorando a resoluccedilatildeo do sistema de detecccedilatildeo com o cuidado para natildeo degradar

os detectores [25]

Outra grandeza importante em RBS eacute a seccedilatildeo de choque de espalhamento (σ) que eacute

uma medida da probabilidade de ocorrer o espalhamento e que atribui o caraacuteter quantitativo agrave

teacutecnica [25] Considerando um nuacutemero de partiacuteculas espalhadas (H) sobre um detector tem-se

a Equaccedilatildeo 6

119867 = 119876119873119905 ⟨119889120590

119889120570⟩Ω (Eq 6)

Onde

Q = nuacutemero de partiacuteculas que atinge a amostra

N = densidade volumeacutetrica dos aacutetomos alvo

t = espessura do alvo

⟨119889120590

119889120570⟩ = seccedilatildeo de choque meacutedia de espalhamento

Ω = acircngulo soacutelido do detector em relaccedilatildeo ao feixe

Para acircngulos pequenos tem-se ⟨119889120590

119889120570⟩ = (

119889120590

119889120570)120579

= σ (Eq 7)

Logo 119867 = 119876119873119905120590120570 (Eq 8)

Na Equaccedilatildeo 8 conhecendo o nuacutemero de partiacuteculas que atinge o alvo Q e o detector

H pode-se determinar o numero de aacutetomos por unidade de aacuterea da amostra (Nt) desde que se

conheccedila o acircngulo soacutelido de detecccedilatildeo Ω e a seccedilatildeo de choque de espalhamento (σ) Para uma

colisatildeo elaacutestica entre dois aacutetomos com nuacutemeros atocircmicos Z1 e Z2 (do aacutetomo incidente e do

aacutetomo alvo respectivamente) em que a forccedila de interaccedilatildeo eacute a repulsatildeo eletrostaacutetica dos

nuacutecleos a seccedilatildeo de choque de espalhamento diferencial (por unidade de acircngulo soacutelido) eacute dada

pela Foacutermula de Rutherford (Equaccedilatildeo 9)

119889120590

119889120570= (

119885111988521198902

4119864)2

4

1199041198901198994120579

[1minus ((

11987211198722) 119904119890119899120579)

2

]

12

+cos120579

[1minus ((11987211198722)119904119890119899 120579)

2

]

12

2

(Eq 9)

Em siacutentese a razatildeo entre as concentraccedilotildees relativas dos elementos A e B na

superfiacutecie de uma amostra 119873119860119860119861(119909)

119873119861119860119861(119909)

pode ser calculada com o auxiacutelio de um programa

computacional ou atraveacutes da medida de altura dos degraus obtidos no espectro sendo

calculadas com as Equaccedilotildees 10 e 11

(119889120590

119889120570)119861

(119889120590

119889120570)119860

= Ji (Eq 10)

119873119860119860119861(119909)

119873119861119860119861(119909)

= 119867119860119860119861

119867119861119860119861 119869119894 (Eq 11)

37 Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford - Instrumentaccedilatildeo

Na Figura 13 pode ser observado um esquema com os principais componentes da

instrumentaccedilatildeo utilizada em anaacutelises por RBS que seratildeo descritos em seguida de acordo com

o equipamento utilizado para a realizaccedilatildeo deste trabalho e com informaccedilotildees obtidas na

referecircncia [25]

Figura 13 Esquema dos componentes presentes na instrumentaccedilatildeo utilizada em anaacutelises por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford Fonte Adaptado de [25]

O Laboratoacuterio de Implantaccedilatildeo Iocircnica da Universidade Federal do Rio Grande do Sul

possui um acelerador Tandetron equipado com fontes de iacuteons dos tipos sputtering e de

plasma com tecnologia ldquotandemrdquo com 3MV de tensatildeo maacutexima no terminal e cinco estaccedilotildees

experimentais de linhas distintas incluindo a de RBS

Fonte de iacuteons

Fonte de Plasma um gaacutes ou um vapor eacute ionizado por meio de campos

eletromagneacuteticos na faixa de radiofrequecircncia ou ao ser atravessado por corrente eleacutetrica

Fonte de ldquoSputteringrdquo os iacuteons satildeo produzidos por transferecircncia de momentum

quando da colisatildeo de um feixe primaacuterio (geralmente Cs+) com um alvo soacutelido

Aceleradores ldquotandemrdquo

Neste tipo de acelerador iacuteons positivos deixam a fonte passam por uma troca de

carga (com vapor de Liacutetio ou outro elemento eletropositivo) e satildeo conduzidos com carga

negativa ao tubo acelerador onde satildeo atraiacutedos por um terminal positivo No caso dos iacuteons

produzidos serem originalmente negativos a troca de carga eacute suprimida Junto ao terminal

positivo passam por uma seccedilatildeo contendo um gaacutes ou vapor (N2 no presente caso) ou por uma

folha muito fina de carbono para que os iacuteons emergentes tenham perdido os eleacutetrons Com

carga positiva satildeo novamente acelerados agora por repulsatildeo do terminal Diferenccedilas de

potencial da ordem de vaacuterios milhotildees de volts satildeo obtidas utilizando circuitos multiplicadores

de voltagem que multiplicam e retificam a tensatildeo produzida por um transformador Seguindo

o tubo acelerador geralmente encontra-se um segundo eletroiacutematilde que permite direcionar o

feixe de iacuteons para uma das estaccedilotildees experimentais de acordo com as espeacutecies a serem

detectadas (no presente caso partiacuteculas retroespalhadas)

Detectores de estado soacutelido com junccedilotildees p-n obtidas por implantaccedilatildeo iocircnica

A junccedilatildeo p-n sob polarizaccedilatildeo reversa permite a coleta de cargas geradas na

produccedilatildeo de pares eleacutetron-lacuna Esse fenocircmeno ocorre quando um iacuteon atravessa um

semicondutor excitando eleacutetrons da banda de valecircncia para a banda de conduccedilatildeo que entatildeo

satildeo coletados no acircnodo Dessa forma o nuacutemero de eleacutetrons coletados no acircnodo eacute proporcional

ao nuacutemero de pares de eleacutetron-lacuna produzidos o qual eacute proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo

incidente desde que o iacuteon seja totalmente freado dentro do volume ativo do detector

Analisador multicanal (MCA) no modo de anaacutelise de intensidade de pulso

O MCA consta de uma sequecircncia de registradores onde cada pulso de entrada uma

vez digitalizado por um conversor analoacutegico-digital (ADC) eacute analisado com relaccedilatildeo a sua

amplitude (modo PHA) sob o controle de um discriminador Na sequecircncia o canal de

memoacuteria correspondente tem seu conteuacutedo incrementado em uma unidade Com isso

acumulam-se em um canal especiacutefico todos os pulsos de entrada de um pequeno intervalo de

amplitudes ou energias dos iacuteons incidentes Ao final com a soma dos pulsos recebidos em

cada canal obteacutem-se um histograma do nuacutemero de pulsos em funccedilatildeo de suas amplitudes ou

energias dos iacuteons incidentes

40 METODOLOGIA

41 Amostragem

Amostras de cabelo de 16 pessoas foram coletadas Os doadores foram entrevistados

seguindo o questionaacuterio disponiacutevel no ANEXO I e selecionados de acordo com os seguintes

criteacuterios possuiacuterem cabelos virgens (cabelos sem nenhum tipo de tratamento quiacutemico como

coloraccedilotildees tinturas alisantes entre outros) estarem saudaacuteveis serem natildeo fumantes e viverem

na Regiatildeo Metropolitana do Rio de Janeiro As amostras foram divididas em dois grupos de

oito o primeiro de pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo subterracircneo e o segundo com pessoas

que ingerem a aacutegua tratada e distribuiacuteda pela CEDAE

Foram analisadas amostras de cabelo de duas pessoas que consumiam a aacutegua do

mesmo poccedilo isto eacute duas amostras de cada residecircncia totalizando 4 poccedilos diferentes (a b c

d) na localidade Chaacutecaras Arcampo em Duque de Caxias ndash RJ (Figura 14)

Figura 14 Mapa com os pontos de coleta de amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua

de poccedilo em destaque a localizaccedilatildeo das residecircncias com os poccedilos

Fonte Google Earth Acesso em 30072015

As amostras foram coletadas na regiatildeo occipital da cabeccedila (nuca) como visto na

Figura 15 com o auxiacutelio de uma tesoura de accedilo inoxidaacutevel devidamente limpa com etanol

Essa regiatildeo eacute definida como padratildeo por ser menos suscetiacutevel a contaminaccedilatildeo exoacutegena e

tambeacutem por sempre existir cabelo em indiviacuteduos semicalvos [14] Em seguida as amostras

foram catalogadas e armazenadas em sacos plaacutesticos [5] Informaccedilotildees adicionais sobre o sexo

e a idade dos doadores e o tipo e cor das amostras de cabelo coletadas disponiacuteveis no ANEXO

II

Figura 15 Coleta de amostra de cabelo na regiatildeo occipital da cabeccedila

42 Lavagem das Amostras de Cabelo

Todas as amostras foram submetidas a uma sequecircncia de etapas de lavagem de 10

minutos cada utilizando acetona e aacutegua deionizada (Figura 16) Em seguida foram colocadas

para secar agrave temperatura ambiente de acordo com o procedimento recomendado pela Agecircncia

Internacional de Energia Atocircmica (IAEA) [5]

Figura 16 Lavagem das amostras de cabelo

As amostras analisadas por XRF foram colocadas diretamente no suporte do

equipamento Os fios foram colocados de maneira a se obter a superfiacutecie do porta-amostra

totalmente coberta pelo cabelo a qual em seguida foi coberta por um filme (Ultralenereg 4

microm de espessura) (Figura 17) Para a anaacutelise com o RBS o cabelo foi aderido ao suporte do

porta-amostra com o auxiacutelio de uma fita dupla face de carbono puro (Figura 18)

Figura 17 Amostra de cabelo em porta-amostra do equipamento de Fluorescecircncia de

Raios X

Figura 18 Amostra de cabelo no porta-amostra do equipamento de Espectrometria de

Retroespalhamento Rutherford

43 Paracircmetros Instrumentais

Anaacutelises semiquantitativas de XRF dos elementos presentes no cabelo foram

realizadas no Laboratoacuterio de Impacto de Foacutetons e Eleacutetrons (LIFE) na Universidade Federal do

Rio de Janeiro (UFRJ) Utilizou-se o Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios-X S8 TIGER

ndash BRUKER (Figura 19) na faixa de energia de 05 a 56 keV acircnodo de Rh trabalhando com 1

kW de potecircncia com uma janela de Be de 76 microm atraveacutes do software Quant-Express no

meacutetodo Best Detection O tempo de aquisiccedilatildeo para cada amostra foi de aproximadamente 20

minutos

Os dados por RBS foram realizados no Laboratoacuterio de Implantaccedilatildeo Iocircnica na

Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) Utilizou-se um acelerador de iacuteons

Tandetron - HVEE 3 MV (Figura 20) usando 2000 keV de iacuteons He+ incidentes e detecccedilatildeo de

partiacuteculas retroespalhadas a 165deg

Figura 19 Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X - S8 TIGER - BRUKER

Figura 20 Acelerador de iacuteons Tandetron - HVEE 3 MV onde foi feita a anaacutelise por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford

50 RESULTADOS E DISCUSSOtildeES

51 Anaacutelise por XRF

O espectro completo de XRF da amostra 2 referente ao cabelo de uma pessoa que

ingere aacutegua de poccedilo eacute mostrado na Figura 21 conforme obtido diretamente do equipamento

Eacute possiacutevel identificar as linhas de excitaccedilatildeo do Rh e as linhas de espalhamento Compton e

Rayleigh Os espectros ampliados somente na regiatildeo de interesse com as linhas de

fluorescecircncia Kα e Kβ atribuiacutedas agrave maioria dos elementos (exceto para o chumbo em que se

detectam as linhas Lα e Lβ) e sem as linhas de Rh de todas as amostras analisadas encontram-

se nos ANEXOS III e IV Os elementos analisados e a energia de suas linhas de emissatildeo de

fluorescecircncia Kα e Kβ satildeo apresentados na Tabela 4

Figura 21 Espectro de Fluorescecircncia de Raios X completo da amostra 2

Tabela 4 Energia em keV das principais linhas de emissatildeo de raios x dos elementos

analisados Adaptado de [26]

Os elementos observados e as concentraccedilotildees semiquantitativas das amostras de

cabelo das pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo e das amostras de cabelo das pessoas que

ingerem aacutegua distribuiacuteda pela CEDAE satildeo apresentados respectivamente nas Tabelas 5 e 6

Kα Kβ

Al 1487 1557

Si 1740 1836

P 2014 2139

S 2308 2464

Cl 2622 2816

Ca 3692 4013

Mn 5899 6490

Fe 6404 7058

Cu 8048 8905

Zn 8639 9572

Pb (Linhas Lα e Lβ) 10552 12614

Elementos

Analisados

Energia (keV) das Linhas de

Emissatildeo de Raios X

Tabela 5 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (1 a 8) que

ingerem aacutegua de poccedilo As concentraccedilotildees dos elementos foram normalizadas de modo que a

soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da matriz orgacircnica em conjunto

seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo ldquoa b c drdquo correlacionam a amostra

de cabelo com o poccedilo do qual o indiviacuteduo ingere aacutegua

1 2 3 4 5 6 7 8

Al 002 003 003 34 ppm natildeo det 006 natildeo det 001

Si 001 54 ppm 006 46 ppm 005 002 002 54 ppm

P 003 003 54 ppm 002 001 46 ppm natildeo det 004

S 117 071 115 118 166 135 151 098

Cl 003 65 ppm 002 002 natildeo det 003 natildeo det 61 ppm

Ca 003 003 80 ppm 002 004 002 008 008

Mn 73 ppm 78 ppm 58 ppm 10 ppm natildeo det 91 ppm natildeo det 54 ppm

Fe 001 001 92 ppm 29 ppm 38 ppm 001 27 ppm 83 ppm

Cu 44 ppm 41 ppm 46 ppm 31 ppm natildeo det 44 ppm 37 ppm 36 ppm

Zn 77 ppm 002 91 ppm 82 ppm 41 ppm 92 ppm 40 ppm 98 ppm

Pb 10 ppm 9 ppm 12 ppm 10 ppm natildeo det 10 ppm natildeo det 9 ppm

a b c d

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Elementos

Tabela 6 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (9 a 16)

que ingerem aacutegua tratada e distribuiacuteda pela CEDAE As concentraccedilotildees dos elementos foram

normalizadas de modo que a soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da

matriz orgacircnica em conjunto seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo

9 10 11 12 13 14 15 16

Al 001 36 ppm natildeo det 002 61 ppm 90 ppm 002 natildeo det

Si natildeo det 35 ppm natildeo det 40 ppm 79 ppm 60 ppm natildeo det natildeo det

P 003 34 ppm 003 002 natildeo det 46 ppm natildeo det 41 ppm

S 111 106 116 152 136 145 155 128

Cl 52 ppm 001 002 003 004 005 014 009

Ca 006 004 002 002 001 001 001 001

Mn 51 ppm 9 ppm 32 ppm natildeo det 24 ppm 57 ppm natildeo det 30 ppm

Fe 82 ppm 30 ppm 57 ppm 56 ppm 59 ppm 90 ppm 52 ppm 54 ppm

Cu 31 ppm 51 ppm 28 ppm 27 ppm 31 ppm 44 ppm 14 ppm 29 ppm

Zn 001 001 92 ppm 86 ppm 001 001 42 ppm 001

Pb natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det

Elementos

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

Na anaacutelise semiquantitativa por XRF pode-se verificar a presenccedila de elevadas

concentraccedilotildees de enxofre o que jaacute era esperado visto que este elemento faz parte da estrutura

da cisteiacutena o aminoaacutecido em maior quantidade na composiccedilatildeo do cabelo

Os elementos Ca Zn e Fe foram detectados em todas as amostras dos dois grupos O

Ca aparece na maior parte das amostras em concentraccedilotildees da ordem de enquanto que o Zn

e o Fe da ordem de ppm Os elementos Al P Mn Cl Si e Cu aparecem na maioria das

amostras em ambos os grupos No entanto o Pb foi observado em concentraccedilotildees da ordem de

ppm somente em amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo

Para as amostras 5 7 e 15 utilizou-se um porta amostra com maacutescara de 8 mm de

diacircmetro ao inveacutes da maacutescara de 34 mm utilizada para as outras amostras devido a pouca

quantidade de cabelo coletado Agrave vantagem de poder utilizar menos amostra com a maacutescara

de 8 mm contrapotildee-se um aumento do ruiacutedo de fundo e a consequente perda da sensibilidade

na anaacutelise Tal fato pode provavelmente justificar a quantidade menor de elementos

observados nessas amostras em comparaccedilatildeo com as demais incluindo a ausecircncia do elemento

chumbo nas amostras 5 e 7 jaacute que o mesmo aparece nas amostras 6 e 8 das pessoas que

bebem a mesma aacutegua dos poccedilos c e d respectivamente

52 Anaacutelise por RBS

Apresenta-se na Figura 22 o espectro de RBS da amostra 2 adquirido durante 8

horas de anaacutelise e apoacutes tratamento dos dados atraveacutes do programa computacional OriginPro 8

Duas ampliaccedilotildees (I e II) nas regiotildees de mais alta energia satildeo apresentadas nas Figuras 23 e

24 Observou-se a presenccedila dos elementos C N O Si S Cl Ti Cu Zn e Pb

As energias dos iacuteons He+ retroespalhados a partir da interaccedilatildeo com os nuacutecleos de Pb

e Hg satildeo muito proacuteximas tornando difiacutecil a resoluccedilatildeo dos sinais No entanto o Hg natildeo foi

observado em nenhuma das amostras por XRF enquanto o Pb pode ser detectado claramente

Conclui-se portanto que o degrau no espectro eacute correspondente ao Pb

Utilizando-se o caacutelculo da seccedilatildeo de choque de espalhamento Rutherford foi possiacutevel

obter uma anaacutelise quantitativa relativa da amostra 2 Para isso foi escolhido o enxofre como

elemento padratildeo devido ao fato do S estar presente em todas as amostras de cabelo e ser

facilmente detectaacutevel por ambas as teacutecnicas Para cada aacutetomo de S na amostra de cabelo as

seguintes proporccedilotildees atocircmicas foram obtidas 115 x 102 C 274 x 10

1 N 157 x 10

1 O 479 x

10-1

Si 641 x 10-1

Cl 454 x 10-2

Ti 162 x 10-2

Cu 265 x 10-2

Zn e 504 x 10-4

Pb

Figura 22 Espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da amostra 2

(grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 23 Ampliaccedilatildeo I do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 24 Ampliaccedilatildeo II do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

60 CONCLUSOtildeES

As teacutecnicas de XRF e RBS mostraram-se eficientes e complementares na

determinaccedilatildeo de vaacuterios elementos presentes em amostras de cabelo humano Atraveacutes das duas

teacutecnicas foi possiacutevel detectar de forma semiquantitativa a presenccedila de elementos desde o Al

ateacute o Pb Por RBS tambeacutem foram detectados elementos mais leves como C N e O A

utilizaccedilatildeo conjunta das duas teacutecnicas permitiu a identificaccedilatildeo inequiacutevoca de Pb no espectro de

RBS

Eacute evidente que as concentraccedilotildees dos elementos nas amostras de cabelo dependem de

diversos fatores tais como o tipo de alimentaccedilatildeo idade sexo ambiente em que o indiviacuteduo

vive e podem ser provenientes de meios exoacutegenos e endoacutegenos Entretanto considerando o

natildeo aparecimento do Pb em nenhuma das amostras de cabelo das pessoas que ingerem aacutegua

distribuiacuteda pela CEDAE aleacutem das anaacutelises preacutevias da aacutegua dos poccedilos da aacuterea em estudo eacute

possiacutevel afirmar que existe uma elevada possibilidade da aacutegua de poccedilo estaacute atuando como

uma fonte de contaminaccedilatildeo de Pb para as pessoas Como o Pb eacute um elemento toacutexico com

propriedade de bioacumulaccedilatildeo sua presenccedila pode gerar danos irreversiacuteveis aos organismos

vivos

70 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS

Como sugestotildees deste estudo podemos indicar

Realizar uma anaacutelise quantitativa de um nuacutemero mais amplo de amostras

Efetuar uma comparaccedilatildeo com materiais de referecircncia certificados a fim de

determinar com um grau de confiabilidade mais elevado se as quantidades de

chumbo detectadas nas amostras de cabelo estatildeo acima do intervalo de valores

considerados aceitaacuteveis

80 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

[1] POZEBON D DRESSLER V L CURTIUS A J Anaacutelise de cabelo uma revisatildeo

dos procedimentos para a determinaccedilatildeo de elementos traccedilo e aplicaccedilotildees Quiacutem Nova

1999 22 (6) 838-846

[2] FRAZAtildeO S V Estudo da determinaccedilatildeo de elementos traccedilo em cabelos humanos

pelo meacutetodo de anaacutelise por ativaccedilatildeo de necircutrons Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Ciecircncias na

Aacuterea de Tecnologia Nuclear ndash Aplicaccedilotildees Instituto de Pesquisas Energeacuteticas e Nucleares ndash

Universidade de Satildeo Paulo - USP Satildeo Paulo 2008

[3] CARNEIRO M T W D SILVEIRA C L P MIEKELEY N FORTES L M C

Reference intervals for minor and trace elements in human hair for the population of

Rio de Janeiro city Brazil Quiacutem Nova 2002 25 (1) 37-45

[4] KEMPSON I M SKINNER W M KIRKBRIDE K P The ocurrence and

incorporation of copper and zinc in hair and their potential role as bioindicators a

review Journal of Toxicology and Environmental Health 2007 B 10 611-622

[5] CORTES-TORO E DE GOEIJ J J M BASCO J CHENG Y KINOVA L

MATSUBARA J NIESE S SATP T WESENBERG G R MURAMATSU Y PARR

R M The significance of hair mineral analysis as a means for assessing internal body

burdens of environmental pollutants results from an IAEA co-ordinated research

programme Journal of Radionalytical and Nuclear Chemistry 1993 167 (2) 413-421

[6] CLAYTON E WOOLER K K Sample preparation and system calibration for

Proton-Induced X-ray Emission analysis of hair from occupationally exposed workers

Anal Chem198557 1075-1079

[7] MIEKELEY N CARNEIRO M T W D SILVEIRA C L P How reliable are

human hair reference intervals for trace elements The Science of the Total Environment

1998 218 9-17

[8] MIEKELEY N FORTES L M C SILVEIRA C L P LIMA M B Elemental

anomalies in hair as indicators of endocrinologic pathologies and deficiencies in calcium

and bone metabolism Journal of Trace Elements in Medicine and Biology 2001 15 46-55

[9] TORIBARA T Y JACKSON D A FRENCH W R THOMPSON A C

JACKLEVIC J M Nondestructive X-Ray Fluorescence Spectrometry for determination

of trace elements along a single strand of hair Anal Chem 1982 54 1844-1849

[10] KHUDER A BAKIR M A HASAN R MOHAMMAD A Determination of

nickel cuper zinc and lead in human scalp hair in Syrian occupationally exposed

workers by total reflection X-Ray Fluorescence Environ Monit Assess 2008 143 67-74

[11] BARANOWSKA I BARCHANSKI L BAK M SMOLEC B MZYK Z X-Ray

Fluorescence Spectrometry in multielemental analysis of hair and teeth Polish Journal of

Environmental Studies 2004 13 (6) 639-646

[12] WATT F LANDSBERG J P Nuclear microscopy biomedical applications

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research 1993 B 77 249-260

[13] PAIXAtildeO P V GOMES L M B Anaacutelise de aacutegua de poccedilos subterracircneos na

localidade Chaacutecaras Arcampo em Duque de Caxias ndash RJ Relatoacuterio Final de Estaacutegio

Iniciaccedilatildeo Cientiacutefica Instituto de Quiacutemica ndash Universidade Federal do Rio de Janeiro ndash UFRJ

Rio de Janeiro 2012

[14] ANUNCIACcedilAtildeO D L R Anaacutelise de elementos maiores menores e traccedilo em

amostras de cabelo aplicado a triagem populacional com elevada incidecircncia de cacircncer

Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Quiacutemica Instituto de Quiacutemica ndash Universidade de Brasiacutelia

Brasiacutelia ndash Distrito Federal 2008

[15] TEGON E C Caracterizaccedilatildeo Quiacutemica do Enxofre e do Caacutelcio presentes em

amostras de cabelos empregando as teacutecnicas XRF e NEXAFS Projeto de Final de Curso

em Quiacutemica com Atribuiccedilotildees Tecnoloacutegicas Instituto de Quiacutemica ndash Universidade Federal do

Rio de Janeiro Rio de Janeiro 2013

[16] Dossiecirc os minerais na alimentaccedilatildeo Food Ingredients Brasil 2008 ndeg 4 48-65

Disponiacutevel em lt wwwrevista-ficommaterias52pdfgt Acesso em 30 de julho de 2015

[17] CEDAE Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos Disponiacutevel em

ltwwwcedaecombrgt Acesso em 30 de julho de 2015

[18] IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatiacutestica Censo Brasileiro de 2010 Rio de

Janeiro 2010 Disponiacutevel em ltwwwcenso2010ibgegovbrgt Acesso em 30 de julho de

2015

[19] RESENDE D ALENCAR E ALMEIDA R BERTA R Principal reservatoacuterio do

Paraiacuteba do Sul Paraibuna chega ao volume morto pela primeira vez Jornal O Globo 22

de janeiro de 2015 Disponiacutevel em httpogloboglobocomrioprincipal-reservatorio-do-

paraiba-do-sul-paraibuna-chega-ao-volume-morto-pela-primeira-vez-gt Acesso em 30 de

julho de 2015

[20] Fundamentos teoacutericos da teacutecnica de anaacutelise espectromeacutetrica por fluorescecircncia de

raios-x PUC-Rio ndash Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em

lthttpwwwmaxwellvracpuc-riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 30 de julho de 2015

[21] TASCH P DAMIANI F OLIVEIRA L C M IE - 607A Teacutecnicas de anaacutelise e

caracterizaccedilatildeo de materiais Universidade Estadual de Campinas ndash UNICAMP Campinas

2000

[22] FILHO V F N Teacutecnicas analiacuteticas nucleares de Fluorescecircncia de Raios ndashX por

Dispersatildeo de Enerdia (ED-XRF) e por Reflexatildeo Total (TXRF) Departamento de Ciecircncias

Exatas ESALQ Laboratoacuterio de Instrumentaccedilatildeo Nuclear CENA Universidade de Satildeo Paulo

ndash USP Satildeo Paulo 1999

[23] PERDONAacute C R Introduccedilatildeo a espectrometria de Fluorescecircncia de Raios-X Manual

Teacutecnico ndash BRUKER 2014

[24] O espectrocircmetro de fluorescecircncia de raios-x Thermo ARL 9900 PUC-Rio ndash

Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em lthttpwwwmaxwellvracpuc-

riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 08 de agosto de 2015

[25] KRUG C Superfiacutecies porosas recobertas com metalocenos anaacutelise multivariada

envolvendo caracterizaccedilatildeo com feixe de iacuteons Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Fiacutesica Instituto

de Fiacutesica Universidade Federal do Rio Grande do Sul ndash UFRGS Porto Alegre 2000

[26] TABACNIKS M H Anaacutelise de filmes finos por PIXE e RBS Instituto de Fiacutesica da

Universidade de Satildeo Paulo Disponiacutevel em ltwww2ifuspbr~lamfipixeamprbspdfgt Acesso

em julho de 2015

[27] ALMEIDA C R Efeito de tratamentos teacutermico e quiacutemico de aerogeacuteis de oacutexido de

estanho Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Engenharia Eleacutetrica Universidade Federal de Santa

Catarina Florianoacutepolis 2013

[28] ATTWOOD D T HENKE B L et al X-Ray Data Booklet Lawrence Berkeley

Laboratory University of California Berkeley California 1986

ANEXO I

MODELO DO QUESTIONAacuteRIO PREENCHIDO ANTES DA COLETA DAS AMOSTRAS

DE CABELO

Coacutedigo da amostra

Nome

Idade (anos)

Endereccedilo

Fuma Sim ( ) Natildeo ( )

Ingere aacutegua de que tipo (poccedilo CEDAE) Poccedilo ( ) CEDAE ( )

Fez algum tipo de tratamento quiacutemico no cabelo

(coloraccedilatildeo alisamento etc)Sim ( ) Natildeo ( )

Qual Quando foi a uacuteltima vez

Esteve bem de sauacutede nos uacuteltimos 6 meses Sim ( ) Natildeo ( )

Data da coleta

Responsaacutevel pela coleta

COLETA DE AMOSTRA DE CABELO

ANEXO II

INFORMACcedilOtildeES ADICIONAIS SOBRE OS DOADORES E AS AMOSTRAS DE

CABELO COLETADAS

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

1 Feminino 62 Cacheado Castanho Escuro

2 Feminino 27 Cacheado Castanho Escuro

3 Feminino 17 Liso Castanho Escuro

4 Feminino 10 Cacheado Castanho Escuro

5 Feminino 58 Liso Castanho Escuro

6 Feminino 7 Cacheado Castanho Escuro

7 Masculino 17 Liso Castanho Claro

8 Feminino 39 Liso Castanho Escuro

Pessoas que Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

9 Feminino 41 Cacheado Castanho Escuro

10 Feminino 17 Ondulado Castanho Claro

11 Masculino 1 Cacheado Castanho Escuro

12 Feminino 11 Liso Castanho Escuro

13 Masculino 21 Liso Castanho Escuro

14 Masculino 42 Cacheado Preto

15 Masculino 6 Liso Preto

16 Masculino 14 Liso Preto

Pessoas que Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

ANEXO III

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DE POCcedilO (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 1

Amostra 2

Amostra 3

Amostra 4

Amostra 5

Amostra 6

Amostra 7

Amostra 8

ANEXO IV

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DISTRIBUIacuteDA PELA CEDAE (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 9

Amostra 10

Amostra 11

Amostra 12

Amostra 13

Amostra 14

Amostra 15

Amostra 16

Page 30: Dissertação Priscilla Velasco da Paixão

Figura 9 Espalhamento Compton e Rayleigh [21]

35 Fluorescecircncia de Raios X - Instrumentaccedilatildeo

Na Figura 10 pode ser observado um esquema com os principais componentes do

espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X por Dispersatildeo de Comprimento de Onda

(WDXRF - Wavelength Dispersive X-ray Fluorescence) utilizado neste trabalho Suas

funccedilotildees seratildeo descritas em seguida [23]

Figura 10 Instrumentaccedilatildeo do Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X por Dispersatildeo de

Comprimento de Onda - S8 TIGER - BRUKER [23]

Tubo de Raios X

A radiaccedilatildeo incidente eacute produzida em um tubo de raios x consistindo em uma ampola

de vidro ou de metal sob alto vaacutecuo com um filamento de tungstecircnio em uma extremidade

denominado caacutetodo e um alvo de metal na outra extremidade denominado acircnodo

O filamento eacute aquecido por uma corrente eleacutetrica e emite eleacutetrons (emissatildeo

termiocircnica) Os eleacutetrons satildeo acelerados rumo a um acircnodo (alvo) empregando-se uma

diferenccedila de potencial (10-70 kV) Raios x primaacuterios satildeo produzidos quando esses eleacutetrons

com alta velocidade colidem com o material alvo Com o impacto a maior parte da energia

cineacutetica dos eleacutetrons eacute convertida em calor exigindo que o acircnodo seja resfriado de forma

eficiente Apenas uma pequena parte (02-05 dependendo do tipo do alvo) da energia

eletrocircnica eacute convertida em raios x uacuteteis

Essa radiaccedilatildeo consiste em um Contiacutenuo ou Bremsstrahlung e linhas de raios x

caracteriacutesticas do material alvo (aleacutem de linhas caracteriacutesticas de quaisquer contaminantes

presentes) Assim o espectro primaacuterio de um tubo de raios x convencional consiste em linhas

caracteriacutesticas do material do acircnodo (por exemplo Rh) superpostas a um contiacutenuo de

radiaccedilatildeo

Os tubos de raios x satildeo geralmente isolados atraveacutes de uma janela de beriacutelio pois

esse elemento apresenta baixa absorccedilatildeo de raios x e alta resistecircncia mecacircnica para suportar as

diferenccedilas de pressatildeo

Filtros do Feixe Primaacuterio

O espectro primaacuterio pode natildeo conter apenas as linhas do elemento-alvo mas tambeacutem

as linhas de impurezas como Fe Cr ou Cu presentes em vaacuterias partes do tubo Desta forma o

niacutevel de fundo (background) na posiccedilatildeo desses elementos no espectro pode ser elevado

Filtros de feixe primaacuterio satildeo utilizados para filtrar as linhas caracteriacutesticas do tubo se

o mesmo elemento estiver presente na amostra ou se houver sobreposiccedilatildeo por uma linha do

tubo em linhas de elementos da amostra No equipamento em que foram feitas as anaacutelises satildeo

utilizados (automaticamente) os filtros de Cu de 200 microm de espessura e o de Al de 500 microm de

espessura

Maacutescara

Delimita a aacuterea da amostra que seraacute irradiada

Selo de vaacutecuo (Vacuum seal )

Protege o sistema de detecccedilatildeo dos foacutetons de raios x de qualquer vazamento de

amostra

Goniocircmetro

Em equipamentos de dispersatildeo sequencial empregam-se uma ldquogeometria do feixe

paralelordquo ou uma ldquogeometria de cristal planardquo permitindo que os acircngulos do cristal e do

detector sejam selecionados por um aparelho chamado goniocircmetro

O goniocircmetro eacute uma estrutura de rotaccedilatildeo que permite que o cristal e o detector

possuam um movimento angular acoplado θ a 2θ entre eles

Colimador

Colima o feixe divergente de raios x emitido pela amostra Satildeo normalmente feitos

de uma seacuterie de lacircminas paralelas O comprimento e o espaccedilamento entre as lacircminas

determinam a divergecircncia angular admitida pelo colimador Essa divergecircncia angular

juntamente com o cristal determina a resoluccedilatildeo final do espectro

Pode-se melhorar a resoluccedilatildeo fechando o colimador para minimizar a divergecircncia

Poreacutem com isso a intensidade tambeacutem diminui Assim torna-se necessaacuterio um equiliacutebrio

entre a resoluccedilatildeo final (necessaacuteria para evitar sobreposiccedilotildees espectrais importantes) e a

sensibilidade (relacionada com a intensidade)

Cristal

Separa os vaacuterios comprimentos de onda emitidos pela amostra A lei de Bragg

(equaccedilatildeo 2) propotildee que se um plano cristalino tiver um espaccedilamento interplanar (d) refletindo

um comprimento de raios x (λ) essa onda difere em caminho percorrido por uma distacircncia

(2dsenθ) da onda refletida pelo plano adjacente Quando esse caminho percorrido difere por

um nuacutemero inteiro de comprimento de onda tem-se uma interferecircncia construtiva e os raios x

refletidos satildeo reforccedilados Caso contraacuterio tem-se uma interferecircncia destrutiva e os raios x

refletidos se anulam A equaccedilatildeo de Bragg (2)

119899120582 = 2119889119904119890119899120579 (Eq 2)

Onde

n = nuacutemero inteiro (1 2 3) chamado Ordem de Difraccedilatildeo

d = espaccedilamento interplanos no cristal utilizado

θ = acircngulo de Bragg ou acircngulo de difraccedilatildeo

λ = comprimento de onda da linha espectral

Dessa forma para um dado plano cristalino e uma dada ordem de difraccedilatildeo cada

comprimento de onda no espectro de XRF incidente eacute difratado em um uacutenico acircngulo O

comprimento de onda maacuteximo que o proacuteprio plano cristalino pode difratar eacute 2d (quando senθ

assume o valor maacuteximo de 1) Portanto eacute necessaacuterio um cristal ou um plano cristalino com

diferentes valores de 2d para cobrir diferentes intervalos de comprimento de onda em toda a

tabela perioacutedica No espectrocircmetro utilizado neste trabalho foram usados os seguintes cristais

XS-55 (multicamada de WSi) do C ateacute o Mg PET (Pentaeritriato) do Al ateacute o Ti e LiF 200

do K ateacute o U

Detector

Converte os foacutetons de raios x em pulsos de tensatildeo mensuraacuteveis Satildeo utilizados dois

detectores para cobrir todos os elementos do Be ao U Detector de fluxo proporcional

(preenchido com Ar) para elementos do Be ao Cr e o detector de cintilaccedilatildeo de NaI(Tl) para

elementos do Mn ao U

Detectores de fluxo proporcional

Satildeo detectores de radiaccedilatildeo que operam a partir da ionizaccedilatildeo de gases Satildeo

constituiacutedos por um conjunto de eletrodos e um gaacutes Quando o gaacutes eacute colocado entre dois

eletrodos aos quais eacute aplicada certa diferenccedila de potencial os caacutetions e eleacutetrons produzidos

pela passagem de radiaccedilatildeo seratildeo atraiacutedos pelos eletrodos de carga oposta e por eles seratildeo

coletados Na regiatildeo de verdadeira proporcionalidade (Equaccedilatildeo 3) a razatildeo entre a carga

coletada pelos eletrodos e a carga gerada pela ionizaccedilatildeo primaacuteria manteacutem-se constante para as

diferenccedilas de potencial (∆V) aplicadas e com um capacitor de capacitacircncia (C)

Quando a radiaccedilatildeo atravessa esse tipo de detector e produz pares iocircnicos (formados

por eleacutetrons e caacutetions do gaacutes) esses caacutetions (ionizaccedilatildeo primaacuteria) satildeo acelerados adquirindo

energia suficiente para produzir novos pares iocircnicos (ionizaccedilatildeo secundaacuteria) por colisatildeo com

moleacuteculas inicialmente neutras do gaacutes Assim haacute uma multiplicaccedilatildeo do nuacutemero de pares

original A carga coletada eacute igual agrave carga produzida pela radiaccedilatildeo (Q) multiplicada por um

fator (M) denominado ldquoganhordquo

∆119881 = (119872119876)

119862 (Eq 3)

Portanto o sinal produzido tem altura proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo incidente

Detectores de cintilaccedilatildeo

O cintilador eacute uma substacircncia soacutelida ou liacutequida na qual a energia de radiaccedilatildeo

incidente eacute transferida aos eleacutetrons do material sendo depois emitida na forma de radiaccedilatildeo

eletromagneacutetica de frequecircncia menor (visiacutevel ou ultravioleta)

O detector de cintilaccedilatildeo utilizado eacute constituiacutedo por um cristal de NaI(Tl) (iodeto de

soacutedio ativado com 1 de iodeto de taacutelio) no qual ocorre a emissatildeo de radiaccedilatildeo de frequecircncia

menor aleacutem de um fotomultiplicador onde essa radiaccedilatildeo luminosa eacute transformada em pulso

eleacutetrico e amplificada

O mecanismo de cintilaccedilatildeo nos cristais inorgacircnicos baseia-se na propriedade dos

semicondutores terem banda de valecircncia e banda de conduccedilatildeo Na banda de valecircncia os

eleacutetrons estatildeo essencialmente ligados aos siacutetios do cristal Jaacute na banda de conduccedilatildeo os

eleacutetrons tecircm energia suficiente para migrar atraveacutes do cristal No cristal puro natildeo satildeo

encontrados eleacutetrons na banda proibida

Ao incidir uma radiaccedilatildeo no cristal pode ocorrer excitaccedilatildeo de eleacutetrons ateacute a banda de

conduccedilatildeo deixando lacunas na banda de valecircncia (normalmente preenchida)

No cristal puro a energia necessaacuteria para formar um par eleacutetronlacuna eacute

aproximadamente a mesma liberada quando esse par se recombina Assim os espectros de

absorccedilatildeo e emissatildeo superpotildeem-se ocorrendo autoabsorccedilatildeo da radiaccedilatildeo luminosa produzida

Se o cristal for ativado a emissatildeo pode ocorrer via um siacutetio do ativador para o qual a energia

de transiccedilatildeo eacute menor do que a necessaacuteria para a criaccedilatildeo do par eleacutetronlacuna Desse modo o

espectro emitido eacute deslocado para comprimentos de onda maiores e natildeo causa nova absorccedilatildeo

No tubo fotomultiplicador converte-se a radiaccedilatildeo de baixa intensidade produzida no

cintilador em um sinal eleacutetrico uacutetil agrave detecccedilatildeo e contagem de radiaccedilatildeo

Analisador de altura de pulso (PHA)

A energia do foacuteton incidente de raios x determina o tamanho do pulso de tensatildeo

produzido pelo detector O analisador de altura de pulso faz uso dessa propriedade a fim de

selecionar apenas um intervalo estreito de pulsos de voltagem rejeitando todos os pulsos com

intensidades fora do intervalo escolhido

Ao final utiliza-se o meacutetodo de integraccedilatildeo dos recebidos em um integrador

eletrocircnico Se N representa o nuacutemero de contagens em um tempo de integraccedilatildeo t segundos

entatildeo a taxa de contagem eacute Nt contagens por segundo (cps)

36 Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford - Teoria

A teacutecnica de RBS consiste em incidir partiacuteculas monoenergeacuteticas de um feixe de iacuteons

(geralmente iacuteons He+) de alta energia em um alvo estacionaacuterio Ao colidirem com os aacutetomos

do alvo as partiacuteculas satildeo elasticamente espalhadas no campo eleacutetrico do nuacutecleo do aacutetomo e

chegam a um detector por um acircngulo de retroespalhamento Na Figura 11 apresenta-se um

esquema de espalhamento elaacutestico [25-27]

Figura 11 Espalhamento elaacutestico em acircngulo de retroespalhamento de um iacuteon de massa M1

por um aacutetomo de massa M2 com M2gtM1 [25]

O detector ao receber as partiacuteculas espalhadas produz um pulso ou sinal que eacute entatildeo

processado por um analisador multicanal e classificado conforme a amplitude que

corresponde a uma escala em energia Como resultado as informaccedilotildees sobre a composiccedilatildeo

elementar do aacutetomo alvo satildeo obtidas a partir de um espectro de contagens em funccedilatildeo da

energia das partiacuteculas retroespalhadas detectadas [25]

O fator cinemaacutetico (K) eacute responsaacutevel pela anaacutelise elementar qualitativa Essa

grandeza depende da razatildeo entre as energias das partiacuteculas incidentes antes (E0) e depois (E)

do espalhamento (Equaccedilatildeo 4)

119870 = 119864

1198640 (Eq 4)

Considerando as conservaccedilotildees de energia e do momentum na colisatildeo elaacutestica obteacutem-

se a relaccedilatildeo entre o fator cinemaacutetico (K) a massa atocircmica da partiacutecula incidente (M1) a massa

atocircmica do aacutetomo alvo (M2) e o acircngulo de espalhamento (θ) (Eq 5)

119870 = [1198721 119888119900119904120579+ (1198722

2minus 11987212 1199041198901198992120579)

12

1198721+ 1198722]

2

(Eq 5)

Os valores de M1 θ e E0 satildeo preacute-fixados conhecendo E determina-se K e por

conseguinte determina-se M2

A Figura 12 apresenta um esquema do espectro de RBS de um filme fino de

composiccedilatildeo geneacuterica AB onde a massa de A eacute maior do que a massa de B depositado em um

substrato C ainda mais leve

Figura 12 Esquema de um espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford de

um filme fino AB sobre um substrato C ainda mais leve [27]

A resoluccedilatildeo em massa da teacutecnica eacute a diferenccedila miacutenima de massa entre dois aacutetomos-

alvo para que sinais resolvidos possam ser observados no espectro A discriminaccedilatildeo em massa

eacute maacutexima para θ = 180deg razatildeo pela qual satildeo utilizados acircngulos elevados experimentalmente

Pode-se melhorar a resoluccedilatildeo em massa na RBS aumentando a energia e a massa dos aacutetomos

incidentes e melhorando a resoluccedilatildeo do sistema de detecccedilatildeo com o cuidado para natildeo degradar

os detectores [25]

Outra grandeza importante em RBS eacute a seccedilatildeo de choque de espalhamento (σ) que eacute

uma medida da probabilidade de ocorrer o espalhamento e que atribui o caraacuteter quantitativo agrave

teacutecnica [25] Considerando um nuacutemero de partiacuteculas espalhadas (H) sobre um detector tem-se

a Equaccedilatildeo 6

119867 = 119876119873119905 ⟨119889120590

119889120570⟩Ω (Eq 6)

Onde

Q = nuacutemero de partiacuteculas que atinge a amostra

N = densidade volumeacutetrica dos aacutetomos alvo

t = espessura do alvo

⟨119889120590

119889120570⟩ = seccedilatildeo de choque meacutedia de espalhamento

Ω = acircngulo soacutelido do detector em relaccedilatildeo ao feixe

Para acircngulos pequenos tem-se ⟨119889120590

119889120570⟩ = (

119889120590

119889120570)120579

= σ (Eq 7)

Logo 119867 = 119876119873119905120590120570 (Eq 8)

Na Equaccedilatildeo 8 conhecendo o nuacutemero de partiacuteculas que atinge o alvo Q e o detector

H pode-se determinar o numero de aacutetomos por unidade de aacuterea da amostra (Nt) desde que se

conheccedila o acircngulo soacutelido de detecccedilatildeo Ω e a seccedilatildeo de choque de espalhamento (σ) Para uma

colisatildeo elaacutestica entre dois aacutetomos com nuacutemeros atocircmicos Z1 e Z2 (do aacutetomo incidente e do

aacutetomo alvo respectivamente) em que a forccedila de interaccedilatildeo eacute a repulsatildeo eletrostaacutetica dos

nuacutecleos a seccedilatildeo de choque de espalhamento diferencial (por unidade de acircngulo soacutelido) eacute dada

pela Foacutermula de Rutherford (Equaccedilatildeo 9)

119889120590

119889120570= (

119885111988521198902

4119864)2

4

1199041198901198994120579

[1minus ((

11987211198722) 119904119890119899120579)

2

]

12

+cos120579

[1minus ((11987211198722)119904119890119899 120579)

2

]

12

2

(Eq 9)

Em siacutentese a razatildeo entre as concentraccedilotildees relativas dos elementos A e B na

superfiacutecie de uma amostra 119873119860119860119861(119909)

119873119861119860119861(119909)

pode ser calculada com o auxiacutelio de um programa

computacional ou atraveacutes da medida de altura dos degraus obtidos no espectro sendo

calculadas com as Equaccedilotildees 10 e 11

(119889120590

119889120570)119861

(119889120590

119889120570)119860

= Ji (Eq 10)

119873119860119860119861(119909)

119873119861119860119861(119909)

= 119867119860119860119861

119867119861119860119861 119869119894 (Eq 11)

37 Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford - Instrumentaccedilatildeo

Na Figura 13 pode ser observado um esquema com os principais componentes da

instrumentaccedilatildeo utilizada em anaacutelises por RBS que seratildeo descritos em seguida de acordo com

o equipamento utilizado para a realizaccedilatildeo deste trabalho e com informaccedilotildees obtidas na

referecircncia [25]

Figura 13 Esquema dos componentes presentes na instrumentaccedilatildeo utilizada em anaacutelises por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford Fonte Adaptado de [25]

O Laboratoacuterio de Implantaccedilatildeo Iocircnica da Universidade Federal do Rio Grande do Sul

possui um acelerador Tandetron equipado com fontes de iacuteons dos tipos sputtering e de

plasma com tecnologia ldquotandemrdquo com 3MV de tensatildeo maacutexima no terminal e cinco estaccedilotildees

experimentais de linhas distintas incluindo a de RBS

Fonte de iacuteons

Fonte de Plasma um gaacutes ou um vapor eacute ionizado por meio de campos

eletromagneacuteticos na faixa de radiofrequecircncia ou ao ser atravessado por corrente eleacutetrica

Fonte de ldquoSputteringrdquo os iacuteons satildeo produzidos por transferecircncia de momentum

quando da colisatildeo de um feixe primaacuterio (geralmente Cs+) com um alvo soacutelido

Aceleradores ldquotandemrdquo

Neste tipo de acelerador iacuteons positivos deixam a fonte passam por uma troca de

carga (com vapor de Liacutetio ou outro elemento eletropositivo) e satildeo conduzidos com carga

negativa ao tubo acelerador onde satildeo atraiacutedos por um terminal positivo No caso dos iacuteons

produzidos serem originalmente negativos a troca de carga eacute suprimida Junto ao terminal

positivo passam por uma seccedilatildeo contendo um gaacutes ou vapor (N2 no presente caso) ou por uma

folha muito fina de carbono para que os iacuteons emergentes tenham perdido os eleacutetrons Com

carga positiva satildeo novamente acelerados agora por repulsatildeo do terminal Diferenccedilas de

potencial da ordem de vaacuterios milhotildees de volts satildeo obtidas utilizando circuitos multiplicadores

de voltagem que multiplicam e retificam a tensatildeo produzida por um transformador Seguindo

o tubo acelerador geralmente encontra-se um segundo eletroiacutematilde que permite direcionar o

feixe de iacuteons para uma das estaccedilotildees experimentais de acordo com as espeacutecies a serem

detectadas (no presente caso partiacuteculas retroespalhadas)

Detectores de estado soacutelido com junccedilotildees p-n obtidas por implantaccedilatildeo iocircnica

A junccedilatildeo p-n sob polarizaccedilatildeo reversa permite a coleta de cargas geradas na

produccedilatildeo de pares eleacutetron-lacuna Esse fenocircmeno ocorre quando um iacuteon atravessa um

semicondutor excitando eleacutetrons da banda de valecircncia para a banda de conduccedilatildeo que entatildeo

satildeo coletados no acircnodo Dessa forma o nuacutemero de eleacutetrons coletados no acircnodo eacute proporcional

ao nuacutemero de pares de eleacutetron-lacuna produzidos o qual eacute proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo

incidente desde que o iacuteon seja totalmente freado dentro do volume ativo do detector

Analisador multicanal (MCA) no modo de anaacutelise de intensidade de pulso

O MCA consta de uma sequecircncia de registradores onde cada pulso de entrada uma

vez digitalizado por um conversor analoacutegico-digital (ADC) eacute analisado com relaccedilatildeo a sua

amplitude (modo PHA) sob o controle de um discriminador Na sequecircncia o canal de

memoacuteria correspondente tem seu conteuacutedo incrementado em uma unidade Com isso

acumulam-se em um canal especiacutefico todos os pulsos de entrada de um pequeno intervalo de

amplitudes ou energias dos iacuteons incidentes Ao final com a soma dos pulsos recebidos em

cada canal obteacutem-se um histograma do nuacutemero de pulsos em funccedilatildeo de suas amplitudes ou

energias dos iacuteons incidentes

40 METODOLOGIA

41 Amostragem

Amostras de cabelo de 16 pessoas foram coletadas Os doadores foram entrevistados

seguindo o questionaacuterio disponiacutevel no ANEXO I e selecionados de acordo com os seguintes

criteacuterios possuiacuterem cabelos virgens (cabelos sem nenhum tipo de tratamento quiacutemico como

coloraccedilotildees tinturas alisantes entre outros) estarem saudaacuteveis serem natildeo fumantes e viverem

na Regiatildeo Metropolitana do Rio de Janeiro As amostras foram divididas em dois grupos de

oito o primeiro de pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo subterracircneo e o segundo com pessoas

que ingerem a aacutegua tratada e distribuiacuteda pela CEDAE

Foram analisadas amostras de cabelo de duas pessoas que consumiam a aacutegua do

mesmo poccedilo isto eacute duas amostras de cada residecircncia totalizando 4 poccedilos diferentes (a b c

d) na localidade Chaacutecaras Arcampo em Duque de Caxias ndash RJ (Figura 14)

Figura 14 Mapa com os pontos de coleta de amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua

de poccedilo em destaque a localizaccedilatildeo das residecircncias com os poccedilos

Fonte Google Earth Acesso em 30072015

As amostras foram coletadas na regiatildeo occipital da cabeccedila (nuca) como visto na

Figura 15 com o auxiacutelio de uma tesoura de accedilo inoxidaacutevel devidamente limpa com etanol

Essa regiatildeo eacute definida como padratildeo por ser menos suscetiacutevel a contaminaccedilatildeo exoacutegena e

tambeacutem por sempre existir cabelo em indiviacuteduos semicalvos [14] Em seguida as amostras

foram catalogadas e armazenadas em sacos plaacutesticos [5] Informaccedilotildees adicionais sobre o sexo

e a idade dos doadores e o tipo e cor das amostras de cabelo coletadas disponiacuteveis no ANEXO

II

Figura 15 Coleta de amostra de cabelo na regiatildeo occipital da cabeccedila

42 Lavagem das Amostras de Cabelo

Todas as amostras foram submetidas a uma sequecircncia de etapas de lavagem de 10

minutos cada utilizando acetona e aacutegua deionizada (Figura 16) Em seguida foram colocadas

para secar agrave temperatura ambiente de acordo com o procedimento recomendado pela Agecircncia

Internacional de Energia Atocircmica (IAEA) [5]

Figura 16 Lavagem das amostras de cabelo

As amostras analisadas por XRF foram colocadas diretamente no suporte do

equipamento Os fios foram colocados de maneira a se obter a superfiacutecie do porta-amostra

totalmente coberta pelo cabelo a qual em seguida foi coberta por um filme (Ultralenereg 4

microm de espessura) (Figura 17) Para a anaacutelise com o RBS o cabelo foi aderido ao suporte do

porta-amostra com o auxiacutelio de uma fita dupla face de carbono puro (Figura 18)

Figura 17 Amostra de cabelo em porta-amostra do equipamento de Fluorescecircncia de

Raios X

Figura 18 Amostra de cabelo no porta-amostra do equipamento de Espectrometria de

Retroespalhamento Rutherford

43 Paracircmetros Instrumentais

Anaacutelises semiquantitativas de XRF dos elementos presentes no cabelo foram

realizadas no Laboratoacuterio de Impacto de Foacutetons e Eleacutetrons (LIFE) na Universidade Federal do

Rio de Janeiro (UFRJ) Utilizou-se o Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios-X S8 TIGER

ndash BRUKER (Figura 19) na faixa de energia de 05 a 56 keV acircnodo de Rh trabalhando com 1

kW de potecircncia com uma janela de Be de 76 microm atraveacutes do software Quant-Express no

meacutetodo Best Detection O tempo de aquisiccedilatildeo para cada amostra foi de aproximadamente 20

minutos

Os dados por RBS foram realizados no Laboratoacuterio de Implantaccedilatildeo Iocircnica na

Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) Utilizou-se um acelerador de iacuteons

Tandetron - HVEE 3 MV (Figura 20) usando 2000 keV de iacuteons He+ incidentes e detecccedilatildeo de

partiacuteculas retroespalhadas a 165deg

Figura 19 Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X - S8 TIGER - BRUKER

Figura 20 Acelerador de iacuteons Tandetron - HVEE 3 MV onde foi feita a anaacutelise por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford

50 RESULTADOS E DISCUSSOtildeES

51 Anaacutelise por XRF

O espectro completo de XRF da amostra 2 referente ao cabelo de uma pessoa que

ingere aacutegua de poccedilo eacute mostrado na Figura 21 conforme obtido diretamente do equipamento

Eacute possiacutevel identificar as linhas de excitaccedilatildeo do Rh e as linhas de espalhamento Compton e

Rayleigh Os espectros ampliados somente na regiatildeo de interesse com as linhas de

fluorescecircncia Kα e Kβ atribuiacutedas agrave maioria dos elementos (exceto para o chumbo em que se

detectam as linhas Lα e Lβ) e sem as linhas de Rh de todas as amostras analisadas encontram-

se nos ANEXOS III e IV Os elementos analisados e a energia de suas linhas de emissatildeo de

fluorescecircncia Kα e Kβ satildeo apresentados na Tabela 4

Figura 21 Espectro de Fluorescecircncia de Raios X completo da amostra 2

Tabela 4 Energia em keV das principais linhas de emissatildeo de raios x dos elementos

analisados Adaptado de [26]

Os elementos observados e as concentraccedilotildees semiquantitativas das amostras de

cabelo das pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo e das amostras de cabelo das pessoas que

ingerem aacutegua distribuiacuteda pela CEDAE satildeo apresentados respectivamente nas Tabelas 5 e 6

Kα Kβ

Al 1487 1557

Si 1740 1836

P 2014 2139

S 2308 2464

Cl 2622 2816

Ca 3692 4013

Mn 5899 6490

Fe 6404 7058

Cu 8048 8905

Zn 8639 9572

Pb (Linhas Lα e Lβ) 10552 12614

Elementos

Analisados

Energia (keV) das Linhas de

Emissatildeo de Raios X

Tabela 5 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (1 a 8) que

ingerem aacutegua de poccedilo As concentraccedilotildees dos elementos foram normalizadas de modo que a

soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da matriz orgacircnica em conjunto

seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo ldquoa b c drdquo correlacionam a amostra

de cabelo com o poccedilo do qual o indiviacuteduo ingere aacutegua

1 2 3 4 5 6 7 8

Al 002 003 003 34 ppm natildeo det 006 natildeo det 001

Si 001 54 ppm 006 46 ppm 005 002 002 54 ppm

P 003 003 54 ppm 002 001 46 ppm natildeo det 004

S 117 071 115 118 166 135 151 098

Cl 003 65 ppm 002 002 natildeo det 003 natildeo det 61 ppm

Ca 003 003 80 ppm 002 004 002 008 008

Mn 73 ppm 78 ppm 58 ppm 10 ppm natildeo det 91 ppm natildeo det 54 ppm

Fe 001 001 92 ppm 29 ppm 38 ppm 001 27 ppm 83 ppm

Cu 44 ppm 41 ppm 46 ppm 31 ppm natildeo det 44 ppm 37 ppm 36 ppm

Zn 77 ppm 002 91 ppm 82 ppm 41 ppm 92 ppm 40 ppm 98 ppm

Pb 10 ppm 9 ppm 12 ppm 10 ppm natildeo det 10 ppm natildeo det 9 ppm

a b c d

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Elementos

Tabela 6 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (9 a 16)

que ingerem aacutegua tratada e distribuiacuteda pela CEDAE As concentraccedilotildees dos elementos foram

normalizadas de modo que a soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da

matriz orgacircnica em conjunto seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo

9 10 11 12 13 14 15 16

Al 001 36 ppm natildeo det 002 61 ppm 90 ppm 002 natildeo det

Si natildeo det 35 ppm natildeo det 40 ppm 79 ppm 60 ppm natildeo det natildeo det

P 003 34 ppm 003 002 natildeo det 46 ppm natildeo det 41 ppm

S 111 106 116 152 136 145 155 128

Cl 52 ppm 001 002 003 004 005 014 009

Ca 006 004 002 002 001 001 001 001

Mn 51 ppm 9 ppm 32 ppm natildeo det 24 ppm 57 ppm natildeo det 30 ppm

Fe 82 ppm 30 ppm 57 ppm 56 ppm 59 ppm 90 ppm 52 ppm 54 ppm

Cu 31 ppm 51 ppm 28 ppm 27 ppm 31 ppm 44 ppm 14 ppm 29 ppm

Zn 001 001 92 ppm 86 ppm 001 001 42 ppm 001

Pb natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det

Elementos

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

Na anaacutelise semiquantitativa por XRF pode-se verificar a presenccedila de elevadas

concentraccedilotildees de enxofre o que jaacute era esperado visto que este elemento faz parte da estrutura

da cisteiacutena o aminoaacutecido em maior quantidade na composiccedilatildeo do cabelo

Os elementos Ca Zn e Fe foram detectados em todas as amostras dos dois grupos O

Ca aparece na maior parte das amostras em concentraccedilotildees da ordem de enquanto que o Zn

e o Fe da ordem de ppm Os elementos Al P Mn Cl Si e Cu aparecem na maioria das

amostras em ambos os grupos No entanto o Pb foi observado em concentraccedilotildees da ordem de

ppm somente em amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo

Para as amostras 5 7 e 15 utilizou-se um porta amostra com maacutescara de 8 mm de

diacircmetro ao inveacutes da maacutescara de 34 mm utilizada para as outras amostras devido a pouca

quantidade de cabelo coletado Agrave vantagem de poder utilizar menos amostra com a maacutescara

de 8 mm contrapotildee-se um aumento do ruiacutedo de fundo e a consequente perda da sensibilidade

na anaacutelise Tal fato pode provavelmente justificar a quantidade menor de elementos

observados nessas amostras em comparaccedilatildeo com as demais incluindo a ausecircncia do elemento

chumbo nas amostras 5 e 7 jaacute que o mesmo aparece nas amostras 6 e 8 das pessoas que

bebem a mesma aacutegua dos poccedilos c e d respectivamente

52 Anaacutelise por RBS

Apresenta-se na Figura 22 o espectro de RBS da amostra 2 adquirido durante 8

horas de anaacutelise e apoacutes tratamento dos dados atraveacutes do programa computacional OriginPro 8

Duas ampliaccedilotildees (I e II) nas regiotildees de mais alta energia satildeo apresentadas nas Figuras 23 e

24 Observou-se a presenccedila dos elementos C N O Si S Cl Ti Cu Zn e Pb

As energias dos iacuteons He+ retroespalhados a partir da interaccedilatildeo com os nuacutecleos de Pb

e Hg satildeo muito proacuteximas tornando difiacutecil a resoluccedilatildeo dos sinais No entanto o Hg natildeo foi

observado em nenhuma das amostras por XRF enquanto o Pb pode ser detectado claramente

Conclui-se portanto que o degrau no espectro eacute correspondente ao Pb

Utilizando-se o caacutelculo da seccedilatildeo de choque de espalhamento Rutherford foi possiacutevel

obter uma anaacutelise quantitativa relativa da amostra 2 Para isso foi escolhido o enxofre como

elemento padratildeo devido ao fato do S estar presente em todas as amostras de cabelo e ser

facilmente detectaacutevel por ambas as teacutecnicas Para cada aacutetomo de S na amostra de cabelo as

seguintes proporccedilotildees atocircmicas foram obtidas 115 x 102 C 274 x 10

1 N 157 x 10

1 O 479 x

10-1

Si 641 x 10-1

Cl 454 x 10-2

Ti 162 x 10-2

Cu 265 x 10-2

Zn e 504 x 10-4

Pb

Figura 22 Espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da amostra 2

(grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 23 Ampliaccedilatildeo I do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 24 Ampliaccedilatildeo II do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

60 CONCLUSOtildeES

As teacutecnicas de XRF e RBS mostraram-se eficientes e complementares na

determinaccedilatildeo de vaacuterios elementos presentes em amostras de cabelo humano Atraveacutes das duas

teacutecnicas foi possiacutevel detectar de forma semiquantitativa a presenccedila de elementos desde o Al

ateacute o Pb Por RBS tambeacutem foram detectados elementos mais leves como C N e O A

utilizaccedilatildeo conjunta das duas teacutecnicas permitiu a identificaccedilatildeo inequiacutevoca de Pb no espectro de

RBS

Eacute evidente que as concentraccedilotildees dos elementos nas amostras de cabelo dependem de

diversos fatores tais como o tipo de alimentaccedilatildeo idade sexo ambiente em que o indiviacuteduo

vive e podem ser provenientes de meios exoacutegenos e endoacutegenos Entretanto considerando o

natildeo aparecimento do Pb em nenhuma das amostras de cabelo das pessoas que ingerem aacutegua

distribuiacuteda pela CEDAE aleacutem das anaacutelises preacutevias da aacutegua dos poccedilos da aacuterea em estudo eacute

possiacutevel afirmar que existe uma elevada possibilidade da aacutegua de poccedilo estaacute atuando como

uma fonte de contaminaccedilatildeo de Pb para as pessoas Como o Pb eacute um elemento toacutexico com

propriedade de bioacumulaccedilatildeo sua presenccedila pode gerar danos irreversiacuteveis aos organismos

vivos

70 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS

Como sugestotildees deste estudo podemos indicar

Realizar uma anaacutelise quantitativa de um nuacutemero mais amplo de amostras

Efetuar uma comparaccedilatildeo com materiais de referecircncia certificados a fim de

determinar com um grau de confiabilidade mais elevado se as quantidades de

chumbo detectadas nas amostras de cabelo estatildeo acima do intervalo de valores

considerados aceitaacuteveis

80 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

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Paraiacuteba do Sul Paraibuna chega ao volume morto pela primeira vez Jornal O Globo 22

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paraiba-do-sul-paraibuna-chega-ao-volume-morto-pela-primeira-vez-gt Acesso em 30 de

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lthttpwwwmaxwellvracpuc-riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 30 de julho de 2015

[21] TASCH P DAMIANI F OLIVEIRA L C M IE - 607A Teacutecnicas de anaacutelise e

caracterizaccedilatildeo de materiais Universidade Estadual de Campinas ndash UNICAMP Campinas

2000

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ndash USP Satildeo Paulo 1999

[23] PERDONAacute C R Introduccedilatildeo a espectrometria de Fluorescecircncia de Raios-X Manual

Teacutecnico ndash BRUKER 2014

[24] O espectrocircmetro de fluorescecircncia de raios-x Thermo ARL 9900 PUC-Rio ndash

Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em lthttpwwwmaxwellvracpuc-

riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 08 de agosto de 2015

[25] KRUG C Superfiacutecies porosas recobertas com metalocenos anaacutelise multivariada

envolvendo caracterizaccedilatildeo com feixe de iacuteons Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Fiacutesica Instituto

de Fiacutesica Universidade Federal do Rio Grande do Sul ndash UFRGS Porto Alegre 2000

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Universidade de Satildeo Paulo Disponiacutevel em ltwww2ifuspbr~lamfipixeamprbspdfgt Acesso

em julho de 2015

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Catarina Florianoacutepolis 2013

[28] ATTWOOD D T HENKE B L et al X-Ray Data Booklet Lawrence Berkeley

Laboratory University of California Berkeley California 1986

ANEXO I

MODELO DO QUESTIONAacuteRIO PREENCHIDO ANTES DA COLETA DAS AMOSTRAS

DE CABELO

Coacutedigo da amostra

Nome

Idade (anos)

Endereccedilo

Fuma Sim ( ) Natildeo ( )

Ingere aacutegua de que tipo (poccedilo CEDAE) Poccedilo ( ) CEDAE ( )

Fez algum tipo de tratamento quiacutemico no cabelo

(coloraccedilatildeo alisamento etc)Sim ( ) Natildeo ( )

Qual Quando foi a uacuteltima vez

Esteve bem de sauacutede nos uacuteltimos 6 meses Sim ( ) Natildeo ( )

Data da coleta

Responsaacutevel pela coleta

COLETA DE AMOSTRA DE CABELO

ANEXO II

INFORMACcedilOtildeES ADICIONAIS SOBRE OS DOADORES E AS AMOSTRAS DE

CABELO COLETADAS

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

1 Feminino 62 Cacheado Castanho Escuro

2 Feminino 27 Cacheado Castanho Escuro

3 Feminino 17 Liso Castanho Escuro

4 Feminino 10 Cacheado Castanho Escuro

5 Feminino 58 Liso Castanho Escuro

6 Feminino 7 Cacheado Castanho Escuro

7 Masculino 17 Liso Castanho Claro

8 Feminino 39 Liso Castanho Escuro

Pessoas que Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

9 Feminino 41 Cacheado Castanho Escuro

10 Feminino 17 Ondulado Castanho Claro

11 Masculino 1 Cacheado Castanho Escuro

12 Feminino 11 Liso Castanho Escuro

13 Masculino 21 Liso Castanho Escuro

14 Masculino 42 Cacheado Preto

15 Masculino 6 Liso Preto

16 Masculino 14 Liso Preto

Pessoas que Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

ANEXO III

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DE POCcedilO (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 1

Amostra 2

Amostra 3

Amostra 4

Amostra 5

Amostra 6

Amostra 7

Amostra 8

ANEXO IV

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DISTRIBUIacuteDA PELA CEDAE (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 9

Amostra 10

Amostra 11

Amostra 12

Amostra 13

Amostra 14

Amostra 15

Amostra 16

Page 31: Dissertação Priscilla Velasco da Paixão

Tubo de Raios X

A radiaccedilatildeo incidente eacute produzida em um tubo de raios x consistindo em uma ampola

de vidro ou de metal sob alto vaacutecuo com um filamento de tungstecircnio em uma extremidade

denominado caacutetodo e um alvo de metal na outra extremidade denominado acircnodo

O filamento eacute aquecido por uma corrente eleacutetrica e emite eleacutetrons (emissatildeo

termiocircnica) Os eleacutetrons satildeo acelerados rumo a um acircnodo (alvo) empregando-se uma

diferenccedila de potencial (10-70 kV) Raios x primaacuterios satildeo produzidos quando esses eleacutetrons

com alta velocidade colidem com o material alvo Com o impacto a maior parte da energia

cineacutetica dos eleacutetrons eacute convertida em calor exigindo que o acircnodo seja resfriado de forma

eficiente Apenas uma pequena parte (02-05 dependendo do tipo do alvo) da energia

eletrocircnica eacute convertida em raios x uacuteteis

Essa radiaccedilatildeo consiste em um Contiacutenuo ou Bremsstrahlung e linhas de raios x

caracteriacutesticas do material alvo (aleacutem de linhas caracteriacutesticas de quaisquer contaminantes

presentes) Assim o espectro primaacuterio de um tubo de raios x convencional consiste em linhas

caracteriacutesticas do material do acircnodo (por exemplo Rh) superpostas a um contiacutenuo de

radiaccedilatildeo

Os tubos de raios x satildeo geralmente isolados atraveacutes de uma janela de beriacutelio pois

esse elemento apresenta baixa absorccedilatildeo de raios x e alta resistecircncia mecacircnica para suportar as

diferenccedilas de pressatildeo

Filtros do Feixe Primaacuterio

O espectro primaacuterio pode natildeo conter apenas as linhas do elemento-alvo mas tambeacutem

as linhas de impurezas como Fe Cr ou Cu presentes em vaacuterias partes do tubo Desta forma o

niacutevel de fundo (background) na posiccedilatildeo desses elementos no espectro pode ser elevado

Filtros de feixe primaacuterio satildeo utilizados para filtrar as linhas caracteriacutesticas do tubo se

o mesmo elemento estiver presente na amostra ou se houver sobreposiccedilatildeo por uma linha do

tubo em linhas de elementos da amostra No equipamento em que foram feitas as anaacutelises satildeo

utilizados (automaticamente) os filtros de Cu de 200 microm de espessura e o de Al de 500 microm de

espessura

Maacutescara

Delimita a aacuterea da amostra que seraacute irradiada

Selo de vaacutecuo (Vacuum seal )

Protege o sistema de detecccedilatildeo dos foacutetons de raios x de qualquer vazamento de

amostra

Goniocircmetro

Em equipamentos de dispersatildeo sequencial empregam-se uma ldquogeometria do feixe

paralelordquo ou uma ldquogeometria de cristal planardquo permitindo que os acircngulos do cristal e do

detector sejam selecionados por um aparelho chamado goniocircmetro

O goniocircmetro eacute uma estrutura de rotaccedilatildeo que permite que o cristal e o detector

possuam um movimento angular acoplado θ a 2θ entre eles

Colimador

Colima o feixe divergente de raios x emitido pela amostra Satildeo normalmente feitos

de uma seacuterie de lacircminas paralelas O comprimento e o espaccedilamento entre as lacircminas

determinam a divergecircncia angular admitida pelo colimador Essa divergecircncia angular

juntamente com o cristal determina a resoluccedilatildeo final do espectro

Pode-se melhorar a resoluccedilatildeo fechando o colimador para minimizar a divergecircncia

Poreacutem com isso a intensidade tambeacutem diminui Assim torna-se necessaacuterio um equiliacutebrio

entre a resoluccedilatildeo final (necessaacuteria para evitar sobreposiccedilotildees espectrais importantes) e a

sensibilidade (relacionada com a intensidade)

Cristal

Separa os vaacuterios comprimentos de onda emitidos pela amostra A lei de Bragg

(equaccedilatildeo 2) propotildee que se um plano cristalino tiver um espaccedilamento interplanar (d) refletindo

um comprimento de raios x (λ) essa onda difere em caminho percorrido por uma distacircncia

(2dsenθ) da onda refletida pelo plano adjacente Quando esse caminho percorrido difere por

um nuacutemero inteiro de comprimento de onda tem-se uma interferecircncia construtiva e os raios x

refletidos satildeo reforccedilados Caso contraacuterio tem-se uma interferecircncia destrutiva e os raios x

refletidos se anulam A equaccedilatildeo de Bragg (2)

119899120582 = 2119889119904119890119899120579 (Eq 2)

Onde

n = nuacutemero inteiro (1 2 3) chamado Ordem de Difraccedilatildeo

d = espaccedilamento interplanos no cristal utilizado

θ = acircngulo de Bragg ou acircngulo de difraccedilatildeo

λ = comprimento de onda da linha espectral

Dessa forma para um dado plano cristalino e uma dada ordem de difraccedilatildeo cada

comprimento de onda no espectro de XRF incidente eacute difratado em um uacutenico acircngulo O

comprimento de onda maacuteximo que o proacuteprio plano cristalino pode difratar eacute 2d (quando senθ

assume o valor maacuteximo de 1) Portanto eacute necessaacuterio um cristal ou um plano cristalino com

diferentes valores de 2d para cobrir diferentes intervalos de comprimento de onda em toda a

tabela perioacutedica No espectrocircmetro utilizado neste trabalho foram usados os seguintes cristais

XS-55 (multicamada de WSi) do C ateacute o Mg PET (Pentaeritriato) do Al ateacute o Ti e LiF 200

do K ateacute o U

Detector

Converte os foacutetons de raios x em pulsos de tensatildeo mensuraacuteveis Satildeo utilizados dois

detectores para cobrir todos os elementos do Be ao U Detector de fluxo proporcional

(preenchido com Ar) para elementos do Be ao Cr e o detector de cintilaccedilatildeo de NaI(Tl) para

elementos do Mn ao U

Detectores de fluxo proporcional

Satildeo detectores de radiaccedilatildeo que operam a partir da ionizaccedilatildeo de gases Satildeo

constituiacutedos por um conjunto de eletrodos e um gaacutes Quando o gaacutes eacute colocado entre dois

eletrodos aos quais eacute aplicada certa diferenccedila de potencial os caacutetions e eleacutetrons produzidos

pela passagem de radiaccedilatildeo seratildeo atraiacutedos pelos eletrodos de carga oposta e por eles seratildeo

coletados Na regiatildeo de verdadeira proporcionalidade (Equaccedilatildeo 3) a razatildeo entre a carga

coletada pelos eletrodos e a carga gerada pela ionizaccedilatildeo primaacuteria manteacutem-se constante para as

diferenccedilas de potencial (∆V) aplicadas e com um capacitor de capacitacircncia (C)

Quando a radiaccedilatildeo atravessa esse tipo de detector e produz pares iocircnicos (formados

por eleacutetrons e caacutetions do gaacutes) esses caacutetions (ionizaccedilatildeo primaacuteria) satildeo acelerados adquirindo

energia suficiente para produzir novos pares iocircnicos (ionizaccedilatildeo secundaacuteria) por colisatildeo com

moleacuteculas inicialmente neutras do gaacutes Assim haacute uma multiplicaccedilatildeo do nuacutemero de pares

original A carga coletada eacute igual agrave carga produzida pela radiaccedilatildeo (Q) multiplicada por um

fator (M) denominado ldquoganhordquo

∆119881 = (119872119876)

119862 (Eq 3)

Portanto o sinal produzido tem altura proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo incidente

Detectores de cintilaccedilatildeo

O cintilador eacute uma substacircncia soacutelida ou liacutequida na qual a energia de radiaccedilatildeo

incidente eacute transferida aos eleacutetrons do material sendo depois emitida na forma de radiaccedilatildeo

eletromagneacutetica de frequecircncia menor (visiacutevel ou ultravioleta)

O detector de cintilaccedilatildeo utilizado eacute constituiacutedo por um cristal de NaI(Tl) (iodeto de

soacutedio ativado com 1 de iodeto de taacutelio) no qual ocorre a emissatildeo de radiaccedilatildeo de frequecircncia

menor aleacutem de um fotomultiplicador onde essa radiaccedilatildeo luminosa eacute transformada em pulso

eleacutetrico e amplificada

O mecanismo de cintilaccedilatildeo nos cristais inorgacircnicos baseia-se na propriedade dos

semicondutores terem banda de valecircncia e banda de conduccedilatildeo Na banda de valecircncia os

eleacutetrons estatildeo essencialmente ligados aos siacutetios do cristal Jaacute na banda de conduccedilatildeo os

eleacutetrons tecircm energia suficiente para migrar atraveacutes do cristal No cristal puro natildeo satildeo

encontrados eleacutetrons na banda proibida

Ao incidir uma radiaccedilatildeo no cristal pode ocorrer excitaccedilatildeo de eleacutetrons ateacute a banda de

conduccedilatildeo deixando lacunas na banda de valecircncia (normalmente preenchida)

No cristal puro a energia necessaacuteria para formar um par eleacutetronlacuna eacute

aproximadamente a mesma liberada quando esse par se recombina Assim os espectros de

absorccedilatildeo e emissatildeo superpotildeem-se ocorrendo autoabsorccedilatildeo da radiaccedilatildeo luminosa produzida

Se o cristal for ativado a emissatildeo pode ocorrer via um siacutetio do ativador para o qual a energia

de transiccedilatildeo eacute menor do que a necessaacuteria para a criaccedilatildeo do par eleacutetronlacuna Desse modo o

espectro emitido eacute deslocado para comprimentos de onda maiores e natildeo causa nova absorccedilatildeo

No tubo fotomultiplicador converte-se a radiaccedilatildeo de baixa intensidade produzida no

cintilador em um sinal eleacutetrico uacutetil agrave detecccedilatildeo e contagem de radiaccedilatildeo

Analisador de altura de pulso (PHA)

A energia do foacuteton incidente de raios x determina o tamanho do pulso de tensatildeo

produzido pelo detector O analisador de altura de pulso faz uso dessa propriedade a fim de

selecionar apenas um intervalo estreito de pulsos de voltagem rejeitando todos os pulsos com

intensidades fora do intervalo escolhido

Ao final utiliza-se o meacutetodo de integraccedilatildeo dos recebidos em um integrador

eletrocircnico Se N representa o nuacutemero de contagens em um tempo de integraccedilatildeo t segundos

entatildeo a taxa de contagem eacute Nt contagens por segundo (cps)

36 Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford - Teoria

A teacutecnica de RBS consiste em incidir partiacuteculas monoenergeacuteticas de um feixe de iacuteons

(geralmente iacuteons He+) de alta energia em um alvo estacionaacuterio Ao colidirem com os aacutetomos

do alvo as partiacuteculas satildeo elasticamente espalhadas no campo eleacutetrico do nuacutecleo do aacutetomo e

chegam a um detector por um acircngulo de retroespalhamento Na Figura 11 apresenta-se um

esquema de espalhamento elaacutestico [25-27]

Figura 11 Espalhamento elaacutestico em acircngulo de retroespalhamento de um iacuteon de massa M1

por um aacutetomo de massa M2 com M2gtM1 [25]

O detector ao receber as partiacuteculas espalhadas produz um pulso ou sinal que eacute entatildeo

processado por um analisador multicanal e classificado conforme a amplitude que

corresponde a uma escala em energia Como resultado as informaccedilotildees sobre a composiccedilatildeo

elementar do aacutetomo alvo satildeo obtidas a partir de um espectro de contagens em funccedilatildeo da

energia das partiacuteculas retroespalhadas detectadas [25]

O fator cinemaacutetico (K) eacute responsaacutevel pela anaacutelise elementar qualitativa Essa

grandeza depende da razatildeo entre as energias das partiacuteculas incidentes antes (E0) e depois (E)

do espalhamento (Equaccedilatildeo 4)

119870 = 119864

1198640 (Eq 4)

Considerando as conservaccedilotildees de energia e do momentum na colisatildeo elaacutestica obteacutem-

se a relaccedilatildeo entre o fator cinemaacutetico (K) a massa atocircmica da partiacutecula incidente (M1) a massa

atocircmica do aacutetomo alvo (M2) e o acircngulo de espalhamento (θ) (Eq 5)

119870 = [1198721 119888119900119904120579+ (1198722

2minus 11987212 1199041198901198992120579)

12

1198721+ 1198722]

2

(Eq 5)

Os valores de M1 θ e E0 satildeo preacute-fixados conhecendo E determina-se K e por

conseguinte determina-se M2

A Figura 12 apresenta um esquema do espectro de RBS de um filme fino de

composiccedilatildeo geneacuterica AB onde a massa de A eacute maior do que a massa de B depositado em um

substrato C ainda mais leve

Figura 12 Esquema de um espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford de

um filme fino AB sobre um substrato C ainda mais leve [27]

A resoluccedilatildeo em massa da teacutecnica eacute a diferenccedila miacutenima de massa entre dois aacutetomos-

alvo para que sinais resolvidos possam ser observados no espectro A discriminaccedilatildeo em massa

eacute maacutexima para θ = 180deg razatildeo pela qual satildeo utilizados acircngulos elevados experimentalmente

Pode-se melhorar a resoluccedilatildeo em massa na RBS aumentando a energia e a massa dos aacutetomos

incidentes e melhorando a resoluccedilatildeo do sistema de detecccedilatildeo com o cuidado para natildeo degradar

os detectores [25]

Outra grandeza importante em RBS eacute a seccedilatildeo de choque de espalhamento (σ) que eacute

uma medida da probabilidade de ocorrer o espalhamento e que atribui o caraacuteter quantitativo agrave

teacutecnica [25] Considerando um nuacutemero de partiacuteculas espalhadas (H) sobre um detector tem-se

a Equaccedilatildeo 6

119867 = 119876119873119905 ⟨119889120590

119889120570⟩Ω (Eq 6)

Onde

Q = nuacutemero de partiacuteculas que atinge a amostra

N = densidade volumeacutetrica dos aacutetomos alvo

t = espessura do alvo

⟨119889120590

119889120570⟩ = seccedilatildeo de choque meacutedia de espalhamento

Ω = acircngulo soacutelido do detector em relaccedilatildeo ao feixe

Para acircngulos pequenos tem-se ⟨119889120590

119889120570⟩ = (

119889120590

119889120570)120579

= σ (Eq 7)

Logo 119867 = 119876119873119905120590120570 (Eq 8)

Na Equaccedilatildeo 8 conhecendo o nuacutemero de partiacuteculas que atinge o alvo Q e o detector

H pode-se determinar o numero de aacutetomos por unidade de aacuterea da amostra (Nt) desde que se

conheccedila o acircngulo soacutelido de detecccedilatildeo Ω e a seccedilatildeo de choque de espalhamento (σ) Para uma

colisatildeo elaacutestica entre dois aacutetomos com nuacutemeros atocircmicos Z1 e Z2 (do aacutetomo incidente e do

aacutetomo alvo respectivamente) em que a forccedila de interaccedilatildeo eacute a repulsatildeo eletrostaacutetica dos

nuacutecleos a seccedilatildeo de choque de espalhamento diferencial (por unidade de acircngulo soacutelido) eacute dada

pela Foacutermula de Rutherford (Equaccedilatildeo 9)

119889120590

119889120570= (

119885111988521198902

4119864)2

4

1199041198901198994120579

[1minus ((

11987211198722) 119904119890119899120579)

2

]

12

+cos120579

[1minus ((11987211198722)119904119890119899 120579)

2

]

12

2

(Eq 9)

Em siacutentese a razatildeo entre as concentraccedilotildees relativas dos elementos A e B na

superfiacutecie de uma amostra 119873119860119860119861(119909)

119873119861119860119861(119909)

pode ser calculada com o auxiacutelio de um programa

computacional ou atraveacutes da medida de altura dos degraus obtidos no espectro sendo

calculadas com as Equaccedilotildees 10 e 11

(119889120590

119889120570)119861

(119889120590

119889120570)119860

= Ji (Eq 10)

119873119860119860119861(119909)

119873119861119860119861(119909)

= 119867119860119860119861

119867119861119860119861 119869119894 (Eq 11)

37 Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford - Instrumentaccedilatildeo

Na Figura 13 pode ser observado um esquema com os principais componentes da

instrumentaccedilatildeo utilizada em anaacutelises por RBS que seratildeo descritos em seguida de acordo com

o equipamento utilizado para a realizaccedilatildeo deste trabalho e com informaccedilotildees obtidas na

referecircncia [25]

Figura 13 Esquema dos componentes presentes na instrumentaccedilatildeo utilizada em anaacutelises por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford Fonte Adaptado de [25]

O Laboratoacuterio de Implantaccedilatildeo Iocircnica da Universidade Federal do Rio Grande do Sul

possui um acelerador Tandetron equipado com fontes de iacuteons dos tipos sputtering e de

plasma com tecnologia ldquotandemrdquo com 3MV de tensatildeo maacutexima no terminal e cinco estaccedilotildees

experimentais de linhas distintas incluindo a de RBS

Fonte de iacuteons

Fonte de Plasma um gaacutes ou um vapor eacute ionizado por meio de campos

eletromagneacuteticos na faixa de radiofrequecircncia ou ao ser atravessado por corrente eleacutetrica

Fonte de ldquoSputteringrdquo os iacuteons satildeo produzidos por transferecircncia de momentum

quando da colisatildeo de um feixe primaacuterio (geralmente Cs+) com um alvo soacutelido

Aceleradores ldquotandemrdquo

Neste tipo de acelerador iacuteons positivos deixam a fonte passam por uma troca de

carga (com vapor de Liacutetio ou outro elemento eletropositivo) e satildeo conduzidos com carga

negativa ao tubo acelerador onde satildeo atraiacutedos por um terminal positivo No caso dos iacuteons

produzidos serem originalmente negativos a troca de carga eacute suprimida Junto ao terminal

positivo passam por uma seccedilatildeo contendo um gaacutes ou vapor (N2 no presente caso) ou por uma

folha muito fina de carbono para que os iacuteons emergentes tenham perdido os eleacutetrons Com

carga positiva satildeo novamente acelerados agora por repulsatildeo do terminal Diferenccedilas de

potencial da ordem de vaacuterios milhotildees de volts satildeo obtidas utilizando circuitos multiplicadores

de voltagem que multiplicam e retificam a tensatildeo produzida por um transformador Seguindo

o tubo acelerador geralmente encontra-se um segundo eletroiacutematilde que permite direcionar o

feixe de iacuteons para uma das estaccedilotildees experimentais de acordo com as espeacutecies a serem

detectadas (no presente caso partiacuteculas retroespalhadas)

Detectores de estado soacutelido com junccedilotildees p-n obtidas por implantaccedilatildeo iocircnica

A junccedilatildeo p-n sob polarizaccedilatildeo reversa permite a coleta de cargas geradas na

produccedilatildeo de pares eleacutetron-lacuna Esse fenocircmeno ocorre quando um iacuteon atravessa um

semicondutor excitando eleacutetrons da banda de valecircncia para a banda de conduccedilatildeo que entatildeo

satildeo coletados no acircnodo Dessa forma o nuacutemero de eleacutetrons coletados no acircnodo eacute proporcional

ao nuacutemero de pares de eleacutetron-lacuna produzidos o qual eacute proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo

incidente desde que o iacuteon seja totalmente freado dentro do volume ativo do detector

Analisador multicanal (MCA) no modo de anaacutelise de intensidade de pulso

O MCA consta de uma sequecircncia de registradores onde cada pulso de entrada uma

vez digitalizado por um conversor analoacutegico-digital (ADC) eacute analisado com relaccedilatildeo a sua

amplitude (modo PHA) sob o controle de um discriminador Na sequecircncia o canal de

memoacuteria correspondente tem seu conteuacutedo incrementado em uma unidade Com isso

acumulam-se em um canal especiacutefico todos os pulsos de entrada de um pequeno intervalo de

amplitudes ou energias dos iacuteons incidentes Ao final com a soma dos pulsos recebidos em

cada canal obteacutem-se um histograma do nuacutemero de pulsos em funccedilatildeo de suas amplitudes ou

energias dos iacuteons incidentes

40 METODOLOGIA

41 Amostragem

Amostras de cabelo de 16 pessoas foram coletadas Os doadores foram entrevistados

seguindo o questionaacuterio disponiacutevel no ANEXO I e selecionados de acordo com os seguintes

criteacuterios possuiacuterem cabelos virgens (cabelos sem nenhum tipo de tratamento quiacutemico como

coloraccedilotildees tinturas alisantes entre outros) estarem saudaacuteveis serem natildeo fumantes e viverem

na Regiatildeo Metropolitana do Rio de Janeiro As amostras foram divididas em dois grupos de

oito o primeiro de pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo subterracircneo e o segundo com pessoas

que ingerem a aacutegua tratada e distribuiacuteda pela CEDAE

Foram analisadas amostras de cabelo de duas pessoas que consumiam a aacutegua do

mesmo poccedilo isto eacute duas amostras de cada residecircncia totalizando 4 poccedilos diferentes (a b c

d) na localidade Chaacutecaras Arcampo em Duque de Caxias ndash RJ (Figura 14)

Figura 14 Mapa com os pontos de coleta de amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua

de poccedilo em destaque a localizaccedilatildeo das residecircncias com os poccedilos

Fonte Google Earth Acesso em 30072015

As amostras foram coletadas na regiatildeo occipital da cabeccedila (nuca) como visto na

Figura 15 com o auxiacutelio de uma tesoura de accedilo inoxidaacutevel devidamente limpa com etanol

Essa regiatildeo eacute definida como padratildeo por ser menos suscetiacutevel a contaminaccedilatildeo exoacutegena e

tambeacutem por sempre existir cabelo em indiviacuteduos semicalvos [14] Em seguida as amostras

foram catalogadas e armazenadas em sacos plaacutesticos [5] Informaccedilotildees adicionais sobre o sexo

e a idade dos doadores e o tipo e cor das amostras de cabelo coletadas disponiacuteveis no ANEXO

II

Figura 15 Coleta de amostra de cabelo na regiatildeo occipital da cabeccedila

42 Lavagem das Amostras de Cabelo

Todas as amostras foram submetidas a uma sequecircncia de etapas de lavagem de 10

minutos cada utilizando acetona e aacutegua deionizada (Figura 16) Em seguida foram colocadas

para secar agrave temperatura ambiente de acordo com o procedimento recomendado pela Agecircncia

Internacional de Energia Atocircmica (IAEA) [5]

Figura 16 Lavagem das amostras de cabelo

As amostras analisadas por XRF foram colocadas diretamente no suporte do

equipamento Os fios foram colocados de maneira a se obter a superfiacutecie do porta-amostra

totalmente coberta pelo cabelo a qual em seguida foi coberta por um filme (Ultralenereg 4

microm de espessura) (Figura 17) Para a anaacutelise com o RBS o cabelo foi aderido ao suporte do

porta-amostra com o auxiacutelio de uma fita dupla face de carbono puro (Figura 18)

Figura 17 Amostra de cabelo em porta-amostra do equipamento de Fluorescecircncia de

Raios X

Figura 18 Amostra de cabelo no porta-amostra do equipamento de Espectrometria de

Retroespalhamento Rutherford

43 Paracircmetros Instrumentais

Anaacutelises semiquantitativas de XRF dos elementos presentes no cabelo foram

realizadas no Laboratoacuterio de Impacto de Foacutetons e Eleacutetrons (LIFE) na Universidade Federal do

Rio de Janeiro (UFRJ) Utilizou-se o Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios-X S8 TIGER

ndash BRUKER (Figura 19) na faixa de energia de 05 a 56 keV acircnodo de Rh trabalhando com 1

kW de potecircncia com uma janela de Be de 76 microm atraveacutes do software Quant-Express no

meacutetodo Best Detection O tempo de aquisiccedilatildeo para cada amostra foi de aproximadamente 20

minutos

Os dados por RBS foram realizados no Laboratoacuterio de Implantaccedilatildeo Iocircnica na

Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) Utilizou-se um acelerador de iacuteons

Tandetron - HVEE 3 MV (Figura 20) usando 2000 keV de iacuteons He+ incidentes e detecccedilatildeo de

partiacuteculas retroespalhadas a 165deg

Figura 19 Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X - S8 TIGER - BRUKER

Figura 20 Acelerador de iacuteons Tandetron - HVEE 3 MV onde foi feita a anaacutelise por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford

50 RESULTADOS E DISCUSSOtildeES

51 Anaacutelise por XRF

O espectro completo de XRF da amostra 2 referente ao cabelo de uma pessoa que

ingere aacutegua de poccedilo eacute mostrado na Figura 21 conforme obtido diretamente do equipamento

Eacute possiacutevel identificar as linhas de excitaccedilatildeo do Rh e as linhas de espalhamento Compton e

Rayleigh Os espectros ampliados somente na regiatildeo de interesse com as linhas de

fluorescecircncia Kα e Kβ atribuiacutedas agrave maioria dos elementos (exceto para o chumbo em que se

detectam as linhas Lα e Lβ) e sem as linhas de Rh de todas as amostras analisadas encontram-

se nos ANEXOS III e IV Os elementos analisados e a energia de suas linhas de emissatildeo de

fluorescecircncia Kα e Kβ satildeo apresentados na Tabela 4

Figura 21 Espectro de Fluorescecircncia de Raios X completo da amostra 2

Tabela 4 Energia em keV das principais linhas de emissatildeo de raios x dos elementos

analisados Adaptado de [26]

Os elementos observados e as concentraccedilotildees semiquantitativas das amostras de

cabelo das pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo e das amostras de cabelo das pessoas que

ingerem aacutegua distribuiacuteda pela CEDAE satildeo apresentados respectivamente nas Tabelas 5 e 6

Kα Kβ

Al 1487 1557

Si 1740 1836

P 2014 2139

S 2308 2464

Cl 2622 2816

Ca 3692 4013

Mn 5899 6490

Fe 6404 7058

Cu 8048 8905

Zn 8639 9572

Pb (Linhas Lα e Lβ) 10552 12614

Elementos

Analisados

Energia (keV) das Linhas de

Emissatildeo de Raios X

Tabela 5 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (1 a 8) que

ingerem aacutegua de poccedilo As concentraccedilotildees dos elementos foram normalizadas de modo que a

soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da matriz orgacircnica em conjunto

seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo ldquoa b c drdquo correlacionam a amostra

de cabelo com o poccedilo do qual o indiviacuteduo ingere aacutegua

1 2 3 4 5 6 7 8

Al 002 003 003 34 ppm natildeo det 006 natildeo det 001

Si 001 54 ppm 006 46 ppm 005 002 002 54 ppm

P 003 003 54 ppm 002 001 46 ppm natildeo det 004

S 117 071 115 118 166 135 151 098

Cl 003 65 ppm 002 002 natildeo det 003 natildeo det 61 ppm

Ca 003 003 80 ppm 002 004 002 008 008

Mn 73 ppm 78 ppm 58 ppm 10 ppm natildeo det 91 ppm natildeo det 54 ppm

Fe 001 001 92 ppm 29 ppm 38 ppm 001 27 ppm 83 ppm

Cu 44 ppm 41 ppm 46 ppm 31 ppm natildeo det 44 ppm 37 ppm 36 ppm

Zn 77 ppm 002 91 ppm 82 ppm 41 ppm 92 ppm 40 ppm 98 ppm

Pb 10 ppm 9 ppm 12 ppm 10 ppm natildeo det 10 ppm natildeo det 9 ppm

a b c d

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Elementos

Tabela 6 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (9 a 16)

que ingerem aacutegua tratada e distribuiacuteda pela CEDAE As concentraccedilotildees dos elementos foram

normalizadas de modo que a soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da

matriz orgacircnica em conjunto seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo

9 10 11 12 13 14 15 16

Al 001 36 ppm natildeo det 002 61 ppm 90 ppm 002 natildeo det

Si natildeo det 35 ppm natildeo det 40 ppm 79 ppm 60 ppm natildeo det natildeo det

P 003 34 ppm 003 002 natildeo det 46 ppm natildeo det 41 ppm

S 111 106 116 152 136 145 155 128

Cl 52 ppm 001 002 003 004 005 014 009

Ca 006 004 002 002 001 001 001 001

Mn 51 ppm 9 ppm 32 ppm natildeo det 24 ppm 57 ppm natildeo det 30 ppm

Fe 82 ppm 30 ppm 57 ppm 56 ppm 59 ppm 90 ppm 52 ppm 54 ppm

Cu 31 ppm 51 ppm 28 ppm 27 ppm 31 ppm 44 ppm 14 ppm 29 ppm

Zn 001 001 92 ppm 86 ppm 001 001 42 ppm 001

Pb natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det

Elementos

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

Na anaacutelise semiquantitativa por XRF pode-se verificar a presenccedila de elevadas

concentraccedilotildees de enxofre o que jaacute era esperado visto que este elemento faz parte da estrutura

da cisteiacutena o aminoaacutecido em maior quantidade na composiccedilatildeo do cabelo

Os elementos Ca Zn e Fe foram detectados em todas as amostras dos dois grupos O

Ca aparece na maior parte das amostras em concentraccedilotildees da ordem de enquanto que o Zn

e o Fe da ordem de ppm Os elementos Al P Mn Cl Si e Cu aparecem na maioria das

amostras em ambos os grupos No entanto o Pb foi observado em concentraccedilotildees da ordem de

ppm somente em amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo

Para as amostras 5 7 e 15 utilizou-se um porta amostra com maacutescara de 8 mm de

diacircmetro ao inveacutes da maacutescara de 34 mm utilizada para as outras amostras devido a pouca

quantidade de cabelo coletado Agrave vantagem de poder utilizar menos amostra com a maacutescara

de 8 mm contrapotildee-se um aumento do ruiacutedo de fundo e a consequente perda da sensibilidade

na anaacutelise Tal fato pode provavelmente justificar a quantidade menor de elementos

observados nessas amostras em comparaccedilatildeo com as demais incluindo a ausecircncia do elemento

chumbo nas amostras 5 e 7 jaacute que o mesmo aparece nas amostras 6 e 8 das pessoas que

bebem a mesma aacutegua dos poccedilos c e d respectivamente

52 Anaacutelise por RBS

Apresenta-se na Figura 22 o espectro de RBS da amostra 2 adquirido durante 8

horas de anaacutelise e apoacutes tratamento dos dados atraveacutes do programa computacional OriginPro 8

Duas ampliaccedilotildees (I e II) nas regiotildees de mais alta energia satildeo apresentadas nas Figuras 23 e

24 Observou-se a presenccedila dos elementos C N O Si S Cl Ti Cu Zn e Pb

As energias dos iacuteons He+ retroespalhados a partir da interaccedilatildeo com os nuacutecleos de Pb

e Hg satildeo muito proacuteximas tornando difiacutecil a resoluccedilatildeo dos sinais No entanto o Hg natildeo foi

observado em nenhuma das amostras por XRF enquanto o Pb pode ser detectado claramente

Conclui-se portanto que o degrau no espectro eacute correspondente ao Pb

Utilizando-se o caacutelculo da seccedilatildeo de choque de espalhamento Rutherford foi possiacutevel

obter uma anaacutelise quantitativa relativa da amostra 2 Para isso foi escolhido o enxofre como

elemento padratildeo devido ao fato do S estar presente em todas as amostras de cabelo e ser

facilmente detectaacutevel por ambas as teacutecnicas Para cada aacutetomo de S na amostra de cabelo as

seguintes proporccedilotildees atocircmicas foram obtidas 115 x 102 C 274 x 10

1 N 157 x 10

1 O 479 x

10-1

Si 641 x 10-1

Cl 454 x 10-2

Ti 162 x 10-2

Cu 265 x 10-2

Zn e 504 x 10-4

Pb

Figura 22 Espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da amostra 2

(grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 23 Ampliaccedilatildeo I do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 24 Ampliaccedilatildeo II do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

60 CONCLUSOtildeES

As teacutecnicas de XRF e RBS mostraram-se eficientes e complementares na

determinaccedilatildeo de vaacuterios elementos presentes em amostras de cabelo humano Atraveacutes das duas

teacutecnicas foi possiacutevel detectar de forma semiquantitativa a presenccedila de elementos desde o Al

ateacute o Pb Por RBS tambeacutem foram detectados elementos mais leves como C N e O A

utilizaccedilatildeo conjunta das duas teacutecnicas permitiu a identificaccedilatildeo inequiacutevoca de Pb no espectro de

RBS

Eacute evidente que as concentraccedilotildees dos elementos nas amostras de cabelo dependem de

diversos fatores tais como o tipo de alimentaccedilatildeo idade sexo ambiente em que o indiviacuteduo

vive e podem ser provenientes de meios exoacutegenos e endoacutegenos Entretanto considerando o

natildeo aparecimento do Pb em nenhuma das amostras de cabelo das pessoas que ingerem aacutegua

distribuiacuteda pela CEDAE aleacutem das anaacutelises preacutevias da aacutegua dos poccedilos da aacuterea em estudo eacute

possiacutevel afirmar que existe uma elevada possibilidade da aacutegua de poccedilo estaacute atuando como

uma fonte de contaminaccedilatildeo de Pb para as pessoas Como o Pb eacute um elemento toacutexico com

propriedade de bioacumulaccedilatildeo sua presenccedila pode gerar danos irreversiacuteveis aos organismos

vivos

70 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS

Como sugestotildees deste estudo podemos indicar

Realizar uma anaacutelise quantitativa de um nuacutemero mais amplo de amostras

Efetuar uma comparaccedilatildeo com materiais de referecircncia certificados a fim de

determinar com um grau de confiabilidade mais elevado se as quantidades de

chumbo detectadas nas amostras de cabelo estatildeo acima do intervalo de valores

considerados aceitaacuteveis

80 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

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[17] CEDAE Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos Disponiacutevel em

ltwwwcedaecombrgt Acesso em 30 de julho de 2015

[18] IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatiacutestica Censo Brasileiro de 2010 Rio de

Janeiro 2010 Disponiacutevel em ltwwwcenso2010ibgegovbrgt Acesso em 30 de julho de

2015

[19] RESENDE D ALENCAR E ALMEIDA R BERTA R Principal reservatoacuterio do

Paraiacuteba do Sul Paraibuna chega ao volume morto pela primeira vez Jornal O Globo 22

de janeiro de 2015 Disponiacutevel em httpogloboglobocomrioprincipal-reservatorio-do-

paraiba-do-sul-paraibuna-chega-ao-volume-morto-pela-primeira-vez-gt Acesso em 30 de

julho de 2015

[20] Fundamentos teoacutericos da teacutecnica de anaacutelise espectromeacutetrica por fluorescecircncia de

raios-x PUC-Rio ndash Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em

lthttpwwwmaxwellvracpuc-riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 30 de julho de 2015

[21] TASCH P DAMIANI F OLIVEIRA L C M IE - 607A Teacutecnicas de anaacutelise e

caracterizaccedilatildeo de materiais Universidade Estadual de Campinas ndash UNICAMP Campinas

2000

[22] FILHO V F N Teacutecnicas analiacuteticas nucleares de Fluorescecircncia de Raios ndashX por

Dispersatildeo de Enerdia (ED-XRF) e por Reflexatildeo Total (TXRF) Departamento de Ciecircncias

Exatas ESALQ Laboratoacuterio de Instrumentaccedilatildeo Nuclear CENA Universidade de Satildeo Paulo

ndash USP Satildeo Paulo 1999

[23] PERDONAacute C R Introduccedilatildeo a espectrometria de Fluorescecircncia de Raios-X Manual

Teacutecnico ndash BRUKER 2014

[24] O espectrocircmetro de fluorescecircncia de raios-x Thermo ARL 9900 PUC-Rio ndash

Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em lthttpwwwmaxwellvracpuc-

riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 08 de agosto de 2015

[25] KRUG C Superfiacutecies porosas recobertas com metalocenos anaacutelise multivariada

envolvendo caracterizaccedilatildeo com feixe de iacuteons Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Fiacutesica Instituto

de Fiacutesica Universidade Federal do Rio Grande do Sul ndash UFRGS Porto Alegre 2000

[26] TABACNIKS M H Anaacutelise de filmes finos por PIXE e RBS Instituto de Fiacutesica da

Universidade de Satildeo Paulo Disponiacutevel em ltwww2ifuspbr~lamfipixeamprbspdfgt Acesso

em julho de 2015

[27] ALMEIDA C R Efeito de tratamentos teacutermico e quiacutemico de aerogeacuteis de oacutexido de

estanho Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Engenharia Eleacutetrica Universidade Federal de Santa

Catarina Florianoacutepolis 2013

[28] ATTWOOD D T HENKE B L et al X-Ray Data Booklet Lawrence Berkeley

Laboratory University of California Berkeley California 1986

ANEXO I

MODELO DO QUESTIONAacuteRIO PREENCHIDO ANTES DA COLETA DAS AMOSTRAS

DE CABELO

Coacutedigo da amostra

Nome

Idade (anos)

Endereccedilo

Fuma Sim ( ) Natildeo ( )

Ingere aacutegua de que tipo (poccedilo CEDAE) Poccedilo ( ) CEDAE ( )

Fez algum tipo de tratamento quiacutemico no cabelo

(coloraccedilatildeo alisamento etc)Sim ( ) Natildeo ( )

Qual Quando foi a uacuteltima vez

Esteve bem de sauacutede nos uacuteltimos 6 meses Sim ( ) Natildeo ( )

Data da coleta

Responsaacutevel pela coleta

COLETA DE AMOSTRA DE CABELO

ANEXO II

INFORMACcedilOtildeES ADICIONAIS SOBRE OS DOADORES E AS AMOSTRAS DE

CABELO COLETADAS

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

1 Feminino 62 Cacheado Castanho Escuro

2 Feminino 27 Cacheado Castanho Escuro

3 Feminino 17 Liso Castanho Escuro

4 Feminino 10 Cacheado Castanho Escuro

5 Feminino 58 Liso Castanho Escuro

6 Feminino 7 Cacheado Castanho Escuro

7 Masculino 17 Liso Castanho Claro

8 Feminino 39 Liso Castanho Escuro

Pessoas que Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

9 Feminino 41 Cacheado Castanho Escuro

10 Feminino 17 Ondulado Castanho Claro

11 Masculino 1 Cacheado Castanho Escuro

12 Feminino 11 Liso Castanho Escuro

13 Masculino 21 Liso Castanho Escuro

14 Masculino 42 Cacheado Preto

15 Masculino 6 Liso Preto

16 Masculino 14 Liso Preto

Pessoas que Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

ANEXO III

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DE POCcedilO (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 1

Amostra 2

Amostra 3

Amostra 4

Amostra 5

Amostra 6

Amostra 7

Amostra 8

ANEXO IV

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DISTRIBUIacuteDA PELA CEDAE (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 9

Amostra 10

Amostra 11

Amostra 12

Amostra 13

Amostra 14

Amostra 15

Amostra 16

Page 32: Dissertação Priscilla Velasco da Paixão

Selo de vaacutecuo (Vacuum seal )

Protege o sistema de detecccedilatildeo dos foacutetons de raios x de qualquer vazamento de

amostra

Goniocircmetro

Em equipamentos de dispersatildeo sequencial empregam-se uma ldquogeometria do feixe

paralelordquo ou uma ldquogeometria de cristal planardquo permitindo que os acircngulos do cristal e do

detector sejam selecionados por um aparelho chamado goniocircmetro

O goniocircmetro eacute uma estrutura de rotaccedilatildeo que permite que o cristal e o detector

possuam um movimento angular acoplado θ a 2θ entre eles

Colimador

Colima o feixe divergente de raios x emitido pela amostra Satildeo normalmente feitos

de uma seacuterie de lacircminas paralelas O comprimento e o espaccedilamento entre as lacircminas

determinam a divergecircncia angular admitida pelo colimador Essa divergecircncia angular

juntamente com o cristal determina a resoluccedilatildeo final do espectro

Pode-se melhorar a resoluccedilatildeo fechando o colimador para minimizar a divergecircncia

Poreacutem com isso a intensidade tambeacutem diminui Assim torna-se necessaacuterio um equiliacutebrio

entre a resoluccedilatildeo final (necessaacuteria para evitar sobreposiccedilotildees espectrais importantes) e a

sensibilidade (relacionada com a intensidade)

Cristal

Separa os vaacuterios comprimentos de onda emitidos pela amostra A lei de Bragg

(equaccedilatildeo 2) propotildee que se um plano cristalino tiver um espaccedilamento interplanar (d) refletindo

um comprimento de raios x (λ) essa onda difere em caminho percorrido por uma distacircncia

(2dsenθ) da onda refletida pelo plano adjacente Quando esse caminho percorrido difere por

um nuacutemero inteiro de comprimento de onda tem-se uma interferecircncia construtiva e os raios x

refletidos satildeo reforccedilados Caso contraacuterio tem-se uma interferecircncia destrutiva e os raios x

refletidos se anulam A equaccedilatildeo de Bragg (2)

119899120582 = 2119889119904119890119899120579 (Eq 2)

Onde

n = nuacutemero inteiro (1 2 3) chamado Ordem de Difraccedilatildeo

d = espaccedilamento interplanos no cristal utilizado

θ = acircngulo de Bragg ou acircngulo de difraccedilatildeo

λ = comprimento de onda da linha espectral

Dessa forma para um dado plano cristalino e uma dada ordem de difraccedilatildeo cada

comprimento de onda no espectro de XRF incidente eacute difratado em um uacutenico acircngulo O

comprimento de onda maacuteximo que o proacuteprio plano cristalino pode difratar eacute 2d (quando senθ

assume o valor maacuteximo de 1) Portanto eacute necessaacuterio um cristal ou um plano cristalino com

diferentes valores de 2d para cobrir diferentes intervalos de comprimento de onda em toda a

tabela perioacutedica No espectrocircmetro utilizado neste trabalho foram usados os seguintes cristais

XS-55 (multicamada de WSi) do C ateacute o Mg PET (Pentaeritriato) do Al ateacute o Ti e LiF 200

do K ateacute o U

Detector

Converte os foacutetons de raios x em pulsos de tensatildeo mensuraacuteveis Satildeo utilizados dois

detectores para cobrir todos os elementos do Be ao U Detector de fluxo proporcional

(preenchido com Ar) para elementos do Be ao Cr e o detector de cintilaccedilatildeo de NaI(Tl) para

elementos do Mn ao U

Detectores de fluxo proporcional

Satildeo detectores de radiaccedilatildeo que operam a partir da ionizaccedilatildeo de gases Satildeo

constituiacutedos por um conjunto de eletrodos e um gaacutes Quando o gaacutes eacute colocado entre dois

eletrodos aos quais eacute aplicada certa diferenccedila de potencial os caacutetions e eleacutetrons produzidos

pela passagem de radiaccedilatildeo seratildeo atraiacutedos pelos eletrodos de carga oposta e por eles seratildeo

coletados Na regiatildeo de verdadeira proporcionalidade (Equaccedilatildeo 3) a razatildeo entre a carga

coletada pelos eletrodos e a carga gerada pela ionizaccedilatildeo primaacuteria manteacutem-se constante para as

diferenccedilas de potencial (∆V) aplicadas e com um capacitor de capacitacircncia (C)

Quando a radiaccedilatildeo atravessa esse tipo de detector e produz pares iocircnicos (formados

por eleacutetrons e caacutetions do gaacutes) esses caacutetions (ionizaccedilatildeo primaacuteria) satildeo acelerados adquirindo

energia suficiente para produzir novos pares iocircnicos (ionizaccedilatildeo secundaacuteria) por colisatildeo com

moleacuteculas inicialmente neutras do gaacutes Assim haacute uma multiplicaccedilatildeo do nuacutemero de pares

original A carga coletada eacute igual agrave carga produzida pela radiaccedilatildeo (Q) multiplicada por um

fator (M) denominado ldquoganhordquo

∆119881 = (119872119876)

119862 (Eq 3)

Portanto o sinal produzido tem altura proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo incidente

Detectores de cintilaccedilatildeo

O cintilador eacute uma substacircncia soacutelida ou liacutequida na qual a energia de radiaccedilatildeo

incidente eacute transferida aos eleacutetrons do material sendo depois emitida na forma de radiaccedilatildeo

eletromagneacutetica de frequecircncia menor (visiacutevel ou ultravioleta)

O detector de cintilaccedilatildeo utilizado eacute constituiacutedo por um cristal de NaI(Tl) (iodeto de

soacutedio ativado com 1 de iodeto de taacutelio) no qual ocorre a emissatildeo de radiaccedilatildeo de frequecircncia

menor aleacutem de um fotomultiplicador onde essa radiaccedilatildeo luminosa eacute transformada em pulso

eleacutetrico e amplificada

O mecanismo de cintilaccedilatildeo nos cristais inorgacircnicos baseia-se na propriedade dos

semicondutores terem banda de valecircncia e banda de conduccedilatildeo Na banda de valecircncia os

eleacutetrons estatildeo essencialmente ligados aos siacutetios do cristal Jaacute na banda de conduccedilatildeo os

eleacutetrons tecircm energia suficiente para migrar atraveacutes do cristal No cristal puro natildeo satildeo

encontrados eleacutetrons na banda proibida

Ao incidir uma radiaccedilatildeo no cristal pode ocorrer excitaccedilatildeo de eleacutetrons ateacute a banda de

conduccedilatildeo deixando lacunas na banda de valecircncia (normalmente preenchida)

No cristal puro a energia necessaacuteria para formar um par eleacutetronlacuna eacute

aproximadamente a mesma liberada quando esse par se recombina Assim os espectros de

absorccedilatildeo e emissatildeo superpotildeem-se ocorrendo autoabsorccedilatildeo da radiaccedilatildeo luminosa produzida

Se o cristal for ativado a emissatildeo pode ocorrer via um siacutetio do ativador para o qual a energia

de transiccedilatildeo eacute menor do que a necessaacuteria para a criaccedilatildeo do par eleacutetronlacuna Desse modo o

espectro emitido eacute deslocado para comprimentos de onda maiores e natildeo causa nova absorccedilatildeo

No tubo fotomultiplicador converte-se a radiaccedilatildeo de baixa intensidade produzida no

cintilador em um sinal eleacutetrico uacutetil agrave detecccedilatildeo e contagem de radiaccedilatildeo

Analisador de altura de pulso (PHA)

A energia do foacuteton incidente de raios x determina o tamanho do pulso de tensatildeo

produzido pelo detector O analisador de altura de pulso faz uso dessa propriedade a fim de

selecionar apenas um intervalo estreito de pulsos de voltagem rejeitando todos os pulsos com

intensidades fora do intervalo escolhido

Ao final utiliza-se o meacutetodo de integraccedilatildeo dos recebidos em um integrador

eletrocircnico Se N representa o nuacutemero de contagens em um tempo de integraccedilatildeo t segundos

entatildeo a taxa de contagem eacute Nt contagens por segundo (cps)

36 Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford - Teoria

A teacutecnica de RBS consiste em incidir partiacuteculas monoenergeacuteticas de um feixe de iacuteons

(geralmente iacuteons He+) de alta energia em um alvo estacionaacuterio Ao colidirem com os aacutetomos

do alvo as partiacuteculas satildeo elasticamente espalhadas no campo eleacutetrico do nuacutecleo do aacutetomo e

chegam a um detector por um acircngulo de retroespalhamento Na Figura 11 apresenta-se um

esquema de espalhamento elaacutestico [25-27]

Figura 11 Espalhamento elaacutestico em acircngulo de retroespalhamento de um iacuteon de massa M1

por um aacutetomo de massa M2 com M2gtM1 [25]

O detector ao receber as partiacuteculas espalhadas produz um pulso ou sinal que eacute entatildeo

processado por um analisador multicanal e classificado conforme a amplitude que

corresponde a uma escala em energia Como resultado as informaccedilotildees sobre a composiccedilatildeo

elementar do aacutetomo alvo satildeo obtidas a partir de um espectro de contagens em funccedilatildeo da

energia das partiacuteculas retroespalhadas detectadas [25]

O fator cinemaacutetico (K) eacute responsaacutevel pela anaacutelise elementar qualitativa Essa

grandeza depende da razatildeo entre as energias das partiacuteculas incidentes antes (E0) e depois (E)

do espalhamento (Equaccedilatildeo 4)

119870 = 119864

1198640 (Eq 4)

Considerando as conservaccedilotildees de energia e do momentum na colisatildeo elaacutestica obteacutem-

se a relaccedilatildeo entre o fator cinemaacutetico (K) a massa atocircmica da partiacutecula incidente (M1) a massa

atocircmica do aacutetomo alvo (M2) e o acircngulo de espalhamento (θ) (Eq 5)

119870 = [1198721 119888119900119904120579+ (1198722

2minus 11987212 1199041198901198992120579)

12

1198721+ 1198722]

2

(Eq 5)

Os valores de M1 θ e E0 satildeo preacute-fixados conhecendo E determina-se K e por

conseguinte determina-se M2

A Figura 12 apresenta um esquema do espectro de RBS de um filme fino de

composiccedilatildeo geneacuterica AB onde a massa de A eacute maior do que a massa de B depositado em um

substrato C ainda mais leve

Figura 12 Esquema de um espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford de

um filme fino AB sobre um substrato C ainda mais leve [27]

A resoluccedilatildeo em massa da teacutecnica eacute a diferenccedila miacutenima de massa entre dois aacutetomos-

alvo para que sinais resolvidos possam ser observados no espectro A discriminaccedilatildeo em massa

eacute maacutexima para θ = 180deg razatildeo pela qual satildeo utilizados acircngulos elevados experimentalmente

Pode-se melhorar a resoluccedilatildeo em massa na RBS aumentando a energia e a massa dos aacutetomos

incidentes e melhorando a resoluccedilatildeo do sistema de detecccedilatildeo com o cuidado para natildeo degradar

os detectores [25]

Outra grandeza importante em RBS eacute a seccedilatildeo de choque de espalhamento (σ) que eacute

uma medida da probabilidade de ocorrer o espalhamento e que atribui o caraacuteter quantitativo agrave

teacutecnica [25] Considerando um nuacutemero de partiacuteculas espalhadas (H) sobre um detector tem-se

a Equaccedilatildeo 6

119867 = 119876119873119905 ⟨119889120590

119889120570⟩Ω (Eq 6)

Onde

Q = nuacutemero de partiacuteculas que atinge a amostra

N = densidade volumeacutetrica dos aacutetomos alvo

t = espessura do alvo

⟨119889120590

119889120570⟩ = seccedilatildeo de choque meacutedia de espalhamento

Ω = acircngulo soacutelido do detector em relaccedilatildeo ao feixe

Para acircngulos pequenos tem-se ⟨119889120590

119889120570⟩ = (

119889120590

119889120570)120579

= σ (Eq 7)

Logo 119867 = 119876119873119905120590120570 (Eq 8)

Na Equaccedilatildeo 8 conhecendo o nuacutemero de partiacuteculas que atinge o alvo Q e o detector

H pode-se determinar o numero de aacutetomos por unidade de aacuterea da amostra (Nt) desde que se

conheccedila o acircngulo soacutelido de detecccedilatildeo Ω e a seccedilatildeo de choque de espalhamento (σ) Para uma

colisatildeo elaacutestica entre dois aacutetomos com nuacutemeros atocircmicos Z1 e Z2 (do aacutetomo incidente e do

aacutetomo alvo respectivamente) em que a forccedila de interaccedilatildeo eacute a repulsatildeo eletrostaacutetica dos

nuacutecleos a seccedilatildeo de choque de espalhamento diferencial (por unidade de acircngulo soacutelido) eacute dada

pela Foacutermula de Rutherford (Equaccedilatildeo 9)

119889120590

119889120570= (

119885111988521198902

4119864)2

4

1199041198901198994120579

[1minus ((

11987211198722) 119904119890119899120579)

2

]

12

+cos120579

[1minus ((11987211198722)119904119890119899 120579)

2

]

12

2

(Eq 9)

Em siacutentese a razatildeo entre as concentraccedilotildees relativas dos elementos A e B na

superfiacutecie de uma amostra 119873119860119860119861(119909)

119873119861119860119861(119909)

pode ser calculada com o auxiacutelio de um programa

computacional ou atraveacutes da medida de altura dos degraus obtidos no espectro sendo

calculadas com as Equaccedilotildees 10 e 11

(119889120590

119889120570)119861

(119889120590

119889120570)119860

= Ji (Eq 10)

119873119860119860119861(119909)

119873119861119860119861(119909)

= 119867119860119860119861

119867119861119860119861 119869119894 (Eq 11)

37 Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford - Instrumentaccedilatildeo

Na Figura 13 pode ser observado um esquema com os principais componentes da

instrumentaccedilatildeo utilizada em anaacutelises por RBS que seratildeo descritos em seguida de acordo com

o equipamento utilizado para a realizaccedilatildeo deste trabalho e com informaccedilotildees obtidas na

referecircncia [25]

Figura 13 Esquema dos componentes presentes na instrumentaccedilatildeo utilizada em anaacutelises por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford Fonte Adaptado de [25]

O Laboratoacuterio de Implantaccedilatildeo Iocircnica da Universidade Federal do Rio Grande do Sul

possui um acelerador Tandetron equipado com fontes de iacuteons dos tipos sputtering e de

plasma com tecnologia ldquotandemrdquo com 3MV de tensatildeo maacutexima no terminal e cinco estaccedilotildees

experimentais de linhas distintas incluindo a de RBS

Fonte de iacuteons

Fonte de Plasma um gaacutes ou um vapor eacute ionizado por meio de campos

eletromagneacuteticos na faixa de radiofrequecircncia ou ao ser atravessado por corrente eleacutetrica

Fonte de ldquoSputteringrdquo os iacuteons satildeo produzidos por transferecircncia de momentum

quando da colisatildeo de um feixe primaacuterio (geralmente Cs+) com um alvo soacutelido

Aceleradores ldquotandemrdquo

Neste tipo de acelerador iacuteons positivos deixam a fonte passam por uma troca de

carga (com vapor de Liacutetio ou outro elemento eletropositivo) e satildeo conduzidos com carga

negativa ao tubo acelerador onde satildeo atraiacutedos por um terminal positivo No caso dos iacuteons

produzidos serem originalmente negativos a troca de carga eacute suprimida Junto ao terminal

positivo passam por uma seccedilatildeo contendo um gaacutes ou vapor (N2 no presente caso) ou por uma

folha muito fina de carbono para que os iacuteons emergentes tenham perdido os eleacutetrons Com

carga positiva satildeo novamente acelerados agora por repulsatildeo do terminal Diferenccedilas de

potencial da ordem de vaacuterios milhotildees de volts satildeo obtidas utilizando circuitos multiplicadores

de voltagem que multiplicam e retificam a tensatildeo produzida por um transformador Seguindo

o tubo acelerador geralmente encontra-se um segundo eletroiacutematilde que permite direcionar o

feixe de iacuteons para uma das estaccedilotildees experimentais de acordo com as espeacutecies a serem

detectadas (no presente caso partiacuteculas retroespalhadas)

Detectores de estado soacutelido com junccedilotildees p-n obtidas por implantaccedilatildeo iocircnica

A junccedilatildeo p-n sob polarizaccedilatildeo reversa permite a coleta de cargas geradas na

produccedilatildeo de pares eleacutetron-lacuna Esse fenocircmeno ocorre quando um iacuteon atravessa um

semicondutor excitando eleacutetrons da banda de valecircncia para a banda de conduccedilatildeo que entatildeo

satildeo coletados no acircnodo Dessa forma o nuacutemero de eleacutetrons coletados no acircnodo eacute proporcional

ao nuacutemero de pares de eleacutetron-lacuna produzidos o qual eacute proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo

incidente desde que o iacuteon seja totalmente freado dentro do volume ativo do detector

Analisador multicanal (MCA) no modo de anaacutelise de intensidade de pulso

O MCA consta de uma sequecircncia de registradores onde cada pulso de entrada uma

vez digitalizado por um conversor analoacutegico-digital (ADC) eacute analisado com relaccedilatildeo a sua

amplitude (modo PHA) sob o controle de um discriminador Na sequecircncia o canal de

memoacuteria correspondente tem seu conteuacutedo incrementado em uma unidade Com isso

acumulam-se em um canal especiacutefico todos os pulsos de entrada de um pequeno intervalo de

amplitudes ou energias dos iacuteons incidentes Ao final com a soma dos pulsos recebidos em

cada canal obteacutem-se um histograma do nuacutemero de pulsos em funccedilatildeo de suas amplitudes ou

energias dos iacuteons incidentes

40 METODOLOGIA

41 Amostragem

Amostras de cabelo de 16 pessoas foram coletadas Os doadores foram entrevistados

seguindo o questionaacuterio disponiacutevel no ANEXO I e selecionados de acordo com os seguintes

criteacuterios possuiacuterem cabelos virgens (cabelos sem nenhum tipo de tratamento quiacutemico como

coloraccedilotildees tinturas alisantes entre outros) estarem saudaacuteveis serem natildeo fumantes e viverem

na Regiatildeo Metropolitana do Rio de Janeiro As amostras foram divididas em dois grupos de

oito o primeiro de pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo subterracircneo e o segundo com pessoas

que ingerem a aacutegua tratada e distribuiacuteda pela CEDAE

Foram analisadas amostras de cabelo de duas pessoas que consumiam a aacutegua do

mesmo poccedilo isto eacute duas amostras de cada residecircncia totalizando 4 poccedilos diferentes (a b c

d) na localidade Chaacutecaras Arcampo em Duque de Caxias ndash RJ (Figura 14)

Figura 14 Mapa com os pontos de coleta de amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua

de poccedilo em destaque a localizaccedilatildeo das residecircncias com os poccedilos

Fonte Google Earth Acesso em 30072015

As amostras foram coletadas na regiatildeo occipital da cabeccedila (nuca) como visto na

Figura 15 com o auxiacutelio de uma tesoura de accedilo inoxidaacutevel devidamente limpa com etanol

Essa regiatildeo eacute definida como padratildeo por ser menos suscetiacutevel a contaminaccedilatildeo exoacutegena e

tambeacutem por sempre existir cabelo em indiviacuteduos semicalvos [14] Em seguida as amostras

foram catalogadas e armazenadas em sacos plaacutesticos [5] Informaccedilotildees adicionais sobre o sexo

e a idade dos doadores e o tipo e cor das amostras de cabelo coletadas disponiacuteveis no ANEXO

II

Figura 15 Coleta de amostra de cabelo na regiatildeo occipital da cabeccedila

42 Lavagem das Amostras de Cabelo

Todas as amostras foram submetidas a uma sequecircncia de etapas de lavagem de 10

minutos cada utilizando acetona e aacutegua deionizada (Figura 16) Em seguida foram colocadas

para secar agrave temperatura ambiente de acordo com o procedimento recomendado pela Agecircncia

Internacional de Energia Atocircmica (IAEA) [5]

Figura 16 Lavagem das amostras de cabelo

As amostras analisadas por XRF foram colocadas diretamente no suporte do

equipamento Os fios foram colocados de maneira a se obter a superfiacutecie do porta-amostra

totalmente coberta pelo cabelo a qual em seguida foi coberta por um filme (Ultralenereg 4

microm de espessura) (Figura 17) Para a anaacutelise com o RBS o cabelo foi aderido ao suporte do

porta-amostra com o auxiacutelio de uma fita dupla face de carbono puro (Figura 18)

Figura 17 Amostra de cabelo em porta-amostra do equipamento de Fluorescecircncia de

Raios X

Figura 18 Amostra de cabelo no porta-amostra do equipamento de Espectrometria de

Retroespalhamento Rutherford

43 Paracircmetros Instrumentais

Anaacutelises semiquantitativas de XRF dos elementos presentes no cabelo foram

realizadas no Laboratoacuterio de Impacto de Foacutetons e Eleacutetrons (LIFE) na Universidade Federal do

Rio de Janeiro (UFRJ) Utilizou-se o Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios-X S8 TIGER

ndash BRUKER (Figura 19) na faixa de energia de 05 a 56 keV acircnodo de Rh trabalhando com 1

kW de potecircncia com uma janela de Be de 76 microm atraveacutes do software Quant-Express no

meacutetodo Best Detection O tempo de aquisiccedilatildeo para cada amostra foi de aproximadamente 20

minutos

Os dados por RBS foram realizados no Laboratoacuterio de Implantaccedilatildeo Iocircnica na

Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) Utilizou-se um acelerador de iacuteons

Tandetron - HVEE 3 MV (Figura 20) usando 2000 keV de iacuteons He+ incidentes e detecccedilatildeo de

partiacuteculas retroespalhadas a 165deg

Figura 19 Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X - S8 TIGER - BRUKER

Figura 20 Acelerador de iacuteons Tandetron - HVEE 3 MV onde foi feita a anaacutelise por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford

50 RESULTADOS E DISCUSSOtildeES

51 Anaacutelise por XRF

O espectro completo de XRF da amostra 2 referente ao cabelo de uma pessoa que

ingere aacutegua de poccedilo eacute mostrado na Figura 21 conforme obtido diretamente do equipamento

Eacute possiacutevel identificar as linhas de excitaccedilatildeo do Rh e as linhas de espalhamento Compton e

Rayleigh Os espectros ampliados somente na regiatildeo de interesse com as linhas de

fluorescecircncia Kα e Kβ atribuiacutedas agrave maioria dos elementos (exceto para o chumbo em que se

detectam as linhas Lα e Lβ) e sem as linhas de Rh de todas as amostras analisadas encontram-

se nos ANEXOS III e IV Os elementos analisados e a energia de suas linhas de emissatildeo de

fluorescecircncia Kα e Kβ satildeo apresentados na Tabela 4

Figura 21 Espectro de Fluorescecircncia de Raios X completo da amostra 2

Tabela 4 Energia em keV das principais linhas de emissatildeo de raios x dos elementos

analisados Adaptado de [26]

Os elementos observados e as concentraccedilotildees semiquantitativas das amostras de

cabelo das pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo e das amostras de cabelo das pessoas que

ingerem aacutegua distribuiacuteda pela CEDAE satildeo apresentados respectivamente nas Tabelas 5 e 6

Kα Kβ

Al 1487 1557

Si 1740 1836

P 2014 2139

S 2308 2464

Cl 2622 2816

Ca 3692 4013

Mn 5899 6490

Fe 6404 7058

Cu 8048 8905

Zn 8639 9572

Pb (Linhas Lα e Lβ) 10552 12614

Elementos

Analisados

Energia (keV) das Linhas de

Emissatildeo de Raios X

Tabela 5 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (1 a 8) que

ingerem aacutegua de poccedilo As concentraccedilotildees dos elementos foram normalizadas de modo que a

soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da matriz orgacircnica em conjunto

seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo ldquoa b c drdquo correlacionam a amostra

de cabelo com o poccedilo do qual o indiviacuteduo ingere aacutegua

1 2 3 4 5 6 7 8

Al 002 003 003 34 ppm natildeo det 006 natildeo det 001

Si 001 54 ppm 006 46 ppm 005 002 002 54 ppm

P 003 003 54 ppm 002 001 46 ppm natildeo det 004

S 117 071 115 118 166 135 151 098

Cl 003 65 ppm 002 002 natildeo det 003 natildeo det 61 ppm

Ca 003 003 80 ppm 002 004 002 008 008

Mn 73 ppm 78 ppm 58 ppm 10 ppm natildeo det 91 ppm natildeo det 54 ppm

Fe 001 001 92 ppm 29 ppm 38 ppm 001 27 ppm 83 ppm

Cu 44 ppm 41 ppm 46 ppm 31 ppm natildeo det 44 ppm 37 ppm 36 ppm

Zn 77 ppm 002 91 ppm 82 ppm 41 ppm 92 ppm 40 ppm 98 ppm

Pb 10 ppm 9 ppm 12 ppm 10 ppm natildeo det 10 ppm natildeo det 9 ppm

a b c d

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Elementos

Tabela 6 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (9 a 16)

que ingerem aacutegua tratada e distribuiacuteda pela CEDAE As concentraccedilotildees dos elementos foram

normalizadas de modo que a soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da

matriz orgacircnica em conjunto seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo

9 10 11 12 13 14 15 16

Al 001 36 ppm natildeo det 002 61 ppm 90 ppm 002 natildeo det

Si natildeo det 35 ppm natildeo det 40 ppm 79 ppm 60 ppm natildeo det natildeo det

P 003 34 ppm 003 002 natildeo det 46 ppm natildeo det 41 ppm

S 111 106 116 152 136 145 155 128

Cl 52 ppm 001 002 003 004 005 014 009

Ca 006 004 002 002 001 001 001 001

Mn 51 ppm 9 ppm 32 ppm natildeo det 24 ppm 57 ppm natildeo det 30 ppm

Fe 82 ppm 30 ppm 57 ppm 56 ppm 59 ppm 90 ppm 52 ppm 54 ppm

Cu 31 ppm 51 ppm 28 ppm 27 ppm 31 ppm 44 ppm 14 ppm 29 ppm

Zn 001 001 92 ppm 86 ppm 001 001 42 ppm 001

Pb natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det

Elementos

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

Na anaacutelise semiquantitativa por XRF pode-se verificar a presenccedila de elevadas

concentraccedilotildees de enxofre o que jaacute era esperado visto que este elemento faz parte da estrutura

da cisteiacutena o aminoaacutecido em maior quantidade na composiccedilatildeo do cabelo

Os elementos Ca Zn e Fe foram detectados em todas as amostras dos dois grupos O

Ca aparece na maior parte das amostras em concentraccedilotildees da ordem de enquanto que o Zn

e o Fe da ordem de ppm Os elementos Al P Mn Cl Si e Cu aparecem na maioria das

amostras em ambos os grupos No entanto o Pb foi observado em concentraccedilotildees da ordem de

ppm somente em amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo

Para as amostras 5 7 e 15 utilizou-se um porta amostra com maacutescara de 8 mm de

diacircmetro ao inveacutes da maacutescara de 34 mm utilizada para as outras amostras devido a pouca

quantidade de cabelo coletado Agrave vantagem de poder utilizar menos amostra com a maacutescara

de 8 mm contrapotildee-se um aumento do ruiacutedo de fundo e a consequente perda da sensibilidade

na anaacutelise Tal fato pode provavelmente justificar a quantidade menor de elementos

observados nessas amostras em comparaccedilatildeo com as demais incluindo a ausecircncia do elemento

chumbo nas amostras 5 e 7 jaacute que o mesmo aparece nas amostras 6 e 8 das pessoas que

bebem a mesma aacutegua dos poccedilos c e d respectivamente

52 Anaacutelise por RBS

Apresenta-se na Figura 22 o espectro de RBS da amostra 2 adquirido durante 8

horas de anaacutelise e apoacutes tratamento dos dados atraveacutes do programa computacional OriginPro 8

Duas ampliaccedilotildees (I e II) nas regiotildees de mais alta energia satildeo apresentadas nas Figuras 23 e

24 Observou-se a presenccedila dos elementos C N O Si S Cl Ti Cu Zn e Pb

As energias dos iacuteons He+ retroespalhados a partir da interaccedilatildeo com os nuacutecleos de Pb

e Hg satildeo muito proacuteximas tornando difiacutecil a resoluccedilatildeo dos sinais No entanto o Hg natildeo foi

observado em nenhuma das amostras por XRF enquanto o Pb pode ser detectado claramente

Conclui-se portanto que o degrau no espectro eacute correspondente ao Pb

Utilizando-se o caacutelculo da seccedilatildeo de choque de espalhamento Rutherford foi possiacutevel

obter uma anaacutelise quantitativa relativa da amostra 2 Para isso foi escolhido o enxofre como

elemento padratildeo devido ao fato do S estar presente em todas as amostras de cabelo e ser

facilmente detectaacutevel por ambas as teacutecnicas Para cada aacutetomo de S na amostra de cabelo as

seguintes proporccedilotildees atocircmicas foram obtidas 115 x 102 C 274 x 10

1 N 157 x 10

1 O 479 x

10-1

Si 641 x 10-1

Cl 454 x 10-2

Ti 162 x 10-2

Cu 265 x 10-2

Zn e 504 x 10-4

Pb

Figura 22 Espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da amostra 2

(grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 23 Ampliaccedilatildeo I do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 24 Ampliaccedilatildeo II do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

60 CONCLUSOtildeES

As teacutecnicas de XRF e RBS mostraram-se eficientes e complementares na

determinaccedilatildeo de vaacuterios elementos presentes em amostras de cabelo humano Atraveacutes das duas

teacutecnicas foi possiacutevel detectar de forma semiquantitativa a presenccedila de elementos desde o Al

ateacute o Pb Por RBS tambeacutem foram detectados elementos mais leves como C N e O A

utilizaccedilatildeo conjunta das duas teacutecnicas permitiu a identificaccedilatildeo inequiacutevoca de Pb no espectro de

RBS

Eacute evidente que as concentraccedilotildees dos elementos nas amostras de cabelo dependem de

diversos fatores tais como o tipo de alimentaccedilatildeo idade sexo ambiente em que o indiviacuteduo

vive e podem ser provenientes de meios exoacutegenos e endoacutegenos Entretanto considerando o

natildeo aparecimento do Pb em nenhuma das amostras de cabelo das pessoas que ingerem aacutegua

distribuiacuteda pela CEDAE aleacutem das anaacutelises preacutevias da aacutegua dos poccedilos da aacuterea em estudo eacute

possiacutevel afirmar que existe uma elevada possibilidade da aacutegua de poccedilo estaacute atuando como

uma fonte de contaminaccedilatildeo de Pb para as pessoas Como o Pb eacute um elemento toacutexico com

propriedade de bioacumulaccedilatildeo sua presenccedila pode gerar danos irreversiacuteveis aos organismos

vivos

70 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS

Como sugestotildees deste estudo podemos indicar

Realizar uma anaacutelise quantitativa de um nuacutemero mais amplo de amostras

Efetuar uma comparaccedilatildeo com materiais de referecircncia certificados a fim de

determinar com um grau de confiabilidade mais elevado se as quantidades de

chumbo detectadas nas amostras de cabelo estatildeo acima do intervalo de valores

considerados aceitaacuteveis

80 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

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paraiba-do-sul-paraibuna-chega-ao-volume-morto-pela-primeira-vez-gt Acesso em 30 de

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ndash USP Satildeo Paulo 1999

[23] PERDONAacute C R Introduccedilatildeo a espectrometria de Fluorescecircncia de Raios-X Manual

Teacutecnico ndash BRUKER 2014

[24] O espectrocircmetro de fluorescecircncia de raios-x Thermo ARL 9900 PUC-Rio ndash

Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em lthttpwwwmaxwellvracpuc-

riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 08 de agosto de 2015

[25] KRUG C Superfiacutecies porosas recobertas com metalocenos anaacutelise multivariada

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de Fiacutesica Universidade Federal do Rio Grande do Sul ndash UFRGS Porto Alegre 2000

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Universidade de Satildeo Paulo Disponiacutevel em ltwww2ifuspbr~lamfipixeamprbspdfgt Acesso

em julho de 2015

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Catarina Florianoacutepolis 2013

[28] ATTWOOD D T HENKE B L et al X-Ray Data Booklet Lawrence Berkeley

Laboratory University of California Berkeley California 1986

ANEXO I

MODELO DO QUESTIONAacuteRIO PREENCHIDO ANTES DA COLETA DAS AMOSTRAS

DE CABELO

Coacutedigo da amostra

Nome

Idade (anos)

Endereccedilo

Fuma Sim ( ) Natildeo ( )

Ingere aacutegua de que tipo (poccedilo CEDAE) Poccedilo ( ) CEDAE ( )

Fez algum tipo de tratamento quiacutemico no cabelo

(coloraccedilatildeo alisamento etc)Sim ( ) Natildeo ( )

Qual Quando foi a uacuteltima vez

Esteve bem de sauacutede nos uacuteltimos 6 meses Sim ( ) Natildeo ( )

Data da coleta

Responsaacutevel pela coleta

COLETA DE AMOSTRA DE CABELO

ANEXO II

INFORMACcedilOtildeES ADICIONAIS SOBRE OS DOADORES E AS AMOSTRAS DE

CABELO COLETADAS

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

1 Feminino 62 Cacheado Castanho Escuro

2 Feminino 27 Cacheado Castanho Escuro

3 Feminino 17 Liso Castanho Escuro

4 Feminino 10 Cacheado Castanho Escuro

5 Feminino 58 Liso Castanho Escuro

6 Feminino 7 Cacheado Castanho Escuro

7 Masculino 17 Liso Castanho Claro

8 Feminino 39 Liso Castanho Escuro

Pessoas que Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

9 Feminino 41 Cacheado Castanho Escuro

10 Feminino 17 Ondulado Castanho Claro

11 Masculino 1 Cacheado Castanho Escuro

12 Feminino 11 Liso Castanho Escuro

13 Masculino 21 Liso Castanho Escuro

14 Masculino 42 Cacheado Preto

15 Masculino 6 Liso Preto

16 Masculino 14 Liso Preto

Pessoas que Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

ANEXO III

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DE POCcedilO (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 1

Amostra 2

Amostra 3

Amostra 4

Amostra 5

Amostra 6

Amostra 7

Amostra 8

ANEXO IV

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DISTRIBUIacuteDA PELA CEDAE (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 9

Amostra 10

Amostra 11

Amostra 12

Amostra 13

Amostra 14

Amostra 15

Amostra 16

Page 33: Dissertação Priscilla Velasco da Paixão

Onde

n = nuacutemero inteiro (1 2 3) chamado Ordem de Difraccedilatildeo

d = espaccedilamento interplanos no cristal utilizado

θ = acircngulo de Bragg ou acircngulo de difraccedilatildeo

λ = comprimento de onda da linha espectral

Dessa forma para um dado plano cristalino e uma dada ordem de difraccedilatildeo cada

comprimento de onda no espectro de XRF incidente eacute difratado em um uacutenico acircngulo O

comprimento de onda maacuteximo que o proacuteprio plano cristalino pode difratar eacute 2d (quando senθ

assume o valor maacuteximo de 1) Portanto eacute necessaacuterio um cristal ou um plano cristalino com

diferentes valores de 2d para cobrir diferentes intervalos de comprimento de onda em toda a

tabela perioacutedica No espectrocircmetro utilizado neste trabalho foram usados os seguintes cristais

XS-55 (multicamada de WSi) do C ateacute o Mg PET (Pentaeritriato) do Al ateacute o Ti e LiF 200

do K ateacute o U

Detector

Converte os foacutetons de raios x em pulsos de tensatildeo mensuraacuteveis Satildeo utilizados dois

detectores para cobrir todos os elementos do Be ao U Detector de fluxo proporcional

(preenchido com Ar) para elementos do Be ao Cr e o detector de cintilaccedilatildeo de NaI(Tl) para

elementos do Mn ao U

Detectores de fluxo proporcional

Satildeo detectores de radiaccedilatildeo que operam a partir da ionizaccedilatildeo de gases Satildeo

constituiacutedos por um conjunto de eletrodos e um gaacutes Quando o gaacutes eacute colocado entre dois

eletrodos aos quais eacute aplicada certa diferenccedila de potencial os caacutetions e eleacutetrons produzidos

pela passagem de radiaccedilatildeo seratildeo atraiacutedos pelos eletrodos de carga oposta e por eles seratildeo

coletados Na regiatildeo de verdadeira proporcionalidade (Equaccedilatildeo 3) a razatildeo entre a carga

coletada pelos eletrodos e a carga gerada pela ionizaccedilatildeo primaacuteria manteacutem-se constante para as

diferenccedilas de potencial (∆V) aplicadas e com um capacitor de capacitacircncia (C)

Quando a radiaccedilatildeo atravessa esse tipo de detector e produz pares iocircnicos (formados

por eleacutetrons e caacutetions do gaacutes) esses caacutetions (ionizaccedilatildeo primaacuteria) satildeo acelerados adquirindo

energia suficiente para produzir novos pares iocircnicos (ionizaccedilatildeo secundaacuteria) por colisatildeo com

moleacuteculas inicialmente neutras do gaacutes Assim haacute uma multiplicaccedilatildeo do nuacutemero de pares

original A carga coletada eacute igual agrave carga produzida pela radiaccedilatildeo (Q) multiplicada por um

fator (M) denominado ldquoganhordquo

∆119881 = (119872119876)

119862 (Eq 3)

Portanto o sinal produzido tem altura proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo incidente

Detectores de cintilaccedilatildeo

O cintilador eacute uma substacircncia soacutelida ou liacutequida na qual a energia de radiaccedilatildeo

incidente eacute transferida aos eleacutetrons do material sendo depois emitida na forma de radiaccedilatildeo

eletromagneacutetica de frequecircncia menor (visiacutevel ou ultravioleta)

O detector de cintilaccedilatildeo utilizado eacute constituiacutedo por um cristal de NaI(Tl) (iodeto de

soacutedio ativado com 1 de iodeto de taacutelio) no qual ocorre a emissatildeo de radiaccedilatildeo de frequecircncia

menor aleacutem de um fotomultiplicador onde essa radiaccedilatildeo luminosa eacute transformada em pulso

eleacutetrico e amplificada

O mecanismo de cintilaccedilatildeo nos cristais inorgacircnicos baseia-se na propriedade dos

semicondutores terem banda de valecircncia e banda de conduccedilatildeo Na banda de valecircncia os

eleacutetrons estatildeo essencialmente ligados aos siacutetios do cristal Jaacute na banda de conduccedilatildeo os

eleacutetrons tecircm energia suficiente para migrar atraveacutes do cristal No cristal puro natildeo satildeo

encontrados eleacutetrons na banda proibida

Ao incidir uma radiaccedilatildeo no cristal pode ocorrer excitaccedilatildeo de eleacutetrons ateacute a banda de

conduccedilatildeo deixando lacunas na banda de valecircncia (normalmente preenchida)

No cristal puro a energia necessaacuteria para formar um par eleacutetronlacuna eacute

aproximadamente a mesma liberada quando esse par se recombina Assim os espectros de

absorccedilatildeo e emissatildeo superpotildeem-se ocorrendo autoabsorccedilatildeo da radiaccedilatildeo luminosa produzida

Se o cristal for ativado a emissatildeo pode ocorrer via um siacutetio do ativador para o qual a energia

de transiccedilatildeo eacute menor do que a necessaacuteria para a criaccedilatildeo do par eleacutetronlacuna Desse modo o

espectro emitido eacute deslocado para comprimentos de onda maiores e natildeo causa nova absorccedilatildeo

No tubo fotomultiplicador converte-se a radiaccedilatildeo de baixa intensidade produzida no

cintilador em um sinal eleacutetrico uacutetil agrave detecccedilatildeo e contagem de radiaccedilatildeo

Analisador de altura de pulso (PHA)

A energia do foacuteton incidente de raios x determina o tamanho do pulso de tensatildeo

produzido pelo detector O analisador de altura de pulso faz uso dessa propriedade a fim de

selecionar apenas um intervalo estreito de pulsos de voltagem rejeitando todos os pulsos com

intensidades fora do intervalo escolhido

Ao final utiliza-se o meacutetodo de integraccedilatildeo dos recebidos em um integrador

eletrocircnico Se N representa o nuacutemero de contagens em um tempo de integraccedilatildeo t segundos

entatildeo a taxa de contagem eacute Nt contagens por segundo (cps)

36 Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford - Teoria

A teacutecnica de RBS consiste em incidir partiacuteculas monoenergeacuteticas de um feixe de iacuteons

(geralmente iacuteons He+) de alta energia em um alvo estacionaacuterio Ao colidirem com os aacutetomos

do alvo as partiacuteculas satildeo elasticamente espalhadas no campo eleacutetrico do nuacutecleo do aacutetomo e

chegam a um detector por um acircngulo de retroespalhamento Na Figura 11 apresenta-se um

esquema de espalhamento elaacutestico [25-27]

Figura 11 Espalhamento elaacutestico em acircngulo de retroespalhamento de um iacuteon de massa M1

por um aacutetomo de massa M2 com M2gtM1 [25]

O detector ao receber as partiacuteculas espalhadas produz um pulso ou sinal que eacute entatildeo

processado por um analisador multicanal e classificado conforme a amplitude que

corresponde a uma escala em energia Como resultado as informaccedilotildees sobre a composiccedilatildeo

elementar do aacutetomo alvo satildeo obtidas a partir de um espectro de contagens em funccedilatildeo da

energia das partiacuteculas retroespalhadas detectadas [25]

O fator cinemaacutetico (K) eacute responsaacutevel pela anaacutelise elementar qualitativa Essa

grandeza depende da razatildeo entre as energias das partiacuteculas incidentes antes (E0) e depois (E)

do espalhamento (Equaccedilatildeo 4)

119870 = 119864

1198640 (Eq 4)

Considerando as conservaccedilotildees de energia e do momentum na colisatildeo elaacutestica obteacutem-

se a relaccedilatildeo entre o fator cinemaacutetico (K) a massa atocircmica da partiacutecula incidente (M1) a massa

atocircmica do aacutetomo alvo (M2) e o acircngulo de espalhamento (θ) (Eq 5)

119870 = [1198721 119888119900119904120579+ (1198722

2minus 11987212 1199041198901198992120579)

12

1198721+ 1198722]

2

(Eq 5)

Os valores de M1 θ e E0 satildeo preacute-fixados conhecendo E determina-se K e por

conseguinte determina-se M2

A Figura 12 apresenta um esquema do espectro de RBS de um filme fino de

composiccedilatildeo geneacuterica AB onde a massa de A eacute maior do que a massa de B depositado em um

substrato C ainda mais leve

Figura 12 Esquema de um espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford de

um filme fino AB sobre um substrato C ainda mais leve [27]

A resoluccedilatildeo em massa da teacutecnica eacute a diferenccedila miacutenima de massa entre dois aacutetomos-

alvo para que sinais resolvidos possam ser observados no espectro A discriminaccedilatildeo em massa

eacute maacutexima para θ = 180deg razatildeo pela qual satildeo utilizados acircngulos elevados experimentalmente

Pode-se melhorar a resoluccedilatildeo em massa na RBS aumentando a energia e a massa dos aacutetomos

incidentes e melhorando a resoluccedilatildeo do sistema de detecccedilatildeo com o cuidado para natildeo degradar

os detectores [25]

Outra grandeza importante em RBS eacute a seccedilatildeo de choque de espalhamento (σ) que eacute

uma medida da probabilidade de ocorrer o espalhamento e que atribui o caraacuteter quantitativo agrave

teacutecnica [25] Considerando um nuacutemero de partiacuteculas espalhadas (H) sobre um detector tem-se

a Equaccedilatildeo 6

119867 = 119876119873119905 ⟨119889120590

119889120570⟩Ω (Eq 6)

Onde

Q = nuacutemero de partiacuteculas que atinge a amostra

N = densidade volumeacutetrica dos aacutetomos alvo

t = espessura do alvo

⟨119889120590

119889120570⟩ = seccedilatildeo de choque meacutedia de espalhamento

Ω = acircngulo soacutelido do detector em relaccedilatildeo ao feixe

Para acircngulos pequenos tem-se ⟨119889120590

119889120570⟩ = (

119889120590

119889120570)120579

= σ (Eq 7)

Logo 119867 = 119876119873119905120590120570 (Eq 8)

Na Equaccedilatildeo 8 conhecendo o nuacutemero de partiacuteculas que atinge o alvo Q e o detector

H pode-se determinar o numero de aacutetomos por unidade de aacuterea da amostra (Nt) desde que se

conheccedila o acircngulo soacutelido de detecccedilatildeo Ω e a seccedilatildeo de choque de espalhamento (σ) Para uma

colisatildeo elaacutestica entre dois aacutetomos com nuacutemeros atocircmicos Z1 e Z2 (do aacutetomo incidente e do

aacutetomo alvo respectivamente) em que a forccedila de interaccedilatildeo eacute a repulsatildeo eletrostaacutetica dos

nuacutecleos a seccedilatildeo de choque de espalhamento diferencial (por unidade de acircngulo soacutelido) eacute dada

pela Foacutermula de Rutherford (Equaccedilatildeo 9)

119889120590

119889120570= (

119885111988521198902

4119864)2

4

1199041198901198994120579

[1minus ((

11987211198722) 119904119890119899120579)

2

]

12

+cos120579

[1minus ((11987211198722)119904119890119899 120579)

2

]

12

2

(Eq 9)

Em siacutentese a razatildeo entre as concentraccedilotildees relativas dos elementos A e B na

superfiacutecie de uma amostra 119873119860119860119861(119909)

119873119861119860119861(119909)

pode ser calculada com o auxiacutelio de um programa

computacional ou atraveacutes da medida de altura dos degraus obtidos no espectro sendo

calculadas com as Equaccedilotildees 10 e 11

(119889120590

119889120570)119861

(119889120590

119889120570)119860

= Ji (Eq 10)

119873119860119860119861(119909)

119873119861119860119861(119909)

= 119867119860119860119861

119867119861119860119861 119869119894 (Eq 11)

37 Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford - Instrumentaccedilatildeo

Na Figura 13 pode ser observado um esquema com os principais componentes da

instrumentaccedilatildeo utilizada em anaacutelises por RBS que seratildeo descritos em seguida de acordo com

o equipamento utilizado para a realizaccedilatildeo deste trabalho e com informaccedilotildees obtidas na

referecircncia [25]

Figura 13 Esquema dos componentes presentes na instrumentaccedilatildeo utilizada em anaacutelises por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford Fonte Adaptado de [25]

O Laboratoacuterio de Implantaccedilatildeo Iocircnica da Universidade Federal do Rio Grande do Sul

possui um acelerador Tandetron equipado com fontes de iacuteons dos tipos sputtering e de

plasma com tecnologia ldquotandemrdquo com 3MV de tensatildeo maacutexima no terminal e cinco estaccedilotildees

experimentais de linhas distintas incluindo a de RBS

Fonte de iacuteons

Fonte de Plasma um gaacutes ou um vapor eacute ionizado por meio de campos

eletromagneacuteticos na faixa de radiofrequecircncia ou ao ser atravessado por corrente eleacutetrica

Fonte de ldquoSputteringrdquo os iacuteons satildeo produzidos por transferecircncia de momentum

quando da colisatildeo de um feixe primaacuterio (geralmente Cs+) com um alvo soacutelido

Aceleradores ldquotandemrdquo

Neste tipo de acelerador iacuteons positivos deixam a fonte passam por uma troca de

carga (com vapor de Liacutetio ou outro elemento eletropositivo) e satildeo conduzidos com carga

negativa ao tubo acelerador onde satildeo atraiacutedos por um terminal positivo No caso dos iacuteons

produzidos serem originalmente negativos a troca de carga eacute suprimida Junto ao terminal

positivo passam por uma seccedilatildeo contendo um gaacutes ou vapor (N2 no presente caso) ou por uma

folha muito fina de carbono para que os iacuteons emergentes tenham perdido os eleacutetrons Com

carga positiva satildeo novamente acelerados agora por repulsatildeo do terminal Diferenccedilas de

potencial da ordem de vaacuterios milhotildees de volts satildeo obtidas utilizando circuitos multiplicadores

de voltagem que multiplicam e retificam a tensatildeo produzida por um transformador Seguindo

o tubo acelerador geralmente encontra-se um segundo eletroiacutematilde que permite direcionar o

feixe de iacuteons para uma das estaccedilotildees experimentais de acordo com as espeacutecies a serem

detectadas (no presente caso partiacuteculas retroespalhadas)

Detectores de estado soacutelido com junccedilotildees p-n obtidas por implantaccedilatildeo iocircnica

A junccedilatildeo p-n sob polarizaccedilatildeo reversa permite a coleta de cargas geradas na

produccedilatildeo de pares eleacutetron-lacuna Esse fenocircmeno ocorre quando um iacuteon atravessa um

semicondutor excitando eleacutetrons da banda de valecircncia para a banda de conduccedilatildeo que entatildeo

satildeo coletados no acircnodo Dessa forma o nuacutemero de eleacutetrons coletados no acircnodo eacute proporcional

ao nuacutemero de pares de eleacutetron-lacuna produzidos o qual eacute proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo

incidente desde que o iacuteon seja totalmente freado dentro do volume ativo do detector

Analisador multicanal (MCA) no modo de anaacutelise de intensidade de pulso

O MCA consta de uma sequecircncia de registradores onde cada pulso de entrada uma

vez digitalizado por um conversor analoacutegico-digital (ADC) eacute analisado com relaccedilatildeo a sua

amplitude (modo PHA) sob o controle de um discriminador Na sequecircncia o canal de

memoacuteria correspondente tem seu conteuacutedo incrementado em uma unidade Com isso

acumulam-se em um canal especiacutefico todos os pulsos de entrada de um pequeno intervalo de

amplitudes ou energias dos iacuteons incidentes Ao final com a soma dos pulsos recebidos em

cada canal obteacutem-se um histograma do nuacutemero de pulsos em funccedilatildeo de suas amplitudes ou

energias dos iacuteons incidentes

40 METODOLOGIA

41 Amostragem

Amostras de cabelo de 16 pessoas foram coletadas Os doadores foram entrevistados

seguindo o questionaacuterio disponiacutevel no ANEXO I e selecionados de acordo com os seguintes

criteacuterios possuiacuterem cabelos virgens (cabelos sem nenhum tipo de tratamento quiacutemico como

coloraccedilotildees tinturas alisantes entre outros) estarem saudaacuteveis serem natildeo fumantes e viverem

na Regiatildeo Metropolitana do Rio de Janeiro As amostras foram divididas em dois grupos de

oito o primeiro de pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo subterracircneo e o segundo com pessoas

que ingerem a aacutegua tratada e distribuiacuteda pela CEDAE

Foram analisadas amostras de cabelo de duas pessoas que consumiam a aacutegua do

mesmo poccedilo isto eacute duas amostras de cada residecircncia totalizando 4 poccedilos diferentes (a b c

d) na localidade Chaacutecaras Arcampo em Duque de Caxias ndash RJ (Figura 14)

Figura 14 Mapa com os pontos de coleta de amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua

de poccedilo em destaque a localizaccedilatildeo das residecircncias com os poccedilos

Fonte Google Earth Acesso em 30072015

As amostras foram coletadas na regiatildeo occipital da cabeccedila (nuca) como visto na

Figura 15 com o auxiacutelio de uma tesoura de accedilo inoxidaacutevel devidamente limpa com etanol

Essa regiatildeo eacute definida como padratildeo por ser menos suscetiacutevel a contaminaccedilatildeo exoacutegena e

tambeacutem por sempre existir cabelo em indiviacuteduos semicalvos [14] Em seguida as amostras

foram catalogadas e armazenadas em sacos plaacutesticos [5] Informaccedilotildees adicionais sobre o sexo

e a idade dos doadores e o tipo e cor das amostras de cabelo coletadas disponiacuteveis no ANEXO

II

Figura 15 Coleta de amostra de cabelo na regiatildeo occipital da cabeccedila

42 Lavagem das Amostras de Cabelo

Todas as amostras foram submetidas a uma sequecircncia de etapas de lavagem de 10

minutos cada utilizando acetona e aacutegua deionizada (Figura 16) Em seguida foram colocadas

para secar agrave temperatura ambiente de acordo com o procedimento recomendado pela Agecircncia

Internacional de Energia Atocircmica (IAEA) [5]

Figura 16 Lavagem das amostras de cabelo

As amostras analisadas por XRF foram colocadas diretamente no suporte do

equipamento Os fios foram colocados de maneira a se obter a superfiacutecie do porta-amostra

totalmente coberta pelo cabelo a qual em seguida foi coberta por um filme (Ultralenereg 4

microm de espessura) (Figura 17) Para a anaacutelise com o RBS o cabelo foi aderido ao suporte do

porta-amostra com o auxiacutelio de uma fita dupla face de carbono puro (Figura 18)

Figura 17 Amostra de cabelo em porta-amostra do equipamento de Fluorescecircncia de

Raios X

Figura 18 Amostra de cabelo no porta-amostra do equipamento de Espectrometria de

Retroespalhamento Rutherford

43 Paracircmetros Instrumentais

Anaacutelises semiquantitativas de XRF dos elementos presentes no cabelo foram

realizadas no Laboratoacuterio de Impacto de Foacutetons e Eleacutetrons (LIFE) na Universidade Federal do

Rio de Janeiro (UFRJ) Utilizou-se o Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios-X S8 TIGER

ndash BRUKER (Figura 19) na faixa de energia de 05 a 56 keV acircnodo de Rh trabalhando com 1

kW de potecircncia com uma janela de Be de 76 microm atraveacutes do software Quant-Express no

meacutetodo Best Detection O tempo de aquisiccedilatildeo para cada amostra foi de aproximadamente 20

minutos

Os dados por RBS foram realizados no Laboratoacuterio de Implantaccedilatildeo Iocircnica na

Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) Utilizou-se um acelerador de iacuteons

Tandetron - HVEE 3 MV (Figura 20) usando 2000 keV de iacuteons He+ incidentes e detecccedilatildeo de

partiacuteculas retroespalhadas a 165deg

Figura 19 Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X - S8 TIGER - BRUKER

Figura 20 Acelerador de iacuteons Tandetron - HVEE 3 MV onde foi feita a anaacutelise por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford

50 RESULTADOS E DISCUSSOtildeES

51 Anaacutelise por XRF

O espectro completo de XRF da amostra 2 referente ao cabelo de uma pessoa que

ingere aacutegua de poccedilo eacute mostrado na Figura 21 conforme obtido diretamente do equipamento

Eacute possiacutevel identificar as linhas de excitaccedilatildeo do Rh e as linhas de espalhamento Compton e

Rayleigh Os espectros ampliados somente na regiatildeo de interesse com as linhas de

fluorescecircncia Kα e Kβ atribuiacutedas agrave maioria dos elementos (exceto para o chumbo em que se

detectam as linhas Lα e Lβ) e sem as linhas de Rh de todas as amostras analisadas encontram-

se nos ANEXOS III e IV Os elementos analisados e a energia de suas linhas de emissatildeo de

fluorescecircncia Kα e Kβ satildeo apresentados na Tabela 4

Figura 21 Espectro de Fluorescecircncia de Raios X completo da amostra 2

Tabela 4 Energia em keV das principais linhas de emissatildeo de raios x dos elementos

analisados Adaptado de [26]

Os elementos observados e as concentraccedilotildees semiquantitativas das amostras de

cabelo das pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo e das amostras de cabelo das pessoas que

ingerem aacutegua distribuiacuteda pela CEDAE satildeo apresentados respectivamente nas Tabelas 5 e 6

Kα Kβ

Al 1487 1557

Si 1740 1836

P 2014 2139

S 2308 2464

Cl 2622 2816

Ca 3692 4013

Mn 5899 6490

Fe 6404 7058

Cu 8048 8905

Zn 8639 9572

Pb (Linhas Lα e Lβ) 10552 12614

Elementos

Analisados

Energia (keV) das Linhas de

Emissatildeo de Raios X

Tabela 5 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (1 a 8) que

ingerem aacutegua de poccedilo As concentraccedilotildees dos elementos foram normalizadas de modo que a

soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da matriz orgacircnica em conjunto

seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo ldquoa b c drdquo correlacionam a amostra

de cabelo com o poccedilo do qual o indiviacuteduo ingere aacutegua

1 2 3 4 5 6 7 8

Al 002 003 003 34 ppm natildeo det 006 natildeo det 001

Si 001 54 ppm 006 46 ppm 005 002 002 54 ppm

P 003 003 54 ppm 002 001 46 ppm natildeo det 004

S 117 071 115 118 166 135 151 098

Cl 003 65 ppm 002 002 natildeo det 003 natildeo det 61 ppm

Ca 003 003 80 ppm 002 004 002 008 008

Mn 73 ppm 78 ppm 58 ppm 10 ppm natildeo det 91 ppm natildeo det 54 ppm

Fe 001 001 92 ppm 29 ppm 38 ppm 001 27 ppm 83 ppm

Cu 44 ppm 41 ppm 46 ppm 31 ppm natildeo det 44 ppm 37 ppm 36 ppm

Zn 77 ppm 002 91 ppm 82 ppm 41 ppm 92 ppm 40 ppm 98 ppm

Pb 10 ppm 9 ppm 12 ppm 10 ppm natildeo det 10 ppm natildeo det 9 ppm

a b c d

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Elementos

Tabela 6 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (9 a 16)

que ingerem aacutegua tratada e distribuiacuteda pela CEDAE As concentraccedilotildees dos elementos foram

normalizadas de modo que a soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da

matriz orgacircnica em conjunto seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo

9 10 11 12 13 14 15 16

Al 001 36 ppm natildeo det 002 61 ppm 90 ppm 002 natildeo det

Si natildeo det 35 ppm natildeo det 40 ppm 79 ppm 60 ppm natildeo det natildeo det

P 003 34 ppm 003 002 natildeo det 46 ppm natildeo det 41 ppm

S 111 106 116 152 136 145 155 128

Cl 52 ppm 001 002 003 004 005 014 009

Ca 006 004 002 002 001 001 001 001

Mn 51 ppm 9 ppm 32 ppm natildeo det 24 ppm 57 ppm natildeo det 30 ppm

Fe 82 ppm 30 ppm 57 ppm 56 ppm 59 ppm 90 ppm 52 ppm 54 ppm

Cu 31 ppm 51 ppm 28 ppm 27 ppm 31 ppm 44 ppm 14 ppm 29 ppm

Zn 001 001 92 ppm 86 ppm 001 001 42 ppm 001

Pb natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det

Elementos

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

Na anaacutelise semiquantitativa por XRF pode-se verificar a presenccedila de elevadas

concentraccedilotildees de enxofre o que jaacute era esperado visto que este elemento faz parte da estrutura

da cisteiacutena o aminoaacutecido em maior quantidade na composiccedilatildeo do cabelo

Os elementos Ca Zn e Fe foram detectados em todas as amostras dos dois grupos O

Ca aparece na maior parte das amostras em concentraccedilotildees da ordem de enquanto que o Zn

e o Fe da ordem de ppm Os elementos Al P Mn Cl Si e Cu aparecem na maioria das

amostras em ambos os grupos No entanto o Pb foi observado em concentraccedilotildees da ordem de

ppm somente em amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo

Para as amostras 5 7 e 15 utilizou-se um porta amostra com maacutescara de 8 mm de

diacircmetro ao inveacutes da maacutescara de 34 mm utilizada para as outras amostras devido a pouca

quantidade de cabelo coletado Agrave vantagem de poder utilizar menos amostra com a maacutescara

de 8 mm contrapotildee-se um aumento do ruiacutedo de fundo e a consequente perda da sensibilidade

na anaacutelise Tal fato pode provavelmente justificar a quantidade menor de elementos

observados nessas amostras em comparaccedilatildeo com as demais incluindo a ausecircncia do elemento

chumbo nas amostras 5 e 7 jaacute que o mesmo aparece nas amostras 6 e 8 das pessoas que

bebem a mesma aacutegua dos poccedilos c e d respectivamente

52 Anaacutelise por RBS

Apresenta-se na Figura 22 o espectro de RBS da amostra 2 adquirido durante 8

horas de anaacutelise e apoacutes tratamento dos dados atraveacutes do programa computacional OriginPro 8

Duas ampliaccedilotildees (I e II) nas regiotildees de mais alta energia satildeo apresentadas nas Figuras 23 e

24 Observou-se a presenccedila dos elementos C N O Si S Cl Ti Cu Zn e Pb

As energias dos iacuteons He+ retroespalhados a partir da interaccedilatildeo com os nuacutecleos de Pb

e Hg satildeo muito proacuteximas tornando difiacutecil a resoluccedilatildeo dos sinais No entanto o Hg natildeo foi

observado em nenhuma das amostras por XRF enquanto o Pb pode ser detectado claramente

Conclui-se portanto que o degrau no espectro eacute correspondente ao Pb

Utilizando-se o caacutelculo da seccedilatildeo de choque de espalhamento Rutherford foi possiacutevel

obter uma anaacutelise quantitativa relativa da amostra 2 Para isso foi escolhido o enxofre como

elemento padratildeo devido ao fato do S estar presente em todas as amostras de cabelo e ser

facilmente detectaacutevel por ambas as teacutecnicas Para cada aacutetomo de S na amostra de cabelo as

seguintes proporccedilotildees atocircmicas foram obtidas 115 x 102 C 274 x 10

1 N 157 x 10

1 O 479 x

10-1

Si 641 x 10-1

Cl 454 x 10-2

Ti 162 x 10-2

Cu 265 x 10-2

Zn e 504 x 10-4

Pb

Figura 22 Espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da amostra 2

(grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 23 Ampliaccedilatildeo I do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 24 Ampliaccedilatildeo II do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

60 CONCLUSOtildeES

As teacutecnicas de XRF e RBS mostraram-se eficientes e complementares na

determinaccedilatildeo de vaacuterios elementos presentes em amostras de cabelo humano Atraveacutes das duas

teacutecnicas foi possiacutevel detectar de forma semiquantitativa a presenccedila de elementos desde o Al

ateacute o Pb Por RBS tambeacutem foram detectados elementos mais leves como C N e O A

utilizaccedilatildeo conjunta das duas teacutecnicas permitiu a identificaccedilatildeo inequiacutevoca de Pb no espectro de

RBS

Eacute evidente que as concentraccedilotildees dos elementos nas amostras de cabelo dependem de

diversos fatores tais como o tipo de alimentaccedilatildeo idade sexo ambiente em que o indiviacuteduo

vive e podem ser provenientes de meios exoacutegenos e endoacutegenos Entretanto considerando o

natildeo aparecimento do Pb em nenhuma das amostras de cabelo das pessoas que ingerem aacutegua

distribuiacuteda pela CEDAE aleacutem das anaacutelises preacutevias da aacutegua dos poccedilos da aacuterea em estudo eacute

possiacutevel afirmar que existe uma elevada possibilidade da aacutegua de poccedilo estaacute atuando como

uma fonte de contaminaccedilatildeo de Pb para as pessoas Como o Pb eacute um elemento toacutexico com

propriedade de bioacumulaccedilatildeo sua presenccedila pode gerar danos irreversiacuteveis aos organismos

vivos

70 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS

Como sugestotildees deste estudo podemos indicar

Realizar uma anaacutelise quantitativa de um nuacutemero mais amplo de amostras

Efetuar uma comparaccedilatildeo com materiais de referecircncia certificados a fim de

determinar com um grau de confiabilidade mais elevado se as quantidades de

chumbo detectadas nas amostras de cabelo estatildeo acima do intervalo de valores

considerados aceitaacuteveis

80 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

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Brasiacutelia ndash Distrito Federal 2008

[15] TEGON E C Caracterizaccedilatildeo Quiacutemica do Enxofre e do Caacutelcio presentes em

amostras de cabelos empregando as teacutecnicas XRF e NEXAFS Projeto de Final de Curso

em Quiacutemica com Atribuiccedilotildees Tecnoloacutegicas Instituto de Quiacutemica ndash Universidade Federal do

Rio de Janeiro Rio de Janeiro 2013

[16] Dossiecirc os minerais na alimentaccedilatildeo Food Ingredients Brasil 2008 ndeg 4 48-65

Disponiacutevel em lt wwwrevista-ficommaterias52pdfgt Acesso em 30 de julho de 2015

[17] CEDAE Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos Disponiacutevel em

ltwwwcedaecombrgt Acesso em 30 de julho de 2015

[18] IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatiacutestica Censo Brasileiro de 2010 Rio de

Janeiro 2010 Disponiacutevel em ltwwwcenso2010ibgegovbrgt Acesso em 30 de julho de

2015

[19] RESENDE D ALENCAR E ALMEIDA R BERTA R Principal reservatoacuterio do

Paraiacuteba do Sul Paraibuna chega ao volume morto pela primeira vez Jornal O Globo 22

de janeiro de 2015 Disponiacutevel em httpogloboglobocomrioprincipal-reservatorio-do-

paraiba-do-sul-paraibuna-chega-ao-volume-morto-pela-primeira-vez-gt Acesso em 30 de

julho de 2015

[20] Fundamentos teoacutericos da teacutecnica de anaacutelise espectromeacutetrica por fluorescecircncia de

raios-x PUC-Rio ndash Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em

lthttpwwwmaxwellvracpuc-riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 30 de julho de 2015

[21] TASCH P DAMIANI F OLIVEIRA L C M IE - 607A Teacutecnicas de anaacutelise e

caracterizaccedilatildeo de materiais Universidade Estadual de Campinas ndash UNICAMP Campinas

2000

[22] FILHO V F N Teacutecnicas analiacuteticas nucleares de Fluorescecircncia de Raios ndashX por

Dispersatildeo de Enerdia (ED-XRF) e por Reflexatildeo Total (TXRF) Departamento de Ciecircncias

Exatas ESALQ Laboratoacuterio de Instrumentaccedilatildeo Nuclear CENA Universidade de Satildeo Paulo

ndash USP Satildeo Paulo 1999

[23] PERDONAacute C R Introduccedilatildeo a espectrometria de Fluorescecircncia de Raios-X Manual

Teacutecnico ndash BRUKER 2014

[24] O espectrocircmetro de fluorescecircncia de raios-x Thermo ARL 9900 PUC-Rio ndash

Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em lthttpwwwmaxwellvracpuc-

riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 08 de agosto de 2015

[25] KRUG C Superfiacutecies porosas recobertas com metalocenos anaacutelise multivariada

envolvendo caracterizaccedilatildeo com feixe de iacuteons Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Fiacutesica Instituto

de Fiacutesica Universidade Federal do Rio Grande do Sul ndash UFRGS Porto Alegre 2000

[26] TABACNIKS M H Anaacutelise de filmes finos por PIXE e RBS Instituto de Fiacutesica da

Universidade de Satildeo Paulo Disponiacutevel em ltwww2ifuspbr~lamfipixeamprbspdfgt Acesso

em julho de 2015

[27] ALMEIDA C R Efeito de tratamentos teacutermico e quiacutemico de aerogeacuteis de oacutexido de

estanho Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Engenharia Eleacutetrica Universidade Federal de Santa

Catarina Florianoacutepolis 2013

[28] ATTWOOD D T HENKE B L et al X-Ray Data Booklet Lawrence Berkeley

Laboratory University of California Berkeley California 1986

ANEXO I

MODELO DO QUESTIONAacuteRIO PREENCHIDO ANTES DA COLETA DAS AMOSTRAS

DE CABELO

Coacutedigo da amostra

Nome

Idade (anos)

Endereccedilo

Fuma Sim ( ) Natildeo ( )

Ingere aacutegua de que tipo (poccedilo CEDAE) Poccedilo ( ) CEDAE ( )

Fez algum tipo de tratamento quiacutemico no cabelo

(coloraccedilatildeo alisamento etc)Sim ( ) Natildeo ( )

Qual Quando foi a uacuteltima vez

Esteve bem de sauacutede nos uacuteltimos 6 meses Sim ( ) Natildeo ( )

Data da coleta

Responsaacutevel pela coleta

COLETA DE AMOSTRA DE CABELO

ANEXO II

INFORMACcedilOtildeES ADICIONAIS SOBRE OS DOADORES E AS AMOSTRAS DE

CABELO COLETADAS

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

1 Feminino 62 Cacheado Castanho Escuro

2 Feminino 27 Cacheado Castanho Escuro

3 Feminino 17 Liso Castanho Escuro

4 Feminino 10 Cacheado Castanho Escuro

5 Feminino 58 Liso Castanho Escuro

6 Feminino 7 Cacheado Castanho Escuro

7 Masculino 17 Liso Castanho Claro

8 Feminino 39 Liso Castanho Escuro

Pessoas que Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

9 Feminino 41 Cacheado Castanho Escuro

10 Feminino 17 Ondulado Castanho Claro

11 Masculino 1 Cacheado Castanho Escuro

12 Feminino 11 Liso Castanho Escuro

13 Masculino 21 Liso Castanho Escuro

14 Masculino 42 Cacheado Preto

15 Masculino 6 Liso Preto

16 Masculino 14 Liso Preto

Pessoas que Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

ANEXO III

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DE POCcedilO (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 1

Amostra 2

Amostra 3

Amostra 4

Amostra 5

Amostra 6

Amostra 7

Amostra 8

ANEXO IV

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DISTRIBUIacuteDA PELA CEDAE (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 9

Amostra 10

Amostra 11

Amostra 12

Amostra 13

Amostra 14

Amostra 15

Amostra 16

Page 34: Dissertação Priscilla Velasco da Paixão

original A carga coletada eacute igual agrave carga produzida pela radiaccedilatildeo (Q) multiplicada por um

fator (M) denominado ldquoganhordquo

∆119881 = (119872119876)

119862 (Eq 3)

Portanto o sinal produzido tem altura proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo incidente

Detectores de cintilaccedilatildeo

O cintilador eacute uma substacircncia soacutelida ou liacutequida na qual a energia de radiaccedilatildeo

incidente eacute transferida aos eleacutetrons do material sendo depois emitida na forma de radiaccedilatildeo

eletromagneacutetica de frequecircncia menor (visiacutevel ou ultravioleta)

O detector de cintilaccedilatildeo utilizado eacute constituiacutedo por um cristal de NaI(Tl) (iodeto de

soacutedio ativado com 1 de iodeto de taacutelio) no qual ocorre a emissatildeo de radiaccedilatildeo de frequecircncia

menor aleacutem de um fotomultiplicador onde essa radiaccedilatildeo luminosa eacute transformada em pulso

eleacutetrico e amplificada

O mecanismo de cintilaccedilatildeo nos cristais inorgacircnicos baseia-se na propriedade dos

semicondutores terem banda de valecircncia e banda de conduccedilatildeo Na banda de valecircncia os

eleacutetrons estatildeo essencialmente ligados aos siacutetios do cristal Jaacute na banda de conduccedilatildeo os

eleacutetrons tecircm energia suficiente para migrar atraveacutes do cristal No cristal puro natildeo satildeo

encontrados eleacutetrons na banda proibida

Ao incidir uma radiaccedilatildeo no cristal pode ocorrer excitaccedilatildeo de eleacutetrons ateacute a banda de

conduccedilatildeo deixando lacunas na banda de valecircncia (normalmente preenchida)

No cristal puro a energia necessaacuteria para formar um par eleacutetronlacuna eacute

aproximadamente a mesma liberada quando esse par se recombina Assim os espectros de

absorccedilatildeo e emissatildeo superpotildeem-se ocorrendo autoabsorccedilatildeo da radiaccedilatildeo luminosa produzida

Se o cristal for ativado a emissatildeo pode ocorrer via um siacutetio do ativador para o qual a energia

de transiccedilatildeo eacute menor do que a necessaacuteria para a criaccedilatildeo do par eleacutetronlacuna Desse modo o

espectro emitido eacute deslocado para comprimentos de onda maiores e natildeo causa nova absorccedilatildeo

No tubo fotomultiplicador converte-se a radiaccedilatildeo de baixa intensidade produzida no

cintilador em um sinal eleacutetrico uacutetil agrave detecccedilatildeo e contagem de radiaccedilatildeo

Analisador de altura de pulso (PHA)

A energia do foacuteton incidente de raios x determina o tamanho do pulso de tensatildeo

produzido pelo detector O analisador de altura de pulso faz uso dessa propriedade a fim de

selecionar apenas um intervalo estreito de pulsos de voltagem rejeitando todos os pulsos com

intensidades fora do intervalo escolhido

Ao final utiliza-se o meacutetodo de integraccedilatildeo dos recebidos em um integrador

eletrocircnico Se N representa o nuacutemero de contagens em um tempo de integraccedilatildeo t segundos

entatildeo a taxa de contagem eacute Nt contagens por segundo (cps)

36 Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford - Teoria

A teacutecnica de RBS consiste em incidir partiacuteculas monoenergeacuteticas de um feixe de iacuteons

(geralmente iacuteons He+) de alta energia em um alvo estacionaacuterio Ao colidirem com os aacutetomos

do alvo as partiacuteculas satildeo elasticamente espalhadas no campo eleacutetrico do nuacutecleo do aacutetomo e

chegam a um detector por um acircngulo de retroespalhamento Na Figura 11 apresenta-se um

esquema de espalhamento elaacutestico [25-27]

Figura 11 Espalhamento elaacutestico em acircngulo de retroespalhamento de um iacuteon de massa M1

por um aacutetomo de massa M2 com M2gtM1 [25]

O detector ao receber as partiacuteculas espalhadas produz um pulso ou sinal que eacute entatildeo

processado por um analisador multicanal e classificado conforme a amplitude que

corresponde a uma escala em energia Como resultado as informaccedilotildees sobre a composiccedilatildeo

elementar do aacutetomo alvo satildeo obtidas a partir de um espectro de contagens em funccedilatildeo da

energia das partiacuteculas retroespalhadas detectadas [25]

O fator cinemaacutetico (K) eacute responsaacutevel pela anaacutelise elementar qualitativa Essa

grandeza depende da razatildeo entre as energias das partiacuteculas incidentes antes (E0) e depois (E)

do espalhamento (Equaccedilatildeo 4)

119870 = 119864

1198640 (Eq 4)

Considerando as conservaccedilotildees de energia e do momentum na colisatildeo elaacutestica obteacutem-

se a relaccedilatildeo entre o fator cinemaacutetico (K) a massa atocircmica da partiacutecula incidente (M1) a massa

atocircmica do aacutetomo alvo (M2) e o acircngulo de espalhamento (θ) (Eq 5)

119870 = [1198721 119888119900119904120579+ (1198722

2minus 11987212 1199041198901198992120579)

12

1198721+ 1198722]

2

(Eq 5)

Os valores de M1 θ e E0 satildeo preacute-fixados conhecendo E determina-se K e por

conseguinte determina-se M2

A Figura 12 apresenta um esquema do espectro de RBS de um filme fino de

composiccedilatildeo geneacuterica AB onde a massa de A eacute maior do que a massa de B depositado em um

substrato C ainda mais leve

Figura 12 Esquema de um espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford de

um filme fino AB sobre um substrato C ainda mais leve [27]

A resoluccedilatildeo em massa da teacutecnica eacute a diferenccedila miacutenima de massa entre dois aacutetomos-

alvo para que sinais resolvidos possam ser observados no espectro A discriminaccedilatildeo em massa

eacute maacutexima para θ = 180deg razatildeo pela qual satildeo utilizados acircngulos elevados experimentalmente

Pode-se melhorar a resoluccedilatildeo em massa na RBS aumentando a energia e a massa dos aacutetomos

incidentes e melhorando a resoluccedilatildeo do sistema de detecccedilatildeo com o cuidado para natildeo degradar

os detectores [25]

Outra grandeza importante em RBS eacute a seccedilatildeo de choque de espalhamento (σ) que eacute

uma medida da probabilidade de ocorrer o espalhamento e que atribui o caraacuteter quantitativo agrave

teacutecnica [25] Considerando um nuacutemero de partiacuteculas espalhadas (H) sobre um detector tem-se

a Equaccedilatildeo 6

119867 = 119876119873119905 ⟨119889120590

119889120570⟩Ω (Eq 6)

Onde

Q = nuacutemero de partiacuteculas que atinge a amostra

N = densidade volumeacutetrica dos aacutetomos alvo

t = espessura do alvo

⟨119889120590

119889120570⟩ = seccedilatildeo de choque meacutedia de espalhamento

Ω = acircngulo soacutelido do detector em relaccedilatildeo ao feixe

Para acircngulos pequenos tem-se ⟨119889120590

119889120570⟩ = (

119889120590

119889120570)120579

= σ (Eq 7)

Logo 119867 = 119876119873119905120590120570 (Eq 8)

Na Equaccedilatildeo 8 conhecendo o nuacutemero de partiacuteculas que atinge o alvo Q e o detector

H pode-se determinar o numero de aacutetomos por unidade de aacuterea da amostra (Nt) desde que se

conheccedila o acircngulo soacutelido de detecccedilatildeo Ω e a seccedilatildeo de choque de espalhamento (σ) Para uma

colisatildeo elaacutestica entre dois aacutetomos com nuacutemeros atocircmicos Z1 e Z2 (do aacutetomo incidente e do

aacutetomo alvo respectivamente) em que a forccedila de interaccedilatildeo eacute a repulsatildeo eletrostaacutetica dos

nuacutecleos a seccedilatildeo de choque de espalhamento diferencial (por unidade de acircngulo soacutelido) eacute dada

pela Foacutermula de Rutherford (Equaccedilatildeo 9)

119889120590

119889120570= (

119885111988521198902

4119864)2

4

1199041198901198994120579

[1minus ((

11987211198722) 119904119890119899120579)

2

]

12

+cos120579

[1minus ((11987211198722)119904119890119899 120579)

2

]

12

2

(Eq 9)

Em siacutentese a razatildeo entre as concentraccedilotildees relativas dos elementos A e B na

superfiacutecie de uma amostra 119873119860119860119861(119909)

119873119861119860119861(119909)

pode ser calculada com o auxiacutelio de um programa

computacional ou atraveacutes da medida de altura dos degraus obtidos no espectro sendo

calculadas com as Equaccedilotildees 10 e 11

(119889120590

119889120570)119861

(119889120590

119889120570)119860

= Ji (Eq 10)

119873119860119860119861(119909)

119873119861119860119861(119909)

= 119867119860119860119861

119867119861119860119861 119869119894 (Eq 11)

37 Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford - Instrumentaccedilatildeo

Na Figura 13 pode ser observado um esquema com os principais componentes da

instrumentaccedilatildeo utilizada em anaacutelises por RBS que seratildeo descritos em seguida de acordo com

o equipamento utilizado para a realizaccedilatildeo deste trabalho e com informaccedilotildees obtidas na

referecircncia [25]

Figura 13 Esquema dos componentes presentes na instrumentaccedilatildeo utilizada em anaacutelises por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford Fonte Adaptado de [25]

O Laboratoacuterio de Implantaccedilatildeo Iocircnica da Universidade Federal do Rio Grande do Sul

possui um acelerador Tandetron equipado com fontes de iacuteons dos tipos sputtering e de

plasma com tecnologia ldquotandemrdquo com 3MV de tensatildeo maacutexima no terminal e cinco estaccedilotildees

experimentais de linhas distintas incluindo a de RBS

Fonte de iacuteons

Fonte de Plasma um gaacutes ou um vapor eacute ionizado por meio de campos

eletromagneacuteticos na faixa de radiofrequecircncia ou ao ser atravessado por corrente eleacutetrica

Fonte de ldquoSputteringrdquo os iacuteons satildeo produzidos por transferecircncia de momentum

quando da colisatildeo de um feixe primaacuterio (geralmente Cs+) com um alvo soacutelido

Aceleradores ldquotandemrdquo

Neste tipo de acelerador iacuteons positivos deixam a fonte passam por uma troca de

carga (com vapor de Liacutetio ou outro elemento eletropositivo) e satildeo conduzidos com carga

negativa ao tubo acelerador onde satildeo atraiacutedos por um terminal positivo No caso dos iacuteons

produzidos serem originalmente negativos a troca de carga eacute suprimida Junto ao terminal

positivo passam por uma seccedilatildeo contendo um gaacutes ou vapor (N2 no presente caso) ou por uma

folha muito fina de carbono para que os iacuteons emergentes tenham perdido os eleacutetrons Com

carga positiva satildeo novamente acelerados agora por repulsatildeo do terminal Diferenccedilas de

potencial da ordem de vaacuterios milhotildees de volts satildeo obtidas utilizando circuitos multiplicadores

de voltagem que multiplicam e retificam a tensatildeo produzida por um transformador Seguindo

o tubo acelerador geralmente encontra-se um segundo eletroiacutematilde que permite direcionar o

feixe de iacuteons para uma das estaccedilotildees experimentais de acordo com as espeacutecies a serem

detectadas (no presente caso partiacuteculas retroespalhadas)

Detectores de estado soacutelido com junccedilotildees p-n obtidas por implantaccedilatildeo iocircnica

A junccedilatildeo p-n sob polarizaccedilatildeo reversa permite a coleta de cargas geradas na

produccedilatildeo de pares eleacutetron-lacuna Esse fenocircmeno ocorre quando um iacuteon atravessa um

semicondutor excitando eleacutetrons da banda de valecircncia para a banda de conduccedilatildeo que entatildeo

satildeo coletados no acircnodo Dessa forma o nuacutemero de eleacutetrons coletados no acircnodo eacute proporcional

ao nuacutemero de pares de eleacutetron-lacuna produzidos o qual eacute proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo

incidente desde que o iacuteon seja totalmente freado dentro do volume ativo do detector

Analisador multicanal (MCA) no modo de anaacutelise de intensidade de pulso

O MCA consta de uma sequecircncia de registradores onde cada pulso de entrada uma

vez digitalizado por um conversor analoacutegico-digital (ADC) eacute analisado com relaccedilatildeo a sua

amplitude (modo PHA) sob o controle de um discriminador Na sequecircncia o canal de

memoacuteria correspondente tem seu conteuacutedo incrementado em uma unidade Com isso

acumulam-se em um canal especiacutefico todos os pulsos de entrada de um pequeno intervalo de

amplitudes ou energias dos iacuteons incidentes Ao final com a soma dos pulsos recebidos em

cada canal obteacutem-se um histograma do nuacutemero de pulsos em funccedilatildeo de suas amplitudes ou

energias dos iacuteons incidentes

40 METODOLOGIA

41 Amostragem

Amostras de cabelo de 16 pessoas foram coletadas Os doadores foram entrevistados

seguindo o questionaacuterio disponiacutevel no ANEXO I e selecionados de acordo com os seguintes

criteacuterios possuiacuterem cabelos virgens (cabelos sem nenhum tipo de tratamento quiacutemico como

coloraccedilotildees tinturas alisantes entre outros) estarem saudaacuteveis serem natildeo fumantes e viverem

na Regiatildeo Metropolitana do Rio de Janeiro As amostras foram divididas em dois grupos de

oito o primeiro de pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo subterracircneo e o segundo com pessoas

que ingerem a aacutegua tratada e distribuiacuteda pela CEDAE

Foram analisadas amostras de cabelo de duas pessoas que consumiam a aacutegua do

mesmo poccedilo isto eacute duas amostras de cada residecircncia totalizando 4 poccedilos diferentes (a b c

d) na localidade Chaacutecaras Arcampo em Duque de Caxias ndash RJ (Figura 14)

Figura 14 Mapa com os pontos de coleta de amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua

de poccedilo em destaque a localizaccedilatildeo das residecircncias com os poccedilos

Fonte Google Earth Acesso em 30072015

As amostras foram coletadas na regiatildeo occipital da cabeccedila (nuca) como visto na

Figura 15 com o auxiacutelio de uma tesoura de accedilo inoxidaacutevel devidamente limpa com etanol

Essa regiatildeo eacute definida como padratildeo por ser menos suscetiacutevel a contaminaccedilatildeo exoacutegena e

tambeacutem por sempre existir cabelo em indiviacuteduos semicalvos [14] Em seguida as amostras

foram catalogadas e armazenadas em sacos plaacutesticos [5] Informaccedilotildees adicionais sobre o sexo

e a idade dos doadores e o tipo e cor das amostras de cabelo coletadas disponiacuteveis no ANEXO

II

Figura 15 Coleta de amostra de cabelo na regiatildeo occipital da cabeccedila

42 Lavagem das Amostras de Cabelo

Todas as amostras foram submetidas a uma sequecircncia de etapas de lavagem de 10

minutos cada utilizando acetona e aacutegua deionizada (Figura 16) Em seguida foram colocadas

para secar agrave temperatura ambiente de acordo com o procedimento recomendado pela Agecircncia

Internacional de Energia Atocircmica (IAEA) [5]

Figura 16 Lavagem das amostras de cabelo

As amostras analisadas por XRF foram colocadas diretamente no suporte do

equipamento Os fios foram colocados de maneira a se obter a superfiacutecie do porta-amostra

totalmente coberta pelo cabelo a qual em seguida foi coberta por um filme (Ultralenereg 4

microm de espessura) (Figura 17) Para a anaacutelise com o RBS o cabelo foi aderido ao suporte do

porta-amostra com o auxiacutelio de uma fita dupla face de carbono puro (Figura 18)

Figura 17 Amostra de cabelo em porta-amostra do equipamento de Fluorescecircncia de

Raios X

Figura 18 Amostra de cabelo no porta-amostra do equipamento de Espectrometria de

Retroespalhamento Rutherford

43 Paracircmetros Instrumentais

Anaacutelises semiquantitativas de XRF dos elementos presentes no cabelo foram

realizadas no Laboratoacuterio de Impacto de Foacutetons e Eleacutetrons (LIFE) na Universidade Federal do

Rio de Janeiro (UFRJ) Utilizou-se o Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios-X S8 TIGER

ndash BRUKER (Figura 19) na faixa de energia de 05 a 56 keV acircnodo de Rh trabalhando com 1

kW de potecircncia com uma janela de Be de 76 microm atraveacutes do software Quant-Express no

meacutetodo Best Detection O tempo de aquisiccedilatildeo para cada amostra foi de aproximadamente 20

minutos

Os dados por RBS foram realizados no Laboratoacuterio de Implantaccedilatildeo Iocircnica na

Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) Utilizou-se um acelerador de iacuteons

Tandetron - HVEE 3 MV (Figura 20) usando 2000 keV de iacuteons He+ incidentes e detecccedilatildeo de

partiacuteculas retroespalhadas a 165deg

Figura 19 Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X - S8 TIGER - BRUKER

Figura 20 Acelerador de iacuteons Tandetron - HVEE 3 MV onde foi feita a anaacutelise por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford

50 RESULTADOS E DISCUSSOtildeES

51 Anaacutelise por XRF

O espectro completo de XRF da amostra 2 referente ao cabelo de uma pessoa que

ingere aacutegua de poccedilo eacute mostrado na Figura 21 conforme obtido diretamente do equipamento

Eacute possiacutevel identificar as linhas de excitaccedilatildeo do Rh e as linhas de espalhamento Compton e

Rayleigh Os espectros ampliados somente na regiatildeo de interesse com as linhas de

fluorescecircncia Kα e Kβ atribuiacutedas agrave maioria dos elementos (exceto para o chumbo em que se

detectam as linhas Lα e Lβ) e sem as linhas de Rh de todas as amostras analisadas encontram-

se nos ANEXOS III e IV Os elementos analisados e a energia de suas linhas de emissatildeo de

fluorescecircncia Kα e Kβ satildeo apresentados na Tabela 4

Figura 21 Espectro de Fluorescecircncia de Raios X completo da amostra 2

Tabela 4 Energia em keV das principais linhas de emissatildeo de raios x dos elementos

analisados Adaptado de [26]

Os elementos observados e as concentraccedilotildees semiquantitativas das amostras de

cabelo das pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo e das amostras de cabelo das pessoas que

ingerem aacutegua distribuiacuteda pela CEDAE satildeo apresentados respectivamente nas Tabelas 5 e 6

Kα Kβ

Al 1487 1557

Si 1740 1836

P 2014 2139

S 2308 2464

Cl 2622 2816

Ca 3692 4013

Mn 5899 6490

Fe 6404 7058

Cu 8048 8905

Zn 8639 9572

Pb (Linhas Lα e Lβ) 10552 12614

Elementos

Analisados

Energia (keV) das Linhas de

Emissatildeo de Raios X

Tabela 5 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (1 a 8) que

ingerem aacutegua de poccedilo As concentraccedilotildees dos elementos foram normalizadas de modo que a

soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da matriz orgacircnica em conjunto

seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo ldquoa b c drdquo correlacionam a amostra

de cabelo com o poccedilo do qual o indiviacuteduo ingere aacutegua

1 2 3 4 5 6 7 8

Al 002 003 003 34 ppm natildeo det 006 natildeo det 001

Si 001 54 ppm 006 46 ppm 005 002 002 54 ppm

P 003 003 54 ppm 002 001 46 ppm natildeo det 004

S 117 071 115 118 166 135 151 098

Cl 003 65 ppm 002 002 natildeo det 003 natildeo det 61 ppm

Ca 003 003 80 ppm 002 004 002 008 008

Mn 73 ppm 78 ppm 58 ppm 10 ppm natildeo det 91 ppm natildeo det 54 ppm

Fe 001 001 92 ppm 29 ppm 38 ppm 001 27 ppm 83 ppm

Cu 44 ppm 41 ppm 46 ppm 31 ppm natildeo det 44 ppm 37 ppm 36 ppm

Zn 77 ppm 002 91 ppm 82 ppm 41 ppm 92 ppm 40 ppm 98 ppm

Pb 10 ppm 9 ppm 12 ppm 10 ppm natildeo det 10 ppm natildeo det 9 ppm

a b c d

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Elementos

Tabela 6 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (9 a 16)

que ingerem aacutegua tratada e distribuiacuteda pela CEDAE As concentraccedilotildees dos elementos foram

normalizadas de modo que a soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da

matriz orgacircnica em conjunto seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo

9 10 11 12 13 14 15 16

Al 001 36 ppm natildeo det 002 61 ppm 90 ppm 002 natildeo det

Si natildeo det 35 ppm natildeo det 40 ppm 79 ppm 60 ppm natildeo det natildeo det

P 003 34 ppm 003 002 natildeo det 46 ppm natildeo det 41 ppm

S 111 106 116 152 136 145 155 128

Cl 52 ppm 001 002 003 004 005 014 009

Ca 006 004 002 002 001 001 001 001

Mn 51 ppm 9 ppm 32 ppm natildeo det 24 ppm 57 ppm natildeo det 30 ppm

Fe 82 ppm 30 ppm 57 ppm 56 ppm 59 ppm 90 ppm 52 ppm 54 ppm

Cu 31 ppm 51 ppm 28 ppm 27 ppm 31 ppm 44 ppm 14 ppm 29 ppm

Zn 001 001 92 ppm 86 ppm 001 001 42 ppm 001

Pb natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det

Elementos

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

Na anaacutelise semiquantitativa por XRF pode-se verificar a presenccedila de elevadas

concentraccedilotildees de enxofre o que jaacute era esperado visto que este elemento faz parte da estrutura

da cisteiacutena o aminoaacutecido em maior quantidade na composiccedilatildeo do cabelo

Os elementos Ca Zn e Fe foram detectados em todas as amostras dos dois grupos O

Ca aparece na maior parte das amostras em concentraccedilotildees da ordem de enquanto que o Zn

e o Fe da ordem de ppm Os elementos Al P Mn Cl Si e Cu aparecem na maioria das

amostras em ambos os grupos No entanto o Pb foi observado em concentraccedilotildees da ordem de

ppm somente em amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo

Para as amostras 5 7 e 15 utilizou-se um porta amostra com maacutescara de 8 mm de

diacircmetro ao inveacutes da maacutescara de 34 mm utilizada para as outras amostras devido a pouca

quantidade de cabelo coletado Agrave vantagem de poder utilizar menos amostra com a maacutescara

de 8 mm contrapotildee-se um aumento do ruiacutedo de fundo e a consequente perda da sensibilidade

na anaacutelise Tal fato pode provavelmente justificar a quantidade menor de elementos

observados nessas amostras em comparaccedilatildeo com as demais incluindo a ausecircncia do elemento

chumbo nas amostras 5 e 7 jaacute que o mesmo aparece nas amostras 6 e 8 das pessoas que

bebem a mesma aacutegua dos poccedilos c e d respectivamente

52 Anaacutelise por RBS

Apresenta-se na Figura 22 o espectro de RBS da amostra 2 adquirido durante 8

horas de anaacutelise e apoacutes tratamento dos dados atraveacutes do programa computacional OriginPro 8

Duas ampliaccedilotildees (I e II) nas regiotildees de mais alta energia satildeo apresentadas nas Figuras 23 e

24 Observou-se a presenccedila dos elementos C N O Si S Cl Ti Cu Zn e Pb

As energias dos iacuteons He+ retroespalhados a partir da interaccedilatildeo com os nuacutecleos de Pb

e Hg satildeo muito proacuteximas tornando difiacutecil a resoluccedilatildeo dos sinais No entanto o Hg natildeo foi

observado em nenhuma das amostras por XRF enquanto o Pb pode ser detectado claramente

Conclui-se portanto que o degrau no espectro eacute correspondente ao Pb

Utilizando-se o caacutelculo da seccedilatildeo de choque de espalhamento Rutherford foi possiacutevel

obter uma anaacutelise quantitativa relativa da amostra 2 Para isso foi escolhido o enxofre como

elemento padratildeo devido ao fato do S estar presente em todas as amostras de cabelo e ser

facilmente detectaacutevel por ambas as teacutecnicas Para cada aacutetomo de S na amostra de cabelo as

seguintes proporccedilotildees atocircmicas foram obtidas 115 x 102 C 274 x 10

1 N 157 x 10

1 O 479 x

10-1

Si 641 x 10-1

Cl 454 x 10-2

Ti 162 x 10-2

Cu 265 x 10-2

Zn e 504 x 10-4

Pb

Figura 22 Espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da amostra 2

(grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 23 Ampliaccedilatildeo I do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 24 Ampliaccedilatildeo II do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

60 CONCLUSOtildeES

As teacutecnicas de XRF e RBS mostraram-se eficientes e complementares na

determinaccedilatildeo de vaacuterios elementos presentes em amostras de cabelo humano Atraveacutes das duas

teacutecnicas foi possiacutevel detectar de forma semiquantitativa a presenccedila de elementos desde o Al

ateacute o Pb Por RBS tambeacutem foram detectados elementos mais leves como C N e O A

utilizaccedilatildeo conjunta das duas teacutecnicas permitiu a identificaccedilatildeo inequiacutevoca de Pb no espectro de

RBS

Eacute evidente que as concentraccedilotildees dos elementos nas amostras de cabelo dependem de

diversos fatores tais como o tipo de alimentaccedilatildeo idade sexo ambiente em que o indiviacuteduo

vive e podem ser provenientes de meios exoacutegenos e endoacutegenos Entretanto considerando o

natildeo aparecimento do Pb em nenhuma das amostras de cabelo das pessoas que ingerem aacutegua

distribuiacuteda pela CEDAE aleacutem das anaacutelises preacutevias da aacutegua dos poccedilos da aacuterea em estudo eacute

possiacutevel afirmar que existe uma elevada possibilidade da aacutegua de poccedilo estaacute atuando como

uma fonte de contaminaccedilatildeo de Pb para as pessoas Como o Pb eacute um elemento toacutexico com

propriedade de bioacumulaccedilatildeo sua presenccedila pode gerar danos irreversiacuteveis aos organismos

vivos

70 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS

Como sugestotildees deste estudo podemos indicar

Realizar uma anaacutelise quantitativa de um nuacutemero mais amplo de amostras

Efetuar uma comparaccedilatildeo com materiais de referecircncia certificados a fim de

determinar com um grau de confiabilidade mais elevado se as quantidades de

chumbo detectadas nas amostras de cabelo estatildeo acima do intervalo de valores

considerados aceitaacuteveis

80 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

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paraiba-do-sul-paraibuna-chega-ao-volume-morto-pela-primeira-vez-gt Acesso em 30 de

julho de 2015

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raios-x PUC-Rio ndash Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em

lthttpwwwmaxwellvracpuc-riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 30 de julho de 2015

[21] TASCH P DAMIANI F OLIVEIRA L C M IE - 607A Teacutecnicas de anaacutelise e

caracterizaccedilatildeo de materiais Universidade Estadual de Campinas ndash UNICAMP Campinas

2000

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ndash USP Satildeo Paulo 1999

[23] PERDONAacute C R Introduccedilatildeo a espectrometria de Fluorescecircncia de Raios-X Manual

Teacutecnico ndash BRUKER 2014

[24] O espectrocircmetro de fluorescecircncia de raios-x Thermo ARL 9900 PUC-Rio ndash

Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em lthttpwwwmaxwellvracpuc-

riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 08 de agosto de 2015

[25] KRUG C Superfiacutecies porosas recobertas com metalocenos anaacutelise multivariada

envolvendo caracterizaccedilatildeo com feixe de iacuteons Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Fiacutesica Instituto

de Fiacutesica Universidade Federal do Rio Grande do Sul ndash UFRGS Porto Alegre 2000

[26] TABACNIKS M H Anaacutelise de filmes finos por PIXE e RBS Instituto de Fiacutesica da

Universidade de Satildeo Paulo Disponiacutevel em ltwww2ifuspbr~lamfipixeamprbspdfgt Acesso

em julho de 2015

[27] ALMEIDA C R Efeito de tratamentos teacutermico e quiacutemico de aerogeacuteis de oacutexido de

estanho Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Engenharia Eleacutetrica Universidade Federal de Santa

Catarina Florianoacutepolis 2013

[28] ATTWOOD D T HENKE B L et al X-Ray Data Booklet Lawrence Berkeley

Laboratory University of California Berkeley California 1986

ANEXO I

MODELO DO QUESTIONAacuteRIO PREENCHIDO ANTES DA COLETA DAS AMOSTRAS

DE CABELO

Coacutedigo da amostra

Nome

Idade (anos)

Endereccedilo

Fuma Sim ( ) Natildeo ( )

Ingere aacutegua de que tipo (poccedilo CEDAE) Poccedilo ( ) CEDAE ( )

Fez algum tipo de tratamento quiacutemico no cabelo

(coloraccedilatildeo alisamento etc)Sim ( ) Natildeo ( )

Qual Quando foi a uacuteltima vez

Esteve bem de sauacutede nos uacuteltimos 6 meses Sim ( ) Natildeo ( )

Data da coleta

Responsaacutevel pela coleta

COLETA DE AMOSTRA DE CABELO

ANEXO II

INFORMACcedilOtildeES ADICIONAIS SOBRE OS DOADORES E AS AMOSTRAS DE

CABELO COLETADAS

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

1 Feminino 62 Cacheado Castanho Escuro

2 Feminino 27 Cacheado Castanho Escuro

3 Feminino 17 Liso Castanho Escuro

4 Feminino 10 Cacheado Castanho Escuro

5 Feminino 58 Liso Castanho Escuro

6 Feminino 7 Cacheado Castanho Escuro

7 Masculino 17 Liso Castanho Claro

8 Feminino 39 Liso Castanho Escuro

Pessoas que Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

9 Feminino 41 Cacheado Castanho Escuro

10 Feminino 17 Ondulado Castanho Claro

11 Masculino 1 Cacheado Castanho Escuro

12 Feminino 11 Liso Castanho Escuro

13 Masculino 21 Liso Castanho Escuro

14 Masculino 42 Cacheado Preto

15 Masculino 6 Liso Preto

16 Masculino 14 Liso Preto

Pessoas que Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

ANEXO III

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DE POCcedilO (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 1

Amostra 2

Amostra 3

Amostra 4

Amostra 5

Amostra 6

Amostra 7

Amostra 8

ANEXO IV

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DISTRIBUIacuteDA PELA CEDAE (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 9

Amostra 10

Amostra 11

Amostra 12

Amostra 13

Amostra 14

Amostra 15

Amostra 16

Page 35: Dissertação Priscilla Velasco da Paixão

Analisador de altura de pulso (PHA)

A energia do foacuteton incidente de raios x determina o tamanho do pulso de tensatildeo

produzido pelo detector O analisador de altura de pulso faz uso dessa propriedade a fim de

selecionar apenas um intervalo estreito de pulsos de voltagem rejeitando todos os pulsos com

intensidades fora do intervalo escolhido

Ao final utiliza-se o meacutetodo de integraccedilatildeo dos recebidos em um integrador

eletrocircnico Se N representa o nuacutemero de contagens em um tempo de integraccedilatildeo t segundos

entatildeo a taxa de contagem eacute Nt contagens por segundo (cps)

36 Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford - Teoria

A teacutecnica de RBS consiste em incidir partiacuteculas monoenergeacuteticas de um feixe de iacuteons

(geralmente iacuteons He+) de alta energia em um alvo estacionaacuterio Ao colidirem com os aacutetomos

do alvo as partiacuteculas satildeo elasticamente espalhadas no campo eleacutetrico do nuacutecleo do aacutetomo e

chegam a um detector por um acircngulo de retroespalhamento Na Figura 11 apresenta-se um

esquema de espalhamento elaacutestico [25-27]

Figura 11 Espalhamento elaacutestico em acircngulo de retroespalhamento de um iacuteon de massa M1

por um aacutetomo de massa M2 com M2gtM1 [25]

O detector ao receber as partiacuteculas espalhadas produz um pulso ou sinal que eacute entatildeo

processado por um analisador multicanal e classificado conforme a amplitude que

corresponde a uma escala em energia Como resultado as informaccedilotildees sobre a composiccedilatildeo

elementar do aacutetomo alvo satildeo obtidas a partir de um espectro de contagens em funccedilatildeo da

energia das partiacuteculas retroespalhadas detectadas [25]

O fator cinemaacutetico (K) eacute responsaacutevel pela anaacutelise elementar qualitativa Essa

grandeza depende da razatildeo entre as energias das partiacuteculas incidentes antes (E0) e depois (E)

do espalhamento (Equaccedilatildeo 4)

119870 = 119864

1198640 (Eq 4)

Considerando as conservaccedilotildees de energia e do momentum na colisatildeo elaacutestica obteacutem-

se a relaccedilatildeo entre o fator cinemaacutetico (K) a massa atocircmica da partiacutecula incidente (M1) a massa

atocircmica do aacutetomo alvo (M2) e o acircngulo de espalhamento (θ) (Eq 5)

119870 = [1198721 119888119900119904120579+ (1198722

2minus 11987212 1199041198901198992120579)

12

1198721+ 1198722]

2

(Eq 5)

Os valores de M1 θ e E0 satildeo preacute-fixados conhecendo E determina-se K e por

conseguinte determina-se M2

A Figura 12 apresenta um esquema do espectro de RBS de um filme fino de

composiccedilatildeo geneacuterica AB onde a massa de A eacute maior do que a massa de B depositado em um

substrato C ainda mais leve

Figura 12 Esquema de um espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford de

um filme fino AB sobre um substrato C ainda mais leve [27]

A resoluccedilatildeo em massa da teacutecnica eacute a diferenccedila miacutenima de massa entre dois aacutetomos-

alvo para que sinais resolvidos possam ser observados no espectro A discriminaccedilatildeo em massa

eacute maacutexima para θ = 180deg razatildeo pela qual satildeo utilizados acircngulos elevados experimentalmente

Pode-se melhorar a resoluccedilatildeo em massa na RBS aumentando a energia e a massa dos aacutetomos

incidentes e melhorando a resoluccedilatildeo do sistema de detecccedilatildeo com o cuidado para natildeo degradar

os detectores [25]

Outra grandeza importante em RBS eacute a seccedilatildeo de choque de espalhamento (σ) que eacute

uma medida da probabilidade de ocorrer o espalhamento e que atribui o caraacuteter quantitativo agrave

teacutecnica [25] Considerando um nuacutemero de partiacuteculas espalhadas (H) sobre um detector tem-se

a Equaccedilatildeo 6

119867 = 119876119873119905 ⟨119889120590

119889120570⟩Ω (Eq 6)

Onde

Q = nuacutemero de partiacuteculas que atinge a amostra

N = densidade volumeacutetrica dos aacutetomos alvo

t = espessura do alvo

⟨119889120590

119889120570⟩ = seccedilatildeo de choque meacutedia de espalhamento

Ω = acircngulo soacutelido do detector em relaccedilatildeo ao feixe

Para acircngulos pequenos tem-se ⟨119889120590

119889120570⟩ = (

119889120590

119889120570)120579

= σ (Eq 7)

Logo 119867 = 119876119873119905120590120570 (Eq 8)

Na Equaccedilatildeo 8 conhecendo o nuacutemero de partiacuteculas que atinge o alvo Q e o detector

H pode-se determinar o numero de aacutetomos por unidade de aacuterea da amostra (Nt) desde que se

conheccedila o acircngulo soacutelido de detecccedilatildeo Ω e a seccedilatildeo de choque de espalhamento (σ) Para uma

colisatildeo elaacutestica entre dois aacutetomos com nuacutemeros atocircmicos Z1 e Z2 (do aacutetomo incidente e do

aacutetomo alvo respectivamente) em que a forccedila de interaccedilatildeo eacute a repulsatildeo eletrostaacutetica dos

nuacutecleos a seccedilatildeo de choque de espalhamento diferencial (por unidade de acircngulo soacutelido) eacute dada

pela Foacutermula de Rutherford (Equaccedilatildeo 9)

119889120590

119889120570= (

119885111988521198902

4119864)2

4

1199041198901198994120579

[1minus ((

11987211198722) 119904119890119899120579)

2

]

12

+cos120579

[1minus ((11987211198722)119904119890119899 120579)

2

]

12

2

(Eq 9)

Em siacutentese a razatildeo entre as concentraccedilotildees relativas dos elementos A e B na

superfiacutecie de uma amostra 119873119860119860119861(119909)

119873119861119860119861(119909)

pode ser calculada com o auxiacutelio de um programa

computacional ou atraveacutes da medida de altura dos degraus obtidos no espectro sendo

calculadas com as Equaccedilotildees 10 e 11

(119889120590

119889120570)119861

(119889120590

119889120570)119860

= Ji (Eq 10)

119873119860119860119861(119909)

119873119861119860119861(119909)

= 119867119860119860119861

119867119861119860119861 119869119894 (Eq 11)

37 Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford - Instrumentaccedilatildeo

Na Figura 13 pode ser observado um esquema com os principais componentes da

instrumentaccedilatildeo utilizada em anaacutelises por RBS que seratildeo descritos em seguida de acordo com

o equipamento utilizado para a realizaccedilatildeo deste trabalho e com informaccedilotildees obtidas na

referecircncia [25]

Figura 13 Esquema dos componentes presentes na instrumentaccedilatildeo utilizada em anaacutelises por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford Fonte Adaptado de [25]

O Laboratoacuterio de Implantaccedilatildeo Iocircnica da Universidade Federal do Rio Grande do Sul

possui um acelerador Tandetron equipado com fontes de iacuteons dos tipos sputtering e de

plasma com tecnologia ldquotandemrdquo com 3MV de tensatildeo maacutexima no terminal e cinco estaccedilotildees

experimentais de linhas distintas incluindo a de RBS

Fonte de iacuteons

Fonte de Plasma um gaacutes ou um vapor eacute ionizado por meio de campos

eletromagneacuteticos na faixa de radiofrequecircncia ou ao ser atravessado por corrente eleacutetrica

Fonte de ldquoSputteringrdquo os iacuteons satildeo produzidos por transferecircncia de momentum

quando da colisatildeo de um feixe primaacuterio (geralmente Cs+) com um alvo soacutelido

Aceleradores ldquotandemrdquo

Neste tipo de acelerador iacuteons positivos deixam a fonte passam por uma troca de

carga (com vapor de Liacutetio ou outro elemento eletropositivo) e satildeo conduzidos com carga

negativa ao tubo acelerador onde satildeo atraiacutedos por um terminal positivo No caso dos iacuteons

produzidos serem originalmente negativos a troca de carga eacute suprimida Junto ao terminal

positivo passam por uma seccedilatildeo contendo um gaacutes ou vapor (N2 no presente caso) ou por uma

folha muito fina de carbono para que os iacuteons emergentes tenham perdido os eleacutetrons Com

carga positiva satildeo novamente acelerados agora por repulsatildeo do terminal Diferenccedilas de

potencial da ordem de vaacuterios milhotildees de volts satildeo obtidas utilizando circuitos multiplicadores

de voltagem que multiplicam e retificam a tensatildeo produzida por um transformador Seguindo

o tubo acelerador geralmente encontra-se um segundo eletroiacutematilde que permite direcionar o

feixe de iacuteons para uma das estaccedilotildees experimentais de acordo com as espeacutecies a serem

detectadas (no presente caso partiacuteculas retroespalhadas)

Detectores de estado soacutelido com junccedilotildees p-n obtidas por implantaccedilatildeo iocircnica

A junccedilatildeo p-n sob polarizaccedilatildeo reversa permite a coleta de cargas geradas na

produccedilatildeo de pares eleacutetron-lacuna Esse fenocircmeno ocorre quando um iacuteon atravessa um

semicondutor excitando eleacutetrons da banda de valecircncia para a banda de conduccedilatildeo que entatildeo

satildeo coletados no acircnodo Dessa forma o nuacutemero de eleacutetrons coletados no acircnodo eacute proporcional

ao nuacutemero de pares de eleacutetron-lacuna produzidos o qual eacute proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo

incidente desde que o iacuteon seja totalmente freado dentro do volume ativo do detector

Analisador multicanal (MCA) no modo de anaacutelise de intensidade de pulso

O MCA consta de uma sequecircncia de registradores onde cada pulso de entrada uma

vez digitalizado por um conversor analoacutegico-digital (ADC) eacute analisado com relaccedilatildeo a sua

amplitude (modo PHA) sob o controle de um discriminador Na sequecircncia o canal de

memoacuteria correspondente tem seu conteuacutedo incrementado em uma unidade Com isso

acumulam-se em um canal especiacutefico todos os pulsos de entrada de um pequeno intervalo de

amplitudes ou energias dos iacuteons incidentes Ao final com a soma dos pulsos recebidos em

cada canal obteacutem-se um histograma do nuacutemero de pulsos em funccedilatildeo de suas amplitudes ou

energias dos iacuteons incidentes

40 METODOLOGIA

41 Amostragem

Amostras de cabelo de 16 pessoas foram coletadas Os doadores foram entrevistados

seguindo o questionaacuterio disponiacutevel no ANEXO I e selecionados de acordo com os seguintes

criteacuterios possuiacuterem cabelos virgens (cabelos sem nenhum tipo de tratamento quiacutemico como

coloraccedilotildees tinturas alisantes entre outros) estarem saudaacuteveis serem natildeo fumantes e viverem

na Regiatildeo Metropolitana do Rio de Janeiro As amostras foram divididas em dois grupos de

oito o primeiro de pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo subterracircneo e o segundo com pessoas

que ingerem a aacutegua tratada e distribuiacuteda pela CEDAE

Foram analisadas amostras de cabelo de duas pessoas que consumiam a aacutegua do

mesmo poccedilo isto eacute duas amostras de cada residecircncia totalizando 4 poccedilos diferentes (a b c

d) na localidade Chaacutecaras Arcampo em Duque de Caxias ndash RJ (Figura 14)

Figura 14 Mapa com os pontos de coleta de amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua

de poccedilo em destaque a localizaccedilatildeo das residecircncias com os poccedilos

Fonte Google Earth Acesso em 30072015

As amostras foram coletadas na regiatildeo occipital da cabeccedila (nuca) como visto na

Figura 15 com o auxiacutelio de uma tesoura de accedilo inoxidaacutevel devidamente limpa com etanol

Essa regiatildeo eacute definida como padratildeo por ser menos suscetiacutevel a contaminaccedilatildeo exoacutegena e

tambeacutem por sempre existir cabelo em indiviacuteduos semicalvos [14] Em seguida as amostras

foram catalogadas e armazenadas em sacos plaacutesticos [5] Informaccedilotildees adicionais sobre o sexo

e a idade dos doadores e o tipo e cor das amostras de cabelo coletadas disponiacuteveis no ANEXO

II

Figura 15 Coleta de amostra de cabelo na regiatildeo occipital da cabeccedila

42 Lavagem das Amostras de Cabelo

Todas as amostras foram submetidas a uma sequecircncia de etapas de lavagem de 10

minutos cada utilizando acetona e aacutegua deionizada (Figura 16) Em seguida foram colocadas

para secar agrave temperatura ambiente de acordo com o procedimento recomendado pela Agecircncia

Internacional de Energia Atocircmica (IAEA) [5]

Figura 16 Lavagem das amostras de cabelo

As amostras analisadas por XRF foram colocadas diretamente no suporte do

equipamento Os fios foram colocados de maneira a se obter a superfiacutecie do porta-amostra

totalmente coberta pelo cabelo a qual em seguida foi coberta por um filme (Ultralenereg 4

microm de espessura) (Figura 17) Para a anaacutelise com o RBS o cabelo foi aderido ao suporte do

porta-amostra com o auxiacutelio de uma fita dupla face de carbono puro (Figura 18)

Figura 17 Amostra de cabelo em porta-amostra do equipamento de Fluorescecircncia de

Raios X

Figura 18 Amostra de cabelo no porta-amostra do equipamento de Espectrometria de

Retroespalhamento Rutherford

43 Paracircmetros Instrumentais

Anaacutelises semiquantitativas de XRF dos elementos presentes no cabelo foram

realizadas no Laboratoacuterio de Impacto de Foacutetons e Eleacutetrons (LIFE) na Universidade Federal do

Rio de Janeiro (UFRJ) Utilizou-se o Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios-X S8 TIGER

ndash BRUKER (Figura 19) na faixa de energia de 05 a 56 keV acircnodo de Rh trabalhando com 1

kW de potecircncia com uma janela de Be de 76 microm atraveacutes do software Quant-Express no

meacutetodo Best Detection O tempo de aquisiccedilatildeo para cada amostra foi de aproximadamente 20

minutos

Os dados por RBS foram realizados no Laboratoacuterio de Implantaccedilatildeo Iocircnica na

Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) Utilizou-se um acelerador de iacuteons

Tandetron - HVEE 3 MV (Figura 20) usando 2000 keV de iacuteons He+ incidentes e detecccedilatildeo de

partiacuteculas retroespalhadas a 165deg

Figura 19 Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X - S8 TIGER - BRUKER

Figura 20 Acelerador de iacuteons Tandetron - HVEE 3 MV onde foi feita a anaacutelise por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford

50 RESULTADOS E DISCUSSOtildeES

51 Anaacutelise por XRF

O espectro completo de XRF da amostra 2 referente ao cabelo de uma pessoa que

ingere aacutegua de poccedilo eacute mostrado na Figura 21 conforme obtido diretamente do equipamento

Eacute possiacutevel identificar as linhas de excitaccedilatildeo do Rh e as linhas de espalhamento Compton e

Rayleigh Os espectros ampliados somente na regiatildeo de interesse com as linhas de

fluorescecircncia Kα e Kβ atribuiacutedas agrave maioria dos elementos (exceto para o chumbo em que se

detectam as linhas Lα e Lβ) e sem as linhas de Rh de todas as amostras analisadas encontram-

se nos ANEXOS III e IV Os elementos analisados e a energia de suas linhas de emissatildeo de

fluorescecircncia Kα e Kβ satildeo apresentados na Tabela 4

Figura 21 Espectro de Fluorescecircncia de Raios X completo da amostra 2

Tabela 4 Energia em keV das principais linhas de emissatildeo de raios x dos elementos

analisados Adaptado de [26]

Os elementos observados e as concentraccedilotildees semiquantitativas das amostras de

cabelo das pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo e das amostras de cabelo das pessoas que

ingerem aacutegua distribuiacuteda pela CEDAE satildeo apresentados respectivamente nas Tabelas 5 e 6

Kα Kβ

Al 1487 1557

Si 1740 1836

P 2014 2139

S 2308 2464

Cl 2622 2816

Ca 3692 4013

Mn 5899 6490

Fe 6404 7058

Cu 8048 8905

Zn 8639 9572

Pb (Linhas Lα e Lβ) 10552 12614

Elementos

Analisados

Energia (keV) das Linhas de

Emissatildeo de Raios X

Tabela 5 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (1 a 8) que

ingerem aacutegua de poccedilo As concentraccedilotildees dos elementos foram normalizadas de modo que a

soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da matriz orgacircnica em conjunto

seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo ldquoa b c drdquo correlacionam a amostra

de cabelo com o poccedilo do qual o indiviacuteduo ingere aacutegua

1 2 3 4 5 6 7 8

Al 002 003 003 34 ppm natildeo det 006 natildeo det 001

Si 001 54 ppm 006 46 ppm 005 002 002 54 ppm

P 003 003 54 ppm 002 001 46 ppm natildeo det 004

S 117 071 115 118 166 135 151 098

Cl 003 65 ppm 002 002 natildeo det 003 natildeo det 61 ppm

Ca 003 003 80 ppm 002 004 002 008 008

Mn 73 ppm 78 ppm 58 ppm 10 ppm natildeo det 91 ppm natildeo det 54 ppm

Fe 001 001 92 ppm 29 ppm 38 ppm 001 27 ppm 83 ppm

Cu 44 ppm 41 ppm 46 ppm 31 ppm natildeo det 44 ppm 37 ppm 36 ppm

Zn 77 ppm 002 91 ppm 82 ppm 41 ppm 92 ppm 40 ppm 98 ppm

Pb 10 ppm 9 ppm 12 ppm 10 ppm natildeo det 10 ppm natildeo det 9 ppm

a b c d

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Elementos

Tabela 6 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (9 a 16)

que ingerem aacutegua tratada e distribuiacuteda pela CEDAE As concentraccedilotildees dos elementos foram

normalizadas de modo que a soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da

matriz orgacircnica em conjunto seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo

9 10 11 12 13 14 15 16

Al 001 36 ppm natildeo det 002 61 ppm 90 ppm 002 natildeo det

Si natildeo det 35 ppm natildeo det 40 ppm 79 ppm 60 ppm natildeo det natildeo det

P 003 34 ppm 003 002 natildeo det 46 ppm natildeo det 41 ppm

S 111 106 116 152 136 145 155 128

Cl 52 ppm 001 002 003 004 005 014 009

Ca 006 004 002 002 001 001 001 001

Mn 51 ppm 9 ppm 32 ppm natildeo det 24 ppm 57 ppm natildeo det 30 ppm

Fe 82 ppm 30 ppm 57 ppm 56 ppm 59 ppm 90 ppm 52 ppm 54 ppm

Cu 31 ppm 51 ppm 28 ppm 27 ppm 31 ppm 44 ppm 14 ppm 29 ppm

Zn 001 001 92 ppm 86 ppm 001 001 42 ppm 001

Pb natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det

Elementos

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

Na anaacutelise semiquantitativa por XRF pode-se verificar a presenccedila de elevadas

concentraccedilotildees de enxofre o que jaacute era esperado visto que este elemento faz parte da estrutura

da cisteiacutena o aminoaacutecido em maior quantidade na composiccedilatildeo do cabelo

Os elementos Ca Zn e Fe foram detectados em todas as amostras dos dois grupos O

Ca aparece na maior parte das amostras em concentraccedilotildees da ordem de enquanto que o Zn

e o Fe da ordem de ppm Os elementos Al P Mn Cl Si e Cu aparecem na maioria das

amostras em ambos os grupos No entanto o Pb foi observado em concentraccedilotildees da ordem de

ppm somente em amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo

Para as amostras 5 7 e 15 utilizou-se um porta amostra com maacutescara de 8 mm de

diacircmetro ao inveacutes da maacutescara de 34 mm utilizada para as outras amostras devido a pouca

quantidade de cabelo coletado Agrave vantagem de poder utilizar menos amostra com a maacutescara

de 8 mm contrapotildee-se um aumento do ruiacutedo de fundo e a consequente perda da sensibilidade

na anaacutelise Tal fato pode provavelmente justificar a quantidade menor de elementos

observados nessas amostras em comparaccedilatildeo com as demais incluindo a ausecircncia do elemento

chumbo nas amostras 5 e 7 jaacute que o mesmo aparece nas amostras 6 e 8 das pessoas que

bebem a mesma aacutegua dos poccedilos c e d respectivamente

52 Anaacutelise por RBS

Apresenta-se na Figura 22 o espectro de RBS da amostra 2 adquirido durante 8

horas de anaacutelise e apoacutes tratamento dos dados atraveacutes do programa computacional OriginPro 8

Duas ampliaccedilotildees (I e II) nas regiotildees de mais alta energia satildeo apresentadas nas Figuras 23 e

24 Observou-se a presenccedila dos elementos C N O Si S Cl Ti Cu Zn e Pb

As energias dos iacuteons He+ retroespalhados a partir da interaccedilatildeo com os nuacutecleos de Pb

e Hg satildeo muito proacuteximas tornando difiacutecil a resoluccedilatildeo dos sinais No entanto o Hg natildeo foi

observado em nenhuma das amostras por XRF enquanto o Pb pode ser detectado claramente

Conclui-se portanto que o degrau no espectro eacute correspondente ao Pb

Utilizando-se o caacutelculo da seccedilatildeo de choque de espalhamento Rutherford foi possiacutevel

obter uma anaacutelise quantitativa relativa da amostra 2 Para isso foi escolhido o enxofre como

elemento padratildeo devido ao fato do S estar presente em todas as amostras de cabelo e ser

facilmente detectaacutevel por ambas as teacutecnicas Para cada aacutetomo de S na amostra de cabelo as

seguintes proporccedilotildees atocircmicas foram obtidas 115 x 102 C 274 x 10

1 N 157 x 10

1 O 479 x

10-1

Si 641 x 10-1

Cl 454 x 10-2

Ti 162 x 10-2

Cu 265 x 10-2

Zn e 504 x 10-4

Pb

Figura 22 Espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da amostra 2

(grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 23 Ampliaccedilatildeo I do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 24 Ampliaccedilatildeo II do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

60 CONCLUSOtildeES

As teacutecnicas de XRF e RBS mostraram-se eficientes e complementares na

determinaccedilatildeo de vaacuterios elementos presentes em amostras de cabelo humano Atraveacutes das duas

teacutecnicas foi possiacutevel detectar de forma semiquantitativa a presenccedila de elementos desde o Al

ateacute o Pb Por RBS tambeacutem foram detectados elementos mais leves como C N e O A

utilizaccedilatildeo conjunta das duas teacutecnicas permitiu a identificaccedilatildeo inequiacutevoca de Pb no espectro de

RBS

Eacute evidente que as concentraccedilotildees dos elementos nas amostras de cabelo dependem de

diversos fatores tais como o tipo de alimentaccedilatildeo idade sexo ambiente em que o indiviacuteduo

vive e podem ser provenientes de meios exoacutegenos e endoacutegenos Entretanto considerando o

natildeo aparecimento do Pb em nenhuma das amostras de cabelo das pessoas que ingerem aacutegua

distribuiacuteda pela CEDAE aleacutem das anaacutelises preacutevias da aacutegua dos poccedilos da aacuterea em estudo eacute

possiacutevel afirmar que existe uma elevada possibilidade da aacutegua de poccedilo estaacute atuando como

uma fonte de contaminaccedilatildeo de Pb para as pessoas Como o Pb eacute um elemento toacutexico com

propriedade de bioacumulaccedilatildeo sua presenccedila pode gerar danos irreversiacuteveis aos organismos

vivos

70 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS

Como sugestotildees deste estudo podemos indicar

Realizar uma anaacutelise quantitativa de um nuacutemero mais amplo de amostras

Efetuar uma comparaccedilatildeo com materiais de referecircncia certificados a fim de

determinar com um grau de confiabilidade mais elevado se as quantidades de

chumbo detectadas nas amostras de cabelo estatildeo acima do intervalo de valores

considerados aceitaacuteveis

80 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

[1] POZEBON D DRESSLER V L CURTIUS A J Anaacutelise de cabelo uma revisatildeo

dos procedimentos para a determinaccedilatildeo de elementos traccedilo e aplicaccedilotildees Quiacutem Nova

1999 22 (6) 838-846

[2] FRAZAtildeO S V Estudo da determinaccedilatildeo de elementos traccedilo em cabelos humanos

pelo meacutetodo de anaacutelise por ativaccedilatildeo de necircutrons Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Ciecircncias na

Aacuterea de Tecnologia Nuclear ndash Aplicaccedilotildees Instituto de Pesquisas Energeacuteticas e Nucleares ndash

Universidade de Satildeo Paulo - USP Satildeo Paulo 2008

[3] CARNEIRO M T W D SILVEIRA C L P MIEKELEY N FORTES L M C

Reference intervals for minor and trace elements in human hair for the population of

Rio de Janeiro city Brazil Quiacutem Nova 2002 25 (1) 37-45

[4] KEMPSON I M SKINNER W M KIRKBRIDE K P The ocurrence and

incorporation of copper and zinc in hair and their potential role as bioindicators a

review Journal of Toxicology and Environmental Health 2007 B 10 611-622

[5] CORTES-TORO E DE GOEIJ J J M BASCO J CHENG Y KINOVA L

MATSUBARA J NIESE S SATP T WESENBERG G R MURAMATSU Y PARR

R M The significance of hair mineral analysis as a means for assessing internal body

burdens of environmental pollutants results from an IAEA co-ordinated research

programme Journal of Radionalytical and Nuclear Chemistry 1993 167 (2) 413-421

[6] CLAYTON E WOOLER K K Sample preparation and system calibration for

Proton-Induced X-ray Emission analysis of hair from occupationally exposed workers

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[7] MIEKELEY N CARNEIRO M T W D SILVEIRA C L P How reliable are

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1998 218 9-17

[8] MIEKELEY N FORTES L M C SILVEIRA C L P LIMA M B Elemental

anomalies in hair as indicators of endocrinologic pathologies and deficiencies in calcium

and bone metabolism Journal of Trace Elements in Medicine and Biology 2001 15 46-55

[9] TORIBARA T Y JACKSON D A FRENCH W R THOMPSON A C

JACKLEVIC J M Nondestructive X-Ray Fluorescence Spectrometry for determination

of trace elements along a single strand of hair Anal Chem 1982 54 1844-1849

[10] KHUDER A BAKIR M A HASAN R MOHAMMAD A Determination of

nickel cuper zinc and lead in human scalp hair in Syrian occupationally exposed

workers by total reflection X-Ray Fluorescence Environ Monit Assess 2008 143 67-74

[11] BARANOWSKA I BARCHANSKI L BAK M SMOLEC B MZYK Z X-Ray

Fluorescence Spectrometry in multielemental analysis of hair and teeth Polish Journal of

Environmental Studies 2004 13 (6) 639-646

[12] WATT F LANDSBERG J P Nuclear microscopy biomedical applications

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research 1993 B 77 249-260

[13] PAIXAtildeO P V GOMES L M B Anaacutelise de aacutegua de poccedilos subterracircneos na

localidade Chaacutecaras Arcampo em Duque de Caxias ndash RJ Relatoacuterio Final de Estaacutegio

Iniciaccedilatildeo Cientiacutefica Instituto de Quiacutemica ndash Universidade Federal do Rio de Janeiro ndash UFRJ

Rio de Janeiro 2012

[14] ANUNCIACcedilAtildeO D L R Anaacutelise de elementos maiores menores e traccedilo em

amostras de cabelo aplicado a triagem populacional com elevada incidecircncia de cacircncer

Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Quiacutemica Instituto de Quiacutemica ndash Universidade de Brasiacutelia

Brasiacutelia ndash Distrito Federal 2008

[15] TEGON E C Caracterizaccedilatildeo Quiacutemica do Enxofre e do Caacutelcio presentes em

amostras de cabelos empregando as teacutecnicas XRF e NEXAFS Projeto de Final de Curso

em Quiacutemica com Atribuiccedilotildees Tecnoloacutegicas Instituto de Quiacutemica ndash Universidade Federal do

Rio de Janeiro Rio de Janeiro 2013

[16] Dossiecirc os minerais na alimentaccedilatildeo Food Ingredients Brasil 2008 ndeg 4 48-65

Disponiacutevel em lt wwwrevista-ficommaterias52pdfgt Acesso em 30 de julho de 2015

[17] CEDAE Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos Disponiacutevel em

ltwwwcedaecombrgt Acesso em 30 de julho de 2015

[18] IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatiacutestica Censo Brasileiro de 2010 Rio de

Janeiro 2010 Disponiacutevel em ltwwwcenso2010ibgegovbrgt Acesso em 30 de julho de

2015

[19] RESENDE D ALENCAR E ALMEIDA R BERTA R Principal reservatoacuterio do

Paraiacuteba do Sul Paraibuna chega ao volume morto pela primeira vez Jornal O Globo 22

de janeiro de 2015 Disponiacutevel em httpogloboglobocomrioprincipal-reservatorio-do-

paraiba-do-sul-paraibuna-chega-ao-volume-morto-pela-primeira-vez-gt Acesso em 30 de

julho de 2015

[20] Fundamentos teoacutericos da teacutecnica de anaacutelise espectromeacutetrica por fluorescecircncia de

raios-x PUC-Rio ndash Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em

lthttpwwwmaxwellvracpuc-riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 30 de julho de 2015

[21] TASCH P DAMIANI F OLIVEIRA L C M IE - 607A Teacutecnicas de anaacutelise e

caracterizaccedilatildeo de materiais Universidade Estadual de Campinas ndash UNICAMP Campinas

2000

[22] FILHO V F N Teacutecnicas analiacuteticas nucleares de Fluorescecircncia de Raios ndashX por

Dispersatildeo de Enerdia (ED-XRF) e por Reflexatildeo Total (TXRF) Departamento de Ciecircncias

Exatas ESALQ Laboratoacuterio de Instrumentaccedilatildeo Nuclear CENA Universidade de Satildeo Paulo

ndash USP Satildeo Paulo 1999

[23] PERDONAacute C R Introduccedilatildeo a espectrometria de Fluorescecircncia de Raios-X Manual

Teacutecnico ndash BRUKER 2014

[24] O espectrocircmetro de fluorescecircncia de raios-x Thermo ARL 9900 PUC-Rio ndash

Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em lthttpwwwmaxwellvracpuc-

riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 08 de agosto de 2015

[25] KRUG C Superfiacutecies porosas recobertas com metalocenos anaacutelise multivariada

envolvendo caracterizaccedilatildeo com feixe de iacuteons Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Fiacutesica Instituto

de Fiacutesica Universidade Federal do Rio Grande do Sul ndash UFRGS Porto Alegre 2000

[26] TABACNIKS M H Anaacutelise de filmes finos por PIXE e RBS Instituto de Fiacutesica da

Universidade de Satildeo Paulo Disponiacutevel em ltwww2ifuspbr~lamfipixeamprbspdfgt Acesso

em julho de 2015

[27] ALMEIDA C R Efeito de tratamentos teacutermico e quiacutemico de aerogeacuteis de oacutexido de

estanho Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Engenharia Eleacutetrica Universidade Federal de Santa

Catarina Florianoacutepolis 2013

[28] ATTWOOD D T HENKE B L et al X-Ray Data Booklet Lawrence Berkeley

Laboratory University of California Berkeley California 1986

ANEXO I

MODELO DO QUESTIONAacuteRIO PREENCHIDO ANTES DA COLETA DAS AMOSTRAS

DE CABELO

Coacutedigo da amostra

Nome

Idade (anos)

Endereccedilo

Fuma Sim ( ) Natildeo ( )

Ingere aacutegua de que tipo (poccedilo CEDAE) Poccedilo ( ) CEDAE ( )

Fez algum tipo de tratamento quiacutemico no cabelo

(coloraccedilatildeo alisamento etc)Sim ( ) Natildeo ( )

Qual Quando foi a uacuteltima vez

Esteve bem de sauacutede nos uacuteltimos 6 meses Sim ( ) Natildeo ( )

Data da coleta

Responsaacutevel pela coleta

COLETA DE AMOSTRA DE CABELO

ANEXO II

INFORMACcedilOtildeES ADICIONAIS SOBRE OS DOADORES E AS AMOSTRAS DE

CABELO COLETADAS

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

1 Feminino 62 Cacheado Castanho Escuro

2 Feminino 27 Cacheado Castanho Escuro

3 Feminino 17 Liso Castanho Escuro

4 Feminino 10 Cacheado Castanho Escuro

5 Feminino 58 Liso Castanho Escuro

6 Feminino 7 Cacheado Castanho Escuro

7 Masculino 17 Liso Castanho Claro

8 Feminino 39 Liso Castanho Escuro

Pessoas que Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

9 Feminino 41 Cacheado Castanho Escuro

10 Feminino 17 Ondulado Castanho Claro

11 Masculino 1 Cacheado Castanho Escuro

12 Feminino 11 Liso Castanho Escuro

13 Masculino 21 Liso Castanho Escuro

14 Masculino 42 Cacheado Preto

15 Masculino 6 Liso Preto

16 Masculino 14 Liso Preto

Pessoas que Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

ANEXO III

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DE POCcedilO (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 1

Amostra 2

Amostra 3

Amostra 4

Amostra 5

Amostra 6

Amostra 7

Amostra 8

ANEXO IV

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DISTRIBUIacuteDA PELA CEDAE (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 9

Amostra 10

Amostra 11

Amostra 12

Amostra 13

Amostra 14

Amostra 15

Amostra 16

Page 36: Dissertação Priscilla Velasco da Paixão

O detector ao receber as partiacuteculas espalhadas produz um pulso ou sinal que eacute entatildeo

processado por um analisador multicanal e classificado conforme a amplitude que

corresponde a uma escala em energia Como resultado as informaccedilotildees sobre a composiccedilatildeo

elementar do aacutetomo alvo satildeo obtidas a partir de um espectro de contagens em funccedilatildeo da

energia das partiacuteculas retroespalhadas detectadas [25]

O fator cinemaacutetico (K) eacute responsaacutevel pela anaacutelise elementar qualitativa Essa

grandeza depende da razatildeo entre as energias das partiacuteculas incidentes antes (E0) e depois (E)

do espalhamento (Equaccedilatildeo 4)

119870 = 119864

1198640 (Eq 4)

Considerando as conservaccedilotildees de energia e do momentum na colisatildeo elaacutestica obteacutem-

se a relaccedilatildeo entre o fator cinemaacutetico (K) a massa atocircmica da partiacutecula incidente (M1) a massa

atocircmica do aacutetomo alvo (M2) e o acircngulo de espalhamento (θ) (Eq 5)

119870 = [1198721 119888119900119904120579+ (1198722

2minus 11987212 1199041198901198992120579)

12

1198721+ 1198722]

2

(Eq 5)

Os valores de M1 θ e E0 satildeo preacute-fixados conhecendo E determina-se K e por

conseguinte determina-se M2

A Figura 12 apresenta um esquema do espectro de RBS de um filme fino de

composiccedilatildeo geneacuterica AB onde a massa de A eacute maior do que a massa de B depositado em um

substrato C ainda mais leve

Figura 12 Esquema de um espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford de

um filme fino AB sobre um substrato C ainda mais leve [27]

A resoluccedilatildeo em massa da teacutecnica eacute a diferenccedila miacutenima de massa entre dois aacutetomos-

alvo para que sinais resolvidos possam ser observados no espectro A discriminaccedilatildeo em massa

eacute maacutexima para θ = 180deg razatildeo pela qual satildeo utilizados acircngulos elevados experimentalmente

Pode-se melhorar a resoluccedilatildeo em massa na RBS aumentando a energia e a massa dos aacutetomos

incidentes e melhorando a resoluccedilatildeo do sistema de detecccedilatildeo com o cuidado para natildeo degradar

os detectores [25]

Outra grandeza importante em RBS eacute a seccedilatildeo de choque de espalhamento (σ) que eacute

uma medida da probabilidade de ocorrer o espalhamento e que atribui o caraacuteter quantitativo agrave

teacutecnica [25] Considerando um nuacutemero de partiacuteculas espalhadas (H) sobre um detector tem-se

a Equaccedilatildeo 6

119867 = 119876119873119905 ⟨119889120590

119889120570⟩Ω (Eq 6)

Onde

Q = nuacutemero de partiacuteculas que atinge a amostra

N = densidade volumeacutetrica dos aacutetomos alvo

t = espessura do alvo

⟨119889120590

119889120570⟩ = seccedilatildeo de choque meacutedia de espalhamento

Ω = acircngulo soacutelido do detector em relaccedilatildeo ao feixe

Para acircngulos pequenos tem-se ⟨119889120590

119889120570⟩ = (

119889120590

119889120570)120579

= σ (Eq 7)

Logo 119867 = 119876119873119905120590120570 (Eq 8)

Na Equaccedilatildeo 8 conhecendo o nuacutemero de partiacuteculas que atinge o alvo Q e o detector

H pode-se determinar o numero de aacutetomos por unidade de aacuterea da amostra (Nt) desde que se

conheccedila o acircngulo soacutelido de detecccedilatildeo Ω e a seccedilatildeo de choque de espalhamento (σ) Para uma

colisatildeo elaacutestica entre dois aacutetomos com nuacutemeros atocircmicos Z1 e Z2 (do aacutetomo incidente e do

aacutetomo alvo respectivamente) em que a forccedila de interaccedilatildeo eacute a repulsatildeo eletrostaacutetica dos

nuacutecleos a seccedilatildeo de choque de espalhamento diferencial (por unidade de acircngulo soacutelido) eacute dada

pela Foacutermula de Rutherford (Equaccedilatildeo 9)

119889120590

119889120570= (

119885111988521198902

4119864)2

4

1199041198901198994120579

[1minus ((

11987211198722) 119904119890119899120579)

2

]

12

+cos120579

[1minus ((11987211198722)119904119890119899 120579)

2

]

12

2

(Eq 9)

Em siacutentese a razatildeo entre as concentraccedilotildees relativas dos elementos A e B na

superfiacutecie de uma amostra 119873119860119860119861(119909)

119873119861119860119861(119909)

pode ser calculada com o auxiacutelio de um programa

computacional ou atraveacutes da medida de altura dos degraus obtidos no espectro sendo

calculadas com as Equaccedilotildees 10 e 11

(119889120590

119889120570)119861

(119889120590

119889120570)119860

= Ji (Eq 10)

119873119860119860119861(119909)

119873119861119860119861(119909)

= 119867119860119860119861

119867119861119860119861 119869119894 (Eq 11)

37 Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford - Instrumentaccedilatildeo

Na Figura 13 pode ser observado um esquema com os principais componentes da

instrumentaccedilatildeo utilizada em anaacutelises por RBS que seratildeo descritos em seguida de acordo com

o equipamento utilizado para a realizaccedilatildeo deste trabalho e com informaccedilotildees obtidas na

referecircncia [25]

Figura 13 Esquema dos componentes presentes na instrumentaccedilatildeo utilizada em anaacutelises por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford Fonte Adaptado de [25]

O Laboratoacuterio de Implantaccedilatildeo Iocircnica da Universidade Federal do Rio Grande do Sul

possui um acelerador Tandetron equipado com fontes de iacuteons dos tipos sputtering e de

plasma com tecnologia ldquotandemrdquo com 3MV de tensatildeo maacutexima no terminal e cinco estaccedilotildees

experimentais de linhas distintas incluindo a de RBS

Fonte de iacuteons

Fonte de Plasma um gaacutes ou um vapor eacute ionizado por meio de campos

eletromagneacuteticos na faixa de radiofrequecircncia ou ao ser atravessado por corrente eleacutetrica

Fonte de ldquoSputteringrdquo os iacuteons satildeo produzidos por transferecircncia de momentum

quando da colisatildeo de um feixe primaacuterio (geralmente Cs+) com um alvo soacutelido

Aceleradores ldquotandemrdquo

Neste tipo de acelerador iacuteons positivos deixam a fonte passam por uma troca de

carga (com vapor de Liacutetio ou outro elemento eletropositivo) e satildeo conduzidos com carga

negativa ao tubo acelerador onde satildeo atraiacutedos por um terminal positivo No caso dos iacuteons

produzidos serem originalmente negativos a troca de carga eacute suprimida Junto ao terminal

positivo passam por uma seccedilatildeo contendo um gaacutes ou vapor (N2 no presente caso) ou por uma

folha muito fina de carbono para que os iacuteons emergentes tenham perdido os eleacutetrons Com

carga positiva satildeo novamente acelerados agora por repulsatildeo do terminal Diferenccedilas de

potencial da ordem de vaacuterios milhotildees de volts satildeo obtidas utilizando circuitos multiplicadores

de voltagem que multiplicam e retificam a tensatildeo produzida por um transformador Seguindo

o tubo acelerador geralmente encontra-se um segundo eletroiacutematilde que permite direcionar o

feixe de iacuteons para uma das estaccedilotildees experimentais de acordo com as espeacutecies a serem

detectadas (no presente caso partiacuteculas retroespalhadas)

Detectores de estado soacutelido com junccedilotildees p-n obtidas por implantaccedilatildeo iocircnica

A junccedilatildeo p-n sob polarizaccedilatildeo reversa permite a coleta de cargas geradas na

produccedilatildeo de pares eleacutetron-lacuna Esse fenocircmeno ocorre quando um iacuteon atravessa um

semicondutor excitando eleacutetrons da banda de valecircncia para a banda de conduccedilatildeo que entatildeo

satildeo coletados no acircnodo Dessa forma o nuacutemero de eleacutetrons coletados no acircnodo eacute proporcional

ao nuacutemero de pares de eleacutetron-lacuna produzidos o qual eacute proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo

incidente desde que o iacuteon seja totalmente freado dentro do volume ativo do detector

Analisador multicanal (MCA) no modo de anaacutelise de intensidade de pulso

O MCA consta de uma sequecircncia de registradores onde cada pulso de entrada uma

vez digitalizado por um conversor analoacutegico-digital (ADC) eacute analisado com relaccedilatildeo a sua

amplitude (modo PHA) sob o controle de um discriminador Na sequecircncia o canal de

memoacuteria correspondente tem seu conteuacutedo incrementado em uma unidade Com isso

acumulam-se em um canal especiacutefico todos os pulsos de entrada de um pequeno intervalo de

amplitudes ou energias dos iacuteons incidentes Ao final com a soma dos pulsos recebidos em

cada canal obteacutem-se um histograma do nuacutemero de pulsos em funccedilatildeo de suas amplitudes ou

energias dos iacuteons incidentes

40 METODOLOGIA

41 Amostragem

Amostras de cabelo de 16 pessoas foram coletadas Os doadores foram entrevistados

seguindo o questionaacuterio disponiacutevel no ANEXO I e selecionados de acordo com os seguintes

criteacuterios possuiacuterem cabelos virgens (cabelos sem nenhum tipo de tratamento quiacutemico como

coloraccedilotildees tinturas alisantes entre outros) estarem saudaacuteveis serem natildeo fumantes e viverem

na Regiatildeo Metropolitana do Rio de Janeiro As amostras foram divididas em dois grupos de

oito o primeiro de pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo subterracircneo e o segundo com pessoas

que ingerem a aacutegua tratada e distribuiacuteda pela CEDAE

Foram analisadas amostras de cabelo de duas pessoas que consumiam a aacutegua do

mesmo poccedilo isto eacute duas amostras de cada residecircncia totalizando 4 poccedilos diferentes (a b c

d) na localidade Chaacutecaras Arcampo em Duque de Caxias ndash RJ (Figura 14)

Figura 14 Mapa com os pontos de coleta de amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua

de poccedilo em destaque a localizaccedilatildeo das residecircncias com os poccedilos

Fonte Google Earth Acesso em 30072015

As amostras foram coletadas na regiatildeo occipital da cabeccedila (nuca) como visto na

Figura 15 com o auxiacutelio de uma tesoura de accedilo inoxidaacutevel devidamente limpa com etanol

Essa regiatildeo eacute definida como padratildeo por ser menos suscetiacutevel a contaminaccedilatildeo exoacutegena e

tambeacutem por sempre existir cabelo em indiviacuteduos semicalvos [14] Em seguida as amostras

foram catalogadas e armazenadas em sacos plaacutesticos [5] Informaccedilotildees adicionais sobre o sexo

e a idade dos doadores e o tipo e cor das amostras de cabelo coletadas disponiacuteveis no ANEXO

II

Figura 15 Coleta de amostra de cabelo na regiatildeo occipital da cabeccedila

42 Lavagem das Amostras de Cabelo

Todas as amostras foram submetidas a uma sequecircncia de etapas de lavagem de 10

minutos cada utilizando acetona e aacutegua deionizada (Figura 16) Em seguida foram colocadas

para secar agrave temperatura ambiente de acordo com o procedimento recomendado pela Agecircncia

Internacional de Energia Atocircmica (IAEA) [5]

Figura 16 Lavagem das amostras de cabelo

As amostras analisadas por XRF foram colocadas diretamente no suporte do

equipamento Os fios foram colocados de maneira a se obter a superfiacutecie do porta-amostra

totalmente coberta pelo cabelo a qual em seguida foi coberta por um filme (Ultralenereg 4

microm de espessura) (Figura 17) Para a anaacutelise com o RBS o cabelo foi aderido ao suporte do

porta-amostra com o auxiacutelio de uma fita dupla face de carbono puro (Figura 18)

Figura 17 Amostra de cabelo em porta-amostra do equipamento de Fluorescecircncia de

Raios X

Figura 18 Amostra de cabelo no porta-amostra do equipamento de Espectrometria de

Retroespalhamento Rutherford

43 Paracircmetros Instrumentais

Anaacutelises semiquantitativas de XRF dos elementos presentes no cabelo foram

realizadas no Laboratoacuterio de Impacto de Foacutetons e Eleacutetrons (LIFE) na Universidade Federal do

Rio de Janeiro (UFRJ) Utilizou-se o Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios-X S8 TIGER

ndash BRUKER (Figura 19) na faixa de energia de 05 a 56 keV acircnodo de Rh trabalhando com 1

kW de potecircncia com uma janela de Be de 76 microm atraveacutes do software Quant-Express no

meacutetodo Best Detection O tempo de aquisiccedilatildeo para cada amostra foi de aproximadamente 20

minutos

Os dados por RBS foram realizados no Laboratoacuterio de Implantaccedilatildeo Iocircnica na

Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) Utilizou-se um acelerador de iacuteons

Tandetron - HVEE 3 MV (Figura 20) usando 2000 keV de iacuteons He+ incidentes e detecccedilatildeo de

partiacuteculas retroespalhadas a 165deg

Figura 19 Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X - S8 TIGER - BRUKER

Figura 20 Acelerador de iacuteons Tandetron - HVEE 3 MV onde foi feita a anaacutelise por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford

50 RESULTADOS E DISCUSSOtildeES

51 Anaacutelise por XRF

O espectro completo de XRF da amostra 2 referente ao cabelo de uma pessoa que

ingere aacutegua de poccedilo eacute mostrado na Figura 21 conforme obtido diretamente do equipamento

Eacute possiacutevel identificar as linhas de excitaccedilatildeo do Rh e as linhas de espalhamento Compton e

Rayleigh Os espectros ampliados somente na regiatildeo de interesse com as linhas de

fluorescecircncia Kα e Kβ atribuiacutedas agrave maioria dos elementos (exceto para o chumbo em que se

detectam as linhas Lα e Lβ) e sem as linhas de Rh de todas as amostras analisadas encontram-

se nos ANEXOS III e IV Os elementos analisados e a energia de suas linhas de emissatildeo de

fluorescecircncia Kα e Kβ satildeo apresentados na Tabela 4

Figura 21 Espectro de Fluorescecircncia de Raios X completo da amostra 2

Tabela 4 Energia em keV das principais linhas de emissatildeo de raios x dos elementos

analisados Adaptado de [26]

Os elementos observados e as concentraccedilotildees semiquantitativas das amostras de

cabelo das pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo e das amostras de cabelo das pessoas que

ingerem aacutegua distribuiacuteda pela CEDAE satildeo apresentados respectivamente nas Tabelas 5 e 6

Kα Kβ

Al 1487 1557

Si 1740 1836

P 2014 2139

S 2308 2464

Cl 2622 2816

Ca 3692 4013

Mn 5899 6490

Fe 6404 7058

Cu 8048 8905

Zn 8639 9572

Pb (Linhas Lα e Lβ) 10552 12614

Elementos

Analisados

Energia (keV) das Linhas de

Emissatildeo de Raios X

Tabela 5 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (1 a 8) que

ingerem aacutegua de poccedilo As concentraccedilotildees dos elementos foram normalizadas de modo que a

soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da matriz orgacircnica em conjunto

seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo ldquoa b c drdquo correlacionam a amostra

de cabelo com o poccedilo do qual o indiviacuteduo ingere aacutegua

1 2 3 4 5 6 7 8

Al 002 003 003 34 ppm natildeo det 006 natildeo det 001

Si 001 54 ppm 006 46 ppm 005 002 002 54 ppm

P 003 003 54 ppm 002 001 46 ppm natildeo det 004

S 117 071 115 118 166 135 151 098

Cl 003 65 ppm 002 002 natildeo det 003 natildeo det 61 ppm

Ca 003 003 80 ppm 002 004 002 008 008

Mn 73 ppm 78 ppm 58 ppm 10 ppm natildeo det 91 ppm natildeo det 54 ppm

Fe 001 001 92 ppm 29 ppm 38 ppm 001 27 ppm 83 ppm

Cu 44 ppm 41 ppm 46 ppm 31 ppm natildeo det 44 ppm 37 ppm 36 ppm

Zn 77 ppm 002 91 ppm 82 ppm 41 ppm 92 ppm 40 ppm 98 ppm

Pb 10 ppm 9 ppm 12 ppm 10 ppm natildeo det 10 ppm natildeo det 9 ppm

a b c d

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Elementos

Tabela 6 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (9 a 16)

que ingerem aacutegua tratada e distribuiacuteda pela CEDAE As concentraccedilotildees dos elementos foram

normalizadas de modo que a soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da

matriz orgacircnica em conjunto seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo

9 10 11 12 13 14 15 16

Al 001 36 ppm natildeo det 002 61 ppm 90 ppm 002 natildeo det

Si natildeo det 35 ppm natildeo det 40 ppm 79 ppm 60 ppm natildeo det natildeo det

P 003 34 ppm 003 002 natildeo det 46 ppm natildeo det 41 ppm

S 111 106 116 152 136 145 155 128

Cl 52 ppm 001 002 003 004 005 014 009

Ca 006 004 002 002 001 001 001 001

Mn 51 ppm 9 ppm 32 ppm natildeo det 24 ppm 57 ppm natildeo det 30 ppm

Fe 82 ppm 30 ppm 57 ppm 56 ppm 59 ppm 90 ppm 52 ppm 54 ppm

Cu 31 ppm 51 ppm 28 ppm 27 ppm 31 ppm 44 ppm 14 ppm 29 ppm

Zn 001 001 92 ppm 86 ppm 001 001 42 ppm 001

Pb natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det

Elementos

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

Na anaacutelise semiquantitativa por XRF pode-se verificar a presenccedila de elevadas

concentraccedilotildees de enxofre o que jaacute era esperado visto que este elemento faz parte da estrutura

da cisteiacutena o aminoaacutecido em maior quantidade na composiccedilatildeo do cabelo

Os elementos Ca Zn e Fe foram detectados em todas as amostras dos dois grupos O

Ca aparece na maior parte das amostras em concentraccedilotildees da ordem de enquanto que o Zn

e o Fe da ordem de ppm Os elementos Al P Mn Cl Si e Cu aparecem na maioria das

amostras em ambos os grupos No entanto o Pb foi observado em concentraccedilotildees da ordem de

ppm somente em amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo

Para as amostras 5 7 e 15 utilizou-se um porta amostra com maacutescara de 8 mm de

diacircmetro ao inveacutes da maacutescara de 34 mm utilizada para as outras amostras devido a pouca

quantidade de cabelo coletado Agrave vantagem de poder utilizar menos amostra com a maacutescara

de 8 mm contrapotildee-se um aumento do ruiacutedo de fundo e a consequente perda da sensibilidade

na anaacutelise Tal fato pode provavelmente justificar a quantidade menor de elementos

observados nessas amostras em comparaccedilatildeo com as demais incluindo a ausecircncia do elemento

chumbo nas amostras 5 e 7 jaacute que o mesmo aparece nas amostras 6 e 8 das pessoas que

bebem a mesma aacutegua dos poccedilos c e d respectivamente

52 Anaacutelise por RBS

Apresenta-se na Figura 22 o espectro de RBS da amostra 2 adquirido durante 8

horas de anaacutelise e apoacutes tratamento dos dados atraveacutes do programa computacional OriginPro 8

Duas ampliaccedilotildees (I e II) nas regiotildees de mais alta energia satildeo apresentadas nas Figuras 23 e

24 Observou-se a presenccedila dos elementos C N O Si S Cl Ti Cu Zn e Pb

As energias dos iacuteons He+ retroespalhados a partir da interaccedilatildeo com os nuacutecleos de Pb

e Hg satildeo muito proacuteximas tornando difiacutecil a resoluccedilatildeo dos sinais No entanto o Hg natildeo foi

observado em nenhuma das amostras por XRF enquanto o Pb pode ser detectado claramente

Conclui-se portanto que o degrau no espectro eacute correspondente ao Pb

Utilizando-se o caacutelculo da seccedilatildeo de choque de espalhamento Rutherford foi possiacutevel

obter uma anaacutelise quantitativa relativa da amostra 2 Para isso foi escolhido o enxofre como

elemento padratildeo devido ao fato do S estar presente em todas as amostras de cabelo e ser

facilmente detectaacutevel por ambas as teacutecnicas Para cada aacutetomo de S na amostra de cabelo as

seguintes proporccedilotildees atocircmicas foram obtidas 115 x 102 C 274 x 10

1 N 157 x 10

1 O 479 x

10-1

Si 641 x 10-1

Cl 454 x 10-2

Ti 162 x 10-2

Cu 265 x 10-2

Zn e 504 x 10-4

Pb

Figura 22 Espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da amostra 2

(grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 23 Ampliaccedilatildeo I do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 24 Ampliaccedilatildeo II do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

60 CONCLUSOtildeES

As teacutecnicas de XRF e RBS mostraram-se eficientes e complementares na

determinaccedilatildeo de vaacuterios elementos presentes em amostras de cabelo humano Atraveacutes das duas

teacutecnicas foi possiacutevel detectar de forma semiquantitativa a presenccedila de elementos desde o Al

ateacute o Pb Por RBS tambeacutem foram detectados elementos mais leves como C N e O A

utilizaccedilatildeo conjunta das duas teacutecnicas permitiu a identificaccedilatildeo inequiacutevoca de Pb no espectro de

RBS

Eacute evidente que as concentraccedilotildees dos elementos nas amostras de cabelo dependem de

diversos fatores tais como o tipo de alimentaccedilatildeo idade sexo ambiente em que o indiviacuteduo

vive e podem ser provenientes de meios exoacutegenos e endoacutegenos Entretanto considerando o

natildeo aparecimento do Pb em nenhuma das amostras de cabelo das pessoas que ingerem aacutegua

distribuiacuteda pela CEDAE aleacutem das anaacutelises preacutevias da aacutegua dos poccedilos da aacuterea em estudo eacute

possiacutevel afirmar que existe uma elevada possibilidade da aacutegua de poccedilo estaacute atuando como

uma fonte de contaminaccedilatildeo de Pb para as pessoas Como o Pb eacute um elemento toacutexico com

propriedade de bioacumulaccedilatildeo sua presenccedila pode gerar danos irreversiacuteveis aos organismos

vivos

70 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS

Como sugestotildees deste estudo podemos indicar

Realizar uma anaacutelise quantitativa de um nuacutemero mais amplo de amostras

Efetuar uma comparaccedilatildeo com materiais de referecircncia certificados a fim de

determinar com um grau de confiabilidade mais elevado se as quantidades de

chumbo detectadas nas amostras de cabelo estatildeo acima do intervalo de valores

considerados aceitaacuteveis

80 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

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dos procedimentos para a determinaccedilatildeo de elementos traccedilo e aplicaccedilotildees Quiacutem Nova

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Paraiacuteba do Sul Paraibuna chega ao volume morto pela primeira vez Jornal O Globo 22

de janeiro de 2015 Disponiacutevel em httpogloboglobocomrioprincipal-reservatorio-do-

paraiba-do-sul-paraibuna-chega-ao-volume-morto-pela-primeira-vez-gt Acesso em 30 de

julho de 2015

[20] Fundamentos teoacutericos da teacutecnica de anaacutelise espectromeacutetrica por fluorescecircncia de

raios-x PUC-Rio ndash Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em

lthttpwwwmaxwellvracpuc-riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 30 de julho de 2015

[21] TASCH P DAMIANI F OLIVEIRA L C M IE - 607A Teacutecnicas de anaacutelise e

caracterizaccedilatildeo de materiais Universidade Estadual de Campinas ndash UNICAMP Campinas

2000

[22] FILHO V F N Teacutecnicas analiacuteticas nucleares de Fluorescecircncia de Raios ndashX por

Dispersatildeo de Enerdia (ED-XRF) e por Reflexatildeo Total (TXRF) Departamento de Ciecircncias

Exatas ESALQ Laboratoacuterio de Instrumentaccedilatildeo Nuclear CENA Universidade de Satildeo Paulo

ndash USP Satildeo Paulo 1999

[23] PERDONAacute C R Introduccedilatildeo a espectrometria de Fluorescecircncia de Raios-X Manual

Teacutecnico ndash BRUKER 2014

[24] O espectrocircmetro de fluorescecircncia de raios-x Thermo ARL 9900 PUC-Rio ndash

Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em lthttpwwwmaxwellvracpuc-

riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 08 de agosto de 2015

[25] KRUG C Superfiacutecies porosas recobertas com metalocenos anaacutelise multivariada

envolvendo caracterizaccedilatildeo com feixe de iacuteons Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Fiacutesica Instituto

de Fiacutesica Universidade Federal do Rio Grande do Sul ndash UFRGS Porto Alegre 2000

[26] TABACNIKS M H Anaacutelise de filmes finos por PIXE e RBS Instituto de Fiacutesica da

Universidade de Satildeo Paulo Disponiacutevel em ltwww2ifuspbr~lamfipixeamprbspdfgt Acesso

em julho de 2015

[27] ALMEIDA C R Efeito de tratamentos teacutermico e quiacutemico de aerogeacuteis de oacutexido de

estanho Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Engenharia Eleacutetrica Universidade Federal de Santa

Catarina Florianoacutepolis 2013

[28] ATTWOOD D T HENKE B L et al X-Ray Data Booklet Lawrence Berkeley

Laboratory University of California Berkeley California 1986

ANEXO I

MODELO DO QUESTIONAacuteRIO PREENCHIDO ANTES DA COLETA DAS AMOSTRAS

DE CABELO

Coacutedigo da amostra

Nome

Idade (anos)

Endereccedilo

Fuma Sim ( ) Natildeo ( )

Ingere aacutegua de que tipo (poccedilo CEDAE) Poccedilo ( ) CEDAE ( )

Fez algum tipo de tratamento quiacutemico no cabelo

(coloraccedilatildeo alisamento etc)Sim ( ) Natildeo ( )

Qual Quando foi a uacuteltima vez

Esteve bem de sauacutede nos uacuteltimos 6 meses Sim ( ) Natildeo ( )

Data da coleta

Responsaacutevel pela coleta

COLETA DE AMOSTRA DE CABELO

ANEXO II

INFORMACcedilOtildeES ADICIONAIS SOBRE OS DOADORES E AS AMOSTRAS DE

CABELO COLETADAS

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

1 Feminino 62 Cacheado Castanho Escuro

2 Feminino 27 Cacheado Castanho Escuro

3 Feminino 17 Liso Castanho Escuro

4 Feminino 10 Cacheado Castanho Escuro

5 Feminino 58 Liso Castanho Escuro

6 Feminino 7 Cacheado Castanho Escuro

7 Masculino 17 Liso Castanho Claro

8 Feminino 39 Liso Castanho Escuro

Pessoas que Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

9 Feminino 41 Cacheado Castanho Escuro

10 Feminino 17 Ondulado Castanho Claro

11 Masculino 1 Cacheado Castanho Escuro

12 Feminino 11 Liso Castanho Escuro

13 Masculino 21 Liso Castanho Escuro

14 Masculino 42 Cacheado Preto

15 Masculino 6 Liso Preto

16 Masculino 14 Liso Preto

Pessoas que Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

ANEXO III

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DE POCcedilO (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 1

Amostra 2

Amostra 3

Amostra 4

Amostra 5

Amostra 6

Amostra 7

Amostra 8

ANEXO IV

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DISTRIBUIacuteDA PELA CEDAE (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 9

Amostra 10

Amostra 11

Amostra 12

Amostra 13

Amostra 14

Amostra 15

Amostra 16

Page 37: Dissertação Priscilla Velasco da Paixão

Figura 12 Esquema de um espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford de

um filme fino AB sobre um substrato C ainda mais leve [27]

A resoluccedilatildeo em massa da teacutecnica eacute a diferenccedila miacutenima de massa entre dois aacutetomos-

alvo para que sinais resolvidos possam ser observados no espectro A discriminaccedilatildeo em massa

eacute maacutexima para θ = 180deg razatildeo pela qual satildeo utilizados acircngulos elevados experimentalmente

Pode-se melhorar a resoluccedilatildeo em massa na RBS aumentando a energia e a massa dos aacutetomos

incidentes e melhorando a resoluccedilatildeo do sistema de detecccedilatildeo com o cuidado para natildeo degradar

os detectores [25]

Outra grandeza importante em RBS eacute a seccedilatildeo de choque de espalhamento (σ) que eacute

uma medida da probabilidade de ocorrer o espalhamento e que atribui o caraacuteter quantitativo agrave

teacutecnica [25] Considerando um nuacutemero de partiacuteculas espalhadas (H) sobre um detector tem-se

a Equaccedilatildeo 6

119867 = 119876119873119905 ⟨119889120590

119889120570⟩Ω (Eq 6)

Onde

Q = nuacutemero de partiacuteculas que atinge a amostra

N = densidade volumeacutetrica dos aacutetomos alvo

t = espessura do alvo

⟨119889120590

119889120570⟩ = seccedilatildeo de choque meacutedia de espalhamento

Ω = acircngulo soacutelido do detector em relaccedilatildeo ao feixe

Para acircngulos pequenos tem-se ⟨119889120590

119889120570⟩ = (

119889120590

119889120570)120579

= σ (Eq 7)

Logo 119867 = 119876119873119905120590120570 (Eq 8)

Na Equaccedilatildeo 8 conhecendo o nuacutemero de partiacuteculas que atinge o alvo Q e o detector

H pode-se determinar o numero de aacutetomos por unidade de aacuterea da amostra (Nt) desde que se

conheccedila o acircngulo soacutelido de detecccedilatildeo Ω e a seccedilatildeo de choque de espalhamento (σ) Para uma

colisatildeo elaacutestica entre dois aacutetomos com nuacutemeros atocircmicos Z1 e Z2 (do aacutetomo incidente e do

aacutetomo alvo respectivamente) em que a forccedila de interaccedilatildeo eacute a repulsatildeo eletrostaacutetica dos

nuacutecleos a seccedilatildeo de choque de espalhamento diferencial (por unidade de acircngulo soacutelido) eacute dada

pela Foacutermula de Rutherford (Equaccedilatildeo 9)

119889120590

119889120570= (

119885111988521198902

4119864)2

4

1199041198901198994120579

[1minus ((

11987211198722) 119904119890119899120579)

2

]

12

+cos120579

[1minus ((11987211198722)119904119890119899 120579)

2

]

12

2

(Eq 9)

Em siacutentese a razatildeo entre as concentraccedilotildees relativas dos elementos A e B na

superfiacutecie de uma amostra 119873119860119860119861(119909)

119873119861119860119861(119909)

pode ser calculada com o auxiacutelio de um programa

computacional ou atraveacutes da medida de altura dos degraus obtidos no espectro sendo

calculadas com as Equaccedilotildees 10 e 11

(119889120590

119889120570)119861

(119889120590

119889120570)119860

= Ji (Eq 10)

119873119860119860119861(119909)

119873119861119860119861(119909)

= 119867119860119860119861

119867119861119860119861 119869119894 (Eq 11)

37 Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford - Instrumentaccedilatildeo

Na Figura 13 pode ser observado um esquema com os principais componentes da

instrumentaccedilatildeo utilizada em anaacutelises por RBS que seratildeo descritos em seguida de acordo com

o equipamento utilizado para a realizaccedilatildeo deste trabalho e com informaccedilotildees obtidas na

referecircncia [25]

Figura 13 Esquema dos componentes presentes na instrumentaccedilatildeo utilizada em anaacutelises por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford Fonte Adaptado de [25]

O Laboratoacuterio de Implantaccedilatildeo Iocircnica da Universidade Federal do Rio Grande do Sul

possui um acelerador Tandetron equipado com fontes de iacuteons dos tipos sputtering e de

plasma com tecnologia ldquotandemrdquo com 3MV de tensatildeo maacutexima no terminal e cinco estaccedilotildees

experimentais de linhas distintas incluindo a de RBS

Fonte de iacuteons

Fonte de Plasma um gaacutes ou um vapor eacute ionizado por meio de campos

eletromagneacuteticos na faixa de radiofrequecircncia ou ao ser atravessado por corrente eleacutetrica

Fonte de ldquoSputteringrdquo os iacuteons satildeo produzidos por transferecircncia de momentum

quando da colisatildeo de um feixe primaacuterio (geralmente Cs+) com um alvo soacutelido

Aceleradores ldquotandemrdquo

Neste tipo de acelerador iacuteons positivos deixam a fonte passam por uma troca de

carga (com vapor de Liacutetio ou outro elemento eletropositivo) e satildeo conduzidos com carga

negativa ao tubo acelerador onde satildeo atraiacutedos por um terminal positivo No caso dos iacuteons

produzidos serem originalmente negativos a troca de carga eacute suprimida Junto ao terminal

positivo passam por uma seccedilatildeo contendo um gaacutes ou vapor (N2 no presente caso) ou por uma

folha muito fina de carbono para que os iacuteons emergentes tenham perdido os eleacutetrons Com

carga positiva satildeo novamente acelerados agora por repulsatildeo do terminal Diferenccedilas de

potencial da ordem de vaacuterios milhotildees de volts satildeo obtidas utilizando circuitos multiplicadores

de voltagem que multiplicam e retificam a tensatildeo produzida por um transformador Seguindo

o tubo acelerador geralmente encontra-se um segundo eletroiacutematilde que permite direcionar o

feixe de iacuteons para uma das estaccedilotildees experimentais de acordo com as espeacutecies a serem

detectadas (no presente caso partiacuteculas retroespalhadas)

Detectores de estado soacutelido com junccedilotildees p-n obtidas por implantaccedilatildeo iocircnica

A junccedilatildeo p-n sob polarizaccedilatildeo reversa permite a coleta de cargas geradas na

produccedilatildeo de pares eleacutetron-lacuna Esse fenocircmeno ocorre quando um iacuteon atravessa um

semicondutor excitando eleacutetrons da banda de valecircncia para a banda de conduccedilatildeo que entatildeo

satildeo coletados no acircnodo Dessa forma o nuacutemero de eleacutetrons coletados no acircnodo eacute proporcional

ao nuacutemero de pares de eleacutetron-lacuna produzidos o qual eacute proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo

incidente desde que o iacuteon seja totalmente freado dentro do volume ativo do detector

Analisador multicanal (MCA) no modo de anaacutelise de intensidade de pulso

O MCA consta de uma sequecircncia de registradores onde cada pulso de entrada uma

vez digitalizado por um conversor analoacutegico-digital (ADC) eacute analisado com relaccedilatildeo a sua

amplitude (modo PHA) sob o controle de um discriminador Na sequecircncia o canal de

memoacuteria correspondente tem seu conteuacutedo incrementado em uma unidade Com isso

acumulam-se em um canal especiacutefico todos os pulsos de entrada de um pequeno intervalo de

amplitudes ou energias dos iacuteons incidentes Ao final com a soma dos pulsos recebidos em

cada canal obteacutem-se um histograma do nuacutemero de pulsos em funccedilatildeo de suas amplitudes ou

energias dos iacuteons incidentes

40 METODOLOGIA

41 Amostragem

Amostras de cabelo de 16 pessoas foram coletadas Os doadores foram entrevistados

seguindo o questionaacuterio disponiacutevel no ANEXO I e selecionados de acordo com os seguintes

criteacuterios possuiacuterem cabelos virgens (cabelos sem nenhum tipo de tratamento quiacutemico como

coloraccedilotildees tinturas alisantes entre outros) estarem saudaacuteveis serem natildeo fumantes e viverem

na Regiatildeo Metropolitana do Rio de Janeiro As amostras foram divididas em dois grupos de

oito o primeiro de pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo subterracircneo e o segundo com pessoas

que ingerem a aacutegua tratada e distribuiacuteda pela CEDAE

Foram analisadas amostras de cabelo de duas pessoas que consumiam a aacutegua do

mesmo poccedilo isto eacute duas amostras de cada residecircncia totalizando 4 poccedilos diferentes (a b c

d) na localidade Chaacutecaras Arcampo em Duque de Caxias ndash RJ (Figura 14)

Figura 14 Mapa com os pontos de coleta de amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua

de poccedilo em destaque a localizaccedilatildeo das residecircncias com os poccedilos

Fonte Google Earth Acesso em 30072015

As amostras foram coletadas na regiatildeo occipital da cabeccedila (nuca) como visto na

Figura 15 com o auxiacutelio de uma tesoura de accedilo inoxidaacutevel devidamente limpa com etanol

Essa regiatildeo eacute definida como padratildeo por ser menos suscetiacutevel a contaminaccedilatildeo exoacutegena e

tambeacutem por sempre existir cabelo em indiviacuteduos semicalvos [14] Em seguida as amostras

foram catalogadas e armazenadas em sacos plaacutesticos [5] Informaccedilotildees adicionais sobre o sexo

e a idade dos doadores e o tipo e cor das amostras de cabelo coletadas disponiacuteveis no ANEXO

II

Figura 15 Coleta de amostra de cabelo na regiatildeo occipital da cabeccedila

42 Lavagem das Amostras de Cabelo

Todas as amostras foram submetidas a uma sequecircncia de etapas de lavagem de 10

minutos cada utilizando acetona e aacutegua deionizada (Figura 16) Em seguida foram colocadas

para secar agrave temperatura ambiente de acordo com o procedimento recomendado pela Agecircncia

Internacional de Energia Atocircmica (IAEA) [5]

Figura 16 Lavagem das amostras de cabelo

As amostras analisadas por XRF foram colocadas diretamente no suporte do

equipamento Os fios foram colocados de maneira a se obter a superfiacutecie do porta-amostra

totalmente coberta pelo cabelo a qual em seguida foi coberta por um filme (Ultralenereg 4

microm de espessura) (Figura 17) Para a anaacutelise com o RBS o cabelo foi aderido ao suporte do

porta-amostra com o auxiacutelio de uma fita dupla face de carbono puro (Figura 18)

Figura 17 Amostra de cabelo em porta-amostra do equipamento de Fluorescecircncia de

Raios X

Figura 18 Amostra de cabelo no porta-amostra do equipamento de Espectrometria de

Retroespalhamento Rutherford

43 Paracircmetros Instrumentais

Anaacutelises semiquantitativas de XRF dos elementos presentes no cabelo foram

realizadas no Laboratoacuterio de Impacto de Foacutetons e Eleacutetrons (LIFE) na Universidade Federal do

Rio de Janeiro (UFRJ) Utilizou-se o Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios-X S8 TIGER

ndash BRUKER (Figura 19) na faixa de energia de 05 a 56 keV acircnodo de Rh trabalhando com 1

kW de potecircncia com uma janela de Be de 76 microm atraveacutes do software Quant-Express no

meacutetodo Best Detection O tempo de aquisiccedilatildeo para cada amostra foi de aproximadamente 20

minutos

Os dados por RBS foram realizados no Laboratoacuterio de Implantaccedilatildeo Iocircnica na

Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) Utilizou-se um acelerador de iacuteons

Tandetron - HVEE 3 MV (Figura 20) usando 2000 keV de iacuteons He+ incidentes e detecccedilatildeo de

partiacuteculas retroespalhadas a 165deg

Figura 19 Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X - S8 TIGER - BRUKER

Figura 20 Acelerador de iacuteons Tandetron - HVEE 3 MV onde foi feita a anaacutelise por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford

50 RESULTADOS E DISCUSSOtildeES

51 Anaacutelise por XRF

O espectro completo de XRF da amostra 2 referente ao cabelo de uma pessoa que

ingere aacutegua de poccedilo eacute mostrado na Figura 21 conforme obtido diretamente do equipamento

Eacute possiacutevel identificar as linhas de excitaccedilatildeo do Rh e as linhas de espalhamento Compton e

Rayleigh Os espectros ampliados somente na regiatildeo de interesse com as linhas de

fluorescecircncia Kα e Kβ atribuiacutedas agrave maioria dos elementos (exceto para o chumbo em que se

detectam as linhas Lα e Lβ) e sem as linhas de Rh de todas as amostras analisadas encontram-

se nos ANEXOS III e IV Os elementos analisados e a energia de suas linhas de emissatildeo de

fluorescecircncia Kα e Kβ satildeo apresentados na Tabela 4

Figura 21 Espectro de Fluorescecircncia de Raios X completo da amostra 2

Tabela 4 Energia em keV das principais linhas de emissatildeo de raios x dos elementos

analisados Adaptado de [26]

Os elementos observados e as concentraccedilotildees semiquantitativas das amostras de

cabelo das pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo e das amostras de cabelo das pessoas que

ingerem aacutegua distribuiacuteda pela CEDAE satildeo apresentados respectivamente nas Tabelas 5 e 6

Kα Kβ

Al 1487 1557

Si 1740 1836

P 2014 2139

S 2308 2464

Cl 2622 2816

Ca 3692 4013

Mn 5899 6490

Fe 6404 7058

Cu 8048 8905

Zn 8639 9572

Pb (Linhas Lα e Lβ) 10552 12614

Elementos

Analisados

Energia (keV) das Linhas de

Emissatildeo de Raios X

Tabela 5 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (1 a 8) que

ingerem aacutegua de poccedilo As concentraccedilotildees dos elementos foram normalizadas de modo que a

soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da matriz orgacircnica em conjunto

seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo ldquoa b c drdquo correlacionam a amostra

de cabelo com o poccedilo do qual o indiviacuteduo ingere aacutegua

1 2 3 4 5 6 7 8

Al 002 003 003 34 ppm natildeo det 006 natildeo det 001

Si 001 54 ppm 006 46 ppm 005 002 002 54 ppm

P 003 003 54 ppm 002 001 46 ppm natildeo det 004

S 117 071 115 118 166 135 151 098

Cl 003 65 ppm 002 002 natildeo det 003 natildeo det 61 ppm

Ca 003 003 80 ppm 002 004 002 008 008

Mn 73 ppm 78 ppm 58 ppm 10 ppm natildeo det 91 ppm natildeo det 54 ppm

Fe 001 001 92 ppm 29 ppm 38 ppm 001 27 ppm 83 ppm

Cu 44 ppm 41 ppm 46 ppm 31 ppm natildeo det 44 ppm 37 ppm 36 ppm

Zn 77 ppm 002 91 ppm 82 ppm 41 ppm 92 ppm 40 ppm 98 ppm

Pb 10 ppm 9 ppm 12 ppm 10 ppm natildeo det 10 ppm natildeo det 9 ppm

a b c d

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Elementos

Tabela 6 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (9 a 16)

que ingerem aacutegua tratada e distribuiacuteda pela CEDAE As concentraccedilotildees dos elementos foram

normalizadas de modo que a soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da

matriz orgacircnica em conjunto seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo

9 10 11 12 13 14 15 16

Al 001 36 ppm natildeo det 002 61 ppm 90 ppm 002 natildeo det

Si natildeo det 35 ppm natildeo det 40 ppm 79 ppm 60 ppm natildeo det natildeo det

P 003 34 ppm 003 002 natildeo det 46 ppm natildeo det 41 ppm

S 111 106 116 152 136 145 155 128

Cl 52 ppm 001 002 003 004 005 014 009

Ca 006 004 002 002 001 001 001 001

Mn 51 ppm 9 ppm 32 ppm natildeo det 24 ppm 57 ppm natildeo det 30 ppm

Fe 82 ppm 30 ppm 57 ppm 56 ppm 59 ppm 90 ppm 52 ppm 54 ppm

Cu 31 ppm 51 ppm 28 ppm 27 ppm 31 ppm 44 ppm 14 ppm 29 ppm

Zn 001 001 92 ppm 86 ppm 001 001 42 ppm 001

Pb natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det

Elementos

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

Na anaacutelise semiquantitativa por XRF pode-se verificar a presenccedila de elevadas

concentraccedilotildees de enxofre o que jaacute era esperado visto que este elemento faz parte da estrutura

da cisteiacutena o aminoaacutecido em maior quantidade na composiccedilatildeo do cabelo

Os elementos Ca Zn e Fe foram detectados em todas as amostras dos dois grupos O

Ca aparece na maior parte das amostras em concentraccedilotildees da ordem de enquanto que o Zn

e o Fe da ordem de ppm Os elementos Al P Mn Cl Si e Cu aparecem na maioria das

amostras em ambos os grupos No entanto o Pb foi observado em concentraccedilotildees da ordem de

ppm somente em amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo

Para as amostras 5 7 e 15 utilizou-se um porta amostra com maacutescara de 8 mm de

diacircmetro ao inveacutes da maacutescara de 34 mm utilizada para as outras amostras devido a pouca

quantidade de cabelo coletado Agrave vantagem de poder utilizar menos amostra com a maacutescara

de 8 mm contrapotildee-se um aumento do ruiacutedo de fundo e a consequente perda da sensibilidade

na anaacutelise Tal fato pode provavelmente justificar a quantidade menor de elementos

observados nessas amostras em comparaccedilatildeo com as demais incluindo a ausecircncia do elemento

chumbo nas amostras 5 e 7 jaacute que o mesmo aparece nas amostras 6 e 8 das pessoas que

bebem a mesma aacutegua dos poccedilos c e d respectivamente

52 Anaacutelise por RBS

Apresenta-se na Figura 22 o espectro de RBS da amostra 2 adquirido durante 8

horas de anaacutelise e apoacutes tratamento dos dados atraveacutes do programa computacional OriginPro 8

Duas ampliaccedilotildees (I e II) nas regiotildees de mais alta energia satildeo apresentadas nas Figuras 23 e

24 Observou-se a presenccedila dos elementos C N O Si S Cl Ti Cu Zn e Pb

As energias dos iacuteons He+ retroespalhados a partir da interaccedilatildeo com os nuacutecleos de Pb

e Hg satildeo muito proacuteximas tornando difiacutecil a resoluccedilatildeo dos sinais No entanto o Hg natildeo foi

observado em nenhuma das amostras por XRF enquanto o Pb pode ser detectado claramente

Conclui-se portanto que o degrau no espectro eacute correspondente ao Pb

Utilizando-se o caacutelculo da seccedilatildeo de choque de espalhamento Rutherford foi possiacutevel

obter uma anaacutelise quantitativa relativa da amostra 2 Para isso foi escolhido o enxofre como

elemento padratildeo devido ao fato do S estar presente em todas as amostras de cabelo e ser

facilmente detectaacutevel por ambas as teacutecnicas Para cada aacutetomo de S na amostra de cabelo as

seguintes proporccedilotildees atocircmicas foram obtidas 115 x 102 C 274 x 10

1 N 157 x 10

1 O 479 x

10-1

Si 641 x 10-1

Cl 454 x 10-2

Ti 162 x 10-2

Cu 265 x 10-2

Zn e 504 x 10-4

Pb

Figura 22 Espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da amostra 2

(grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 23 Ampliaccedilatildeo I do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 24 Ampliaccedilatildeo II do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

60 CONCLUSOtildeES

As teacutecnicas de XRF e RBS mostraram-se eficientes e complementares na

determinaccedilatildeo de vaacuterios elementos presentes em amostras de cabelo humano Atraveacutes das duas

teacutecnicas foi possiacutevel detectar de forma semiquantitativa a presenccedila de elementos desde o Al

ateacute o Pb Por RBS tambeacutem foram detectados elementos mais leves como C N e O A

utilizaccedilatildeo conjunta das duas teacutecnicas permitiu a identificaccedilatildeo inequiacutevoca de Pb no espectro de

RBS

Eacute evidente que as concentraccedilotildees dos elementos nas amostras de cabelo dependem de

diversos fatores tais como o tipo de alimentaccedilatildeo idade sexo ambiente em que o indiviacuteduo

vive e podem ser provenientes de meios exoacutegenos e endoacutegenos Entretanto considerando o

natildeo aparecimento do Pb em nenhuma das amostras de cabelo das pessoas que ingerem aacutegua

distribuiacuteda pela CEDAE aleacutem das anaacutelises preacutevias da aacutegua dos poccedilos da aacuterea em estudo eacute

possiacutevel afirmar que existe uma elevada possibilidade da aacutegua de poccedilo estaacute atuando como

uma fonte de contaminaccedilatildeo de Pb para as pessoas Como o Pb eacute um elemento toacutexico com

propriedade de bioacumulaccedilatildeo sua presenccedila pode gerar danos irreversiacuteveis aos organismos

vivos

70 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS

Como sugestotildees deste estudo podemos indicar

Realizar uma anaacutelise quantitativa de um nuacutemero mais amplo de amostras

Efetuar uma comparaccedilatildeo com materiais de referecircncia certificados a fim de

determinar com um grau de confiabilidade mais elevado se as quantidades de

chumbo detectadas nas amostras de cabelo estatildeo acima do intervalo de valores

considerados aceitaacuteveis

80 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

[1] POZEBON D DRESSLER V L CURTIUS A J Anaacutelise de cabelo uma revisatildeo

dos procedimentos para a determinaccedilatildeo de elementos traccedilo e aplicaccedilotildees Quiacutem Nova

1999 22 (6) 838-846

[2] FRAZAtildeO S V Estudo da determinaccedilatildeo de elementos traccedilo em cabelos humanos

pelo meacutetodo de anaacutelise por ativaccedilatildeo de necircutrons Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Ciecircncias na

Aacuterea de Tecnologia Nuclear ndash Aplicaccedilotildees Instituto de Pesquisas Energeacuteticas e Nucleares ndash

Universidade de Satildeo Paulo - USP Satildeo Paulo 2008

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[4] KEMPSON I M SKINNER W M KIRKBRIDE K P The ocurrence and

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Proton-Induced X-ray Emission analysis of hair from occupationally exposed workers

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[13] PAIXAtildeO P V GOMES L M B Anaacutelise de aacutegua de poccedilos subterracircneos na

localidade Chaacutecaras Arcampo em Duque de Caxias ndash RJ Relatoacuterio Final de Estaacutegio

Iniciaccedilatildeo Cientiacutefica Instituto de Quiacutemica ndash Universidade Federal do Rio de Janeiro ndash UFRJ

Rio de Janeiro 2012

[14] ANUNCIACcedilAtildeO D L R Anaacutelise de elementos maiores menores e traccedilo em

amostras de cabelo aplicado a triagem populacional com elevada incidecircncia de cacircncer

Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Quiacutemica Instituto de Quiacutemica ndash Universidade de Brasiacutelia

Brasiacutelia ndash Distrito Federal 2008

[15] TEGON E C Caracterizaccedilatildeo Quiacutemica do Enxofre e do Caacutelcio presentes em

amostras de cabelos empregando as teacutecnicas XRF e NEXAFS Projeto de Final de Curso

em Quiacutemica com Atribuiccedilotildees Tecnoloacutegicas Instituto de Quiacutemica ndash Universidade Federal do

Rio de Janeiro Rio de Janeiro 2013

[16] Dossiecirc os minerais na alimentaccedilatildeo Food Ingredients Brasil 2008 ndeg 4 48-65

Disponiacutevel em lt wwwrevista-ficommaterias52pdfgt Acesso em 30 de julho de 2015

[17] CEDAE Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos Disponiacutevel em

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[18] IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatiacutestica Censo Brasileiro de 2010 Rio de

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[19] RESENDE D ALENCAR E ALMEIDA R BERTA R Principal reservatoacuterio do

Paraiacuteba do Sul Paraibuna chega ao volume morto pela primeira vez Jornal O Globo 22

de janeiro de 2015 Disponiacutevel em httpogloboglobocomrioprincipal-reservatorio-do-

paraiba-do-sul-paraibuna-chega-ao-volume-morto-pela-primeira-vez-gt Acesso em 30 de

julho de 2015

[20] Fundamentos teoacutericos da teacutecnica de anaacutelise espectromeacutetrica por fluorescecircncia de

raios-x PUC-Rio ndash Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em

lthttpwwwmaxwellvracpuc-riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 30 de julho de 2015

[21] TASCH P DAMIANI F OLIVEIRA L C M IE - 607A Teacutecnicas de anaacutelise e

caracterizaccedilatildeo de materiais Universidade Estadual de Campinas ndash UNICAMP Campinas

2000

[22] FILHO V F N Teacutecnicas analiacuteticas nucleares de Fluorescecircncia de Raios ndashX por

Dispersatildeo de Enerdia (ED-XRF) e por Reflexatildeo Total (TXRF) Departamento de Ciecircncias

Exatas ESALQ Laboratoacuterio de Instrumentaccedilatildeo Nuclear CENA Universidade de Satildeo Paulo

ndash USP Satildeo Paulo 1999

[23] PERDONAacute C R Introduccedilatildeo a espectrometria de Fluorescecircncia de Raios-X Manual

Teacutecnico ndash BRUKER 2014

[24] O espectrocircmetro de fluorescecircncia de raios-x Thermo ARL 9900 PUC-Rio ndash

Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em lthttpwwwmaxwellvracpuc-

riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 08 de agosto de 2015

[25] KRUG C Superfiacutecies porosas recobertas com metalocenos anaacutelise multivariada

envolvendo caracterizaccedilatildeo com feixe de iacuteons Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Fiacutesica Instituto

de Fiacutesica Universidade Federal do Rio Grande do Sul ndash UFRGS Porto Alegre 2000

[26] TABACNIKS M H Anaacutelise de filmes finos por PIXE e RBS Instituto de Fiacutesica da

Universidade de Satildeo Paulo Disponiacutevel em ltwww2ifuspbr~lamfipixeamprbspdfgt Acesso

em julho de 2015

[27] ALMEIDA C R Efeito de tratamentos teacutermico e quiacutemico de aerogeacuteis de oacutexido de

estanho Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Engenharia Eleacutetrica Universidade Federal de Santa

Catarina Florianoacutepolis 2013

[28] ATTWOOD D T HENKE B L et al X-Ray Data Booklet Lawrence Berkeley

Laboratory University of California Berkeley California 1986

ANEXO I

MODELO DO QUESTIONAacuteRIO PREENCHIDO ANTES DA COLETA DAS AMOSTRAS

DE CABELO

Coacutedigo da amostra

Nome

Idade (anos)

Endereccedilo

Fuma Sim ( ) Natildeo ( )

Ingere aacutegua de que tipo (poccedilo CEDAE) Poccedilo ( ) CEDAE ( )

Fez algum tipo de tratamento quiacutemico no cabelo

(coloraccedilatildeo alisamento etc)Sim ( ) Natildeo ( )

Qual Quando foi a uacuteltima vez

Esteve bem de sauacutede nos uacuteltimos 6 meses Sim ( ) Natildeo ( )

Data da coleta

Responsaacutevel pela coleta

COLETA DE AMOSTRA DE CABELO

ANEXO II

INFORMACcedilOtildeES ADICIONAIS SOBRE OS DOADORES E AS AMOSTRAS DE

CABELO COLETADAS

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

1 Feminino 62 Cacheado Castanho Escuro

2 Feminino 27 Cacheado Castanho Escuro

3 Feminino 17 Liso Castanho Escuro

4 Feminino 10 Cacheado Castanho Escuro

5 Feminino 58 Liso Castanho Escuro

6 Feminino 7 Cacheado Castanho Escuro

7 Masculino 17 Liso Castanho Claro

8 Feminino 39 Liso Castanho Escuro

Pessoas que Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

9 Feminino 41 Cacheado Castanho Escuro

10 Feminino 17 Ondulado Castanho Claro

11 Masculino 1 Cacheado Castanho Escuro

12 Feminino 11 Liso Castanho Escuro

13 Masculino 21 Liso Castanho Escuro

14 Masculino 42 Cacheado Preto

15 Masculino 6 Liso Preto

16 Masculino 14 Liso Preto

Pessoas que Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

ANEXO III

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DE POCcedilO (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 1

Amostra 2

Amostra 3

Amostra 4

Amostra 5

Amostra 6

Amostra 7

Amostra 8

ANEXO IV

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DISTRIBUIacuteDA PELA CEDAE (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 9

Amostra 10

Amostra 11

Amostra 12

Amostra 13

Amostra 14

Amostra 15

Amostra 16

Page 38: Dissertação Priscilla Velasco da Paixão

Onde

Q = nuacutemero de partiacuteculas que atinge a amostra

N = densidade volumeacutetrica dos aacutetomos alvo

t = espessura do alvo

⟨119889120590

119889120570⟩ = seccedilatildeo de choque meacutedia de espalhamento

Ω = acircngulo soacutelido do detector em relaccedilatildeo ao feixe

Para acircngulos pequenos tem-se ⟨119889120590

119889120570⟩ = (

119889120590

119889120570)120579

= σ (Eq 7)

Logo 119867 = 119876119873119905120590120570 (Eq 8)

Na Equaccedilatildeo 8 conhecendo o nuacutemero de partiacuteculas que atinge o alvo Q e o detector

H pode-se determinar o numero de aacutetomos por unidade de aacuterea da amostra (Nt) desde que se

conheccedila o acircngulo soacutelido de detecccedilatildeo Ω e a seccedilatildeo de choque de espalhamento (σ) Para uma

colisatildeo elaacutestica entre dois aacutetomos com nuacutemeros atocircmicos Z1 e Z2 (do aacutetomo incidente e do

aacutetomo alvo respectivamente) em que a forccedila de interaccedilatildeo eacute a repulsatildeo eletrostaacutetica dos

nuacutecleos a seccedilatildeo de choque de espalhamento diferencial (por unidade de acircngulo soacutelido) eacute dada

pela Foacutermula de Rutherford (Equaccedilatildeo 9)

119889120590

119889120570= (

119885111988521198902

4119864)2

4

1199041198901198994120579

[1minus ((

11987211198722) 119904119890119899120579)

2

]

12

+cos120579

[1minus ((11987211198722)119904119890119899 120579)

2

]

12

2

(Eq 9)

Em siacutentese a razatildeo entre as concentraccedilotildees relativas dos elementos A e B na

superfiacutecie de uma amostra 119873119860119860119861(119909)

119873119861119860119861(119909)

pode ser calculada com o auxiacutelio de um programa

computacional ou atraveacutes da medida de altura dos degraus obtidos no espectro sendo

calculadas com as Equaccedilotildees 10 e 11

(119889120590

119889120570)119861

(119889120590

119889120570)119860

= Ji (Eq 10)

119873119860119860119861(119909)

119873119861119860119861(119909)

= 119867119860119860119861

119867119861119860119861 119869119894 (Eq 11)

37 Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford - Instrumentaccedilatildeo

Na Figura 13 pode ser observado um esquema com os principais componentes da

instrumentaccedilatildeo utilizada em anaacutelises por RBS que seratildeo descritos em seguida de acordo com

o equipamento utilizado para a realizaccedilatildeo deste trabalho e com informaccedilotildees obtidas na

referecircncia [25]

Figura 13 Esquema dos componentes presentes na instrumentaccedilatildeo utilizada em anaacutelises por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford Fonte Adaptado de [25]

O Laboratoacuterio de Implantaccedilatildeo Iocircnica da Universidade Federal do Rio Grande do Sul

possui um acelerador Tandetron equipado com fontes de iacuteons dos tipos sputtering e de

plasma com tecnologia ldquotandemrdquo com 3MV de tensatildeo maacutexima no terminal e cinco estaccedilotildees

experimentais de linhas distintas incluindo a de RBS

Fonte de iacuteons

Fonte de Plasma um gaacutes ou um vapor eacute ionizado por meio de campos

eletromagneacuteticos na faixa de radiofrequecircncia ou ao ser atravessado por corrente eleacutetrica

Fonte de ldquoSputteringrdquo os iacuteons satildeo produzidos por transferecircncia de momentum

quando da colisatildeo de um feixe primaacuterio (geralmente Cs+) com um alvo soacutelido

Aceleradores ldquotandemrdquo

Neste tipo de acelerador iacuteons positivos deixam a fonte passam por uma troca de

carga (com vapor de Liacutetio ou outro elemento eletropositivo) e satildeo conduzidos com carga

negativa ao tubo acelerador onde satildeo atraiacutedos por um terminal positivo No caso dos iacuteons

produzidos serem originalmente negativos a troca de carga eacute suprimida Junto ao terminal

positivo passam por uma seccedilatildeo contendo um gaacutes ou vapor (N2 no presente caso) ou por uma

folha muito fina de carbono para que os iacuteons emergentes tenham perdido os eleacutetrons Com

carga positiva satildeo novamente acelerados agora por repulsatildeo do terminal Diferenccedilas de

potencial da ordem de vaacuterios milhotildees de volts satildeo obtidas utilizando circuitos multiplicadores

de voltagem que multiplicam e retificam a tensatildeo produzida por um transformador Seguindo

o tubo acelerador geralmente encontra-se um segundo eletroiacutematilde que permite direcionar o

feixe de iacuteons para uma das estaccedilotildees experimentais de acordo com as espeacutecies a serem

detectadas (no presente caso partiacuteculas retroespalhadas)

Detectores de estado soacutelido com junccedilotildees p-n obtidas por implantaccedilatildeo iocircnica

A junccedilatildeo p-n sob polarizaccedilatildeo reversa permite a coleta de cargas geradas na

produccedilatildeo de pares eleacutetron-lacuna Esse fenocircmeno ocorre quando um iacuteon atravessa um

semicondutor excitando eleacutetrons da banda de valecircncia para a banda de conduccedilatildeo que entatildeo

satildeo coletados no acircnodo Dessa forma o nuacutemero de eleacutetrons coletados no acircnodo eacute proporcional

ao nuacutemero de pares de eleacutetron-lacuna produzidos o qual eacute proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo

incidente desde que o iacuteon seja totalmente freado dentro do volume ativo do detector

Analisador multicanal (MCA) no modo de anaacutelise de intensidade de pulso

O MCA consta de uma sequecircncia de registradores onde cada pulso de entrada uma

vez digitalizado por um conversor analoacutegico-digital (ADC) eacute analisado com relaccedilatildeo a sua

amplitude (modo PHA) sob o controle de um discriminador Na sequecircncia o canal de

memoacuteria correspondente tem seu conteuacutedo incrementado em uma unidade Com isso

acumulam-se em um canal especiacutefico todos os pulsos de entrada de um pequeno intervalo de

amplitudes ou energias dos iacuteons incidentes Ao final com a soma dos pulsos recebidos em

cada canal obteacutem-se um histograma do nuacutemero de pulsos em funccedilatildeo de suas amplitudes ou

energias dos iacuteons incidentes

40 METODOLOGIA

41 Amostragem

Amostras de cabelo de 16 pessoas foram coletadas Os doadores foram entrevistados

seguindo o questionaacuterio disponiacutevel no ANEXO I e selecionados de acordo com os seguintes

criteacuterios possuiacuterem cabelos virgens (cabelos sem nenhum tipo de tratamento quiacutemico como

coloraccedilotildees tinturas alisantes entre outros) estarem saudaacuteveis serem natildeo fumantes e viverem

na Regiatildeo Metropolitana do Rio de Janeiro As amostras foram divididas em dois grupos de

oito o primeiro de pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo subterracircneo e o segundo com pessoas

que ingerem a aacutegua tratada e distribuiacuteda pela CEDAE

Foram analisadas amostras de cabelo de duas pessoas que consumiam a aacutegua do

mesmo poccedilo isto eacute duas amostras de cada residecircncia totalizando 4 poccedilos diferentes (a b c

d) na localidade Chaacutecaras Arcampo em Duque de Caxias ndash RJ (Figura 14)

Figura 14 Mapa com os pontos de coleta de amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua

de poccedilo em destaque a localizaccedilatildeo das residecircncias com os poccedilos

Fonte Google Earth Acesso em 30072015

As amostras foram coletadas na regiatildeo occipital da cabeccedila (nuca) como visto na

Figura 15 com o auxiacutelio de uma tesoura de accedilo inoxidaacutevel devidamente limpa com etanol

Essa regiatildeo eacute definida como padratildeo por ser menos suscetiacutevel a contaminaccedilatildeo exoacutegena e

tambeacutem por sempre existir cabelo em indiviacuteduos semicalvos [14] Em seguida as amostras

foram catalogadas e armazenadas em sacos plaacutesticos [5] Informaccedilotildees adicionais sobre o sexo

e a idade dos doadores e o tipo e cor das amostras de cabelo coletadas disponiacuteveis no ANEXO

II

Figura 15 Coleta de amostra de cabelo na regiatildeo occipital da cabeccedila

42 Lavagem das Amostras de Cabelo

Todas as amostras foram submetidas a uma sequecircncia de etapas de lavagem de 10

minutos cada utilizando acetona e aacutegua deionizada (Figura 16) Em seguida foram colocadas

para secar agrave temperatura ambiente de acordo com o procedimento recomendado pela Agecircncia

Internacional de Energia Atocircmica (IAEA) [5]

Figura 16 Lavagem das amostras de cabelo

As amostras analisadas por XRF foram colocadas diretamente no suporte do

equipamento Os fios foram colocados de maneira a se obter a superfiacutecie do porta-amostra

totalmente coberta pelo cabelo a qual em seguida foi coberta por um filme (Ultralenereg 4

microm de espessura) (Figura 17) Para a anaacutelise com o RBS o cabelo foi aderido ao suporte do

porta-amostra com o auxiacutelio de uma fita dupla face de carbono puro (Figura 18)

Figura 17 Amostra de cabelo em porta-amostra do equipamento de Fluorescecircncia de

Raios X

Figura 18 Amostra de cabelo no porta-amostra do equipamento de Espectrometria de

Retroespalhamento Rutherford

43 Paracircmetros Instrumentais

Anaacutelises semiquantitativas de XRF dos elementos presentes no cabelo foram

realizadas no Laboratoacuterio de Impacto de Foacutetons e Eleacutetrons (LIFE) na Universidade Federal do

Rio de Janeiro (UFRJ) Utilizou-se o Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios-X S8 TIGER

ndash BRUKER (Figura 19) na faixa de energia de 05 a 56 keV acircnodo de Rh trabalhando com 1

kW de potecircncia com uma janela de Be de 76 microm atraveacutes do software Quant-Express no

meacutetodo Best Detection O tempo de aquisiccedilatildeo para cada amostra foi de aproximadamente 20

minutos

Os dados por RBS foram realizados no Laboratoacuterio de Implantaccedilatildeo Iocircnica na

Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) Utilizou-se um acelerador de iacuteons

Tandetron - HVEE 3 MV (Figura 20) usando 2000 keV de iacuteons He+ incidentes e detecccedilatildeo de

partiacuteculas retroespalhadas a 165deg

Figura 19 Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X - S8 TIGER - BRUKER

Figura 20 Acelerador de iacuteons Tandetron - HVEE 3 MV onde foi feita a anaacutelise por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford

50 RESULTADOS E DISCUSSOtildeES

51 Anaacutelise por XRF

O espectro completo de XRF da amostra 2 referente ao cabelo de uma pessoa que

ingere aacutegua de poccedilo eacute mostrado na Figura 21 conforme obtido diretamente do equipamento

Eacute possiacutevel identificar as linhas de excitaccedilatildeo do Rh e as linhas de espalhamento Compton e

Rayleigh Os espectros ampliados somente na regiatildeo de interesse com as linhas de

fluorescecircncia Kα e Kβ atribuiacutedas agrave maioria dos elementos (exceto para o chumbo em que se

detectam as linhas Lα e Lβ) e sem as linhas de Rh de todas as amostras analisadas encontram-

se nos ANEXOS III e IV Os elementos analisados e a energia de suas linhas de emissatildeo de

fluorescecircncia Kα e Kβ satildeo apresentados na Tabela 4

Figura 21 Espectro de Fluorescecircncia de Raios X completo da amostra 2

Tabela 4 Energia em keV das principais linhas de emissatildeo de raios x dos elementos

analisados Adaptado de [26]

Os elementos observados e as concentraccedilotildees semiquantitativas das amostras de

cabelo das pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo e das amostras de cabelo das pessoas que

ingerem aacutegua distribuiacuteda pela CEDAE satildeo apresentados respectivamente nas Tabelas 5 e 6

Kα Kβ

Al 1487 1557

Si 1740 1836

P 2014 2139

S 2308 2464

Cl 2622 2816

Ca 3692 4013

Mn 5899 6490

Fe 6404 7058

Cu 8048 8905

Zn 8639 9572

Pb (Linhas Lα e Lβ) 10552 12614

Elementos

Analisados

Energia (keV) das Linhas de

Emissatildeo de Raios X

Tabela 5 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (1 a 8) que

ingerem aacutegua de poccedilo As concentraccedilotildees dos elementos foram normalizadas de modo que a

soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da matriz orgacircnica em conjunto

seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo ldquoa b c drdquo correlacionam a amostra

de cabelo com o poccedilo do qual o indiviacuteduo ingere aacutegua

1 2 3 4 5 6 7 8

Al 002 003 003 34 ppm natildeo det 006 natildeo det 001

Si 001 54 ppm 006 46 ppm 005 002 002 54 ppm

P 003 003 54 ppm 002 001 46 ppm natildeo det 004

S 117 071 115 118 166 135 151 098

Cl 003 65 ppm 002 002 natildeo det 003 natildeo det 61 ppm

Ca 003 003 80 ppm 002 004 002 008 008

Mn 73 ppm 78 ppm 58 ppm 10 ppm natildeo det 91 ppm natildeo det 54 ppm

Fe 001 001 92 ppm 29 ppm 38 ppm 001 27 ppm 83 ppm

Cu 44 ppm 41 ppm 46 ppm 31 ppm natildeo det 44 ppm 37 ppm 36 ppm

Zn 77 ppm 002 91 ppm 82 ppm 41 ppm 92 ppm 40 ppm 98 ppm

Pb 10 ppm 9 ppm 12 ppm 10 ppm natildeo det 10 ppm natildeo det 9 ppm

a b c d

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Elementos

Tabela 6 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (9 a 16)

que ingerem aacutegua tratada e distribuiacuteda pela CEDAE As concentraccedilotildees dos elementos foram

normalizadas de modo que a soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da

matriz orgacircnica em conjunto seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo

9 10 11 12 13 14 15 16

Al 001 36 ppm natildeo det 002 61 ppm 90 ppm 002 natildeo det

Si natildeo det 35 ppm natildeo det 40 ppm 79 ppm 60 ppm natildeo det natildeo det

P 003 34 ppm 003 002 natildeo det 46 ppm natildeo det 41 ppm

S 111 106 116 152 136 145 155 128

Cl 52 ppm 001 002 003 004 005 014 009

Ca 006 004 002 002 001 001 001 001

Mn 51 ppm 9 ppm 32 ppm natildeo det 24 ppm 57 ppm natildeo det 30 ppm

Fe 82 ppm 30 ppm 57 ppm 56 ppm 59 ppm 90 ppm 52 ppm 54 ppm

Cu 31 ppm 51 ppm 28 ppm 27 ppm 31 ppm 44 ppm 14 ppm 29 ppm

Zn 001 001 92 ppm 86 ppm 001 001 42 ppm 001

Pb natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det

Elementos

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

Na anaacutelise semiquantitativa por XRF pode-se verificar a presenccedila de elevadas

concentraccedilotildees de enxofre o que jaacute era esperado visto que este elemento faz parte da estrutura

da cisteiacutena o aminoaacutecido em maior quantidade na composiccedilatildeo do cabelo

Os elementos Ca Zn e Fe foram detectados em todas as amostras dos dois grupos O

Ca aparece na maior parte das amostras em concentraccedilotildees da ordem de enquanto que o Zn

e o Fe da ordem de ppm Os elementos Al P Mn Cl Si e Cu aparecem na maioria das

amostras em ambos os grupos No entanto o Pb foi observado em concentraccedilotildees da ordem de

ppm somente em amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo

Para as amostras 5 7 e 15 utilizou-se um porta amostra com maacutescara de 8 mm de

diacircmetro ao inveacutes da maacutescara de 34 mm utilizada para as outras amostras devido a pouca

quantidade de cabelo coletado Agrave vantagem de poder utilizar menos amostra com a maacutescara

de 8 mm contrapotildee-se um aumento do ruiacutedo de fundo e a consequente perda da sensibilidade

na anaacutelise Tal fato pode provavelmente justificar a quantidade menor de elementos

observados nessas amostras em comparaccedilatildeo com as demais incluindo a ausecircncia do elemento

chumbo nas amostras 5 e 7 jaacute que o mesmo aparece nas amostras 6 e 8 das pessoas que

bebem a mesma aacutegua dos poccedilos c e d respectivamente

52 Anaacutelise por RBS

Apresenta-se na Figura 22 o espectro de RBS da amostra 2 adquirido durante 8

horas de anaacutelise e apoacutes tratamento dos dados atraveacutes do programa computacional OriginPro 8

Duas ampliaccedilotildees (I e II) nas regiotildees de mais alta energia satildeo apresentadas nas Figuras 23 e

24 Observou-se a presenccedila dos elementos C N O Si S Cl Ti Cu Zn e Pb

As energias dos iacuteons He+ retroespalhados a partir da interaccedilatildeo com os nuacutecleos de Pb

e Hg satildeo muito proacuteximas tornando difiacutecil a resoluccedilatildeo dos sinais No entanto o Hg natildeo foi

observado em nenhuma das amostras por XRF enquanto o Pb pode ser detectado claramente

Conclui-se portanto que o degrau no espectro eacute correspondente ao Pb

Utilizando-se o caacutelculo da seccedilatildeo de choque de espalhamento Rutherford foi possiacutevel

obter uma anaacutelise quantitativa relativa da amostra 2 Para isso foi escolhido o enxofre como

elemento padratildeo devido ao fato do S estar presente em todas as amostras de cabelo e ser

facilmente detectaacutevel por ambas as teacutecnicas Para cada aacutetomo de S na amostra de cabelo as

seguintes proporccedilotildees atocircmicas foram obtidas 115 x 102 C 274 x 10

1 N 157 x 10

1 O 479 x

10-1

Si 641 x 10-1

Cl 454 x 10-2

Ti 162 x 10-2

Cu 265 x 10-2

Zn e 504 x 10-4

Pb

Figura 22 Espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da amostra 2

(grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 23 Ampliaccedilatildeo I do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 24 Ampliaccedilatildeo II do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

60 CONCLUSOtildeES

As teacutecnicas de XRF e RBS mostraram-se eficientes e complementares na

determinaccedilatildeo de vaacuterios elementos presentes em amostras de cabelo humano Atraveacutes das duas

teacutecnicas foi possiacutevel detectar de forma semiquantitativa a presenccedila de elementos desde o Al

ateacute o Pb Por RBS tambeacutem foram detectados elementos mais leves como C N e O A

utilizaccedilatildeo conjunta das duas teacutecnicas permitiu a identificaccedilatildeo inequiacutevoca de Pb no espectro de

RBS

Eacute evidente que as concentraccedilotildees dos elementos nas amostras de cabelo dependem de

diversos fatores tais como o tipo de alimentaccedilatildeo idade sexo ambiente em que o indiviacuteduo

vive e podem ser provenientes de meios exoacutegenos e endoacutegenos Entretanto considerando o

natildeo aparecimento do Pb em nenhuma das amostras de cabelo das pessoas que ingerem aacutegua

distribuiacuteda pela CEDAE aleacutem das anaacutelises preacutevias da aacutegua dos poccedilos da aacuterea em estudo eacute

possiacutevel afirmar que existe uma elevada possibilidade da aacutegua de poccedilo estaacute atuando como

uma fonte de contaminaccedilatildeo de Pb para as pessoas Como o Pb eacute um elemento toacutexico com

propriedade de bioacumulaccedilatildeo sua presenccedila pode gerar danos irreversiacuteveis aos organismos

vivos

70 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS

Como sugestotildees deste estudo podemos indicar

Realizar uma anaacutelise quantitativa de um nuacutemero mais amplo de amostras

Efetuar uma comparaccedilatildeo com materiais de referecircncia certificados a fim de

determinar com um grau de confiabilidade mais elevado se as quantidades de

chumbo detectadas nas amostras de cabelo estatildeo acima do intervalo de valores

considerados aceitaacuteveis

80 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

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Paraiacuteba do Sul Paraibuna chega ao volume morto pela primeira vez Jornal O Globo 22

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paraiba-do-sul-paraibuna-chega-ao-volume-morto-pela-primeira-vez-gt Acesso em 30 de

julho de 2015

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raios-x PUC-Rio ndash Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em

lthttpwwwmaxwellvracpuc-riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 30 de julho de 2015

[21] TASCH P DAMIANI F OLIVEIRA L C M IE - 607A Teacutecnicas de anaacutelise e

caracterizaccedilatildeo de materiais Universidade Estadual de Campinas ndash UNICAMP Campinas

2000

[22] FILHO V F N Teacutecnicas analiacuteticas nucleares de Fluorescecircncia de Raios ndashX por

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ndash USP Satildeo Paulo 1999

[23] PERDONAacute C R Introduccedilatildeo a espectrometria de Fluorescecircncia de Raios-X Manual

Teacutecnico ndash BRUKER 2014

[24] O espectrocircmetro de fluorescecircncia de raios-x Thermo ARL 9900 PUC-Rio ndash

Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em lthttpwwwmaxwellvracpuc-

riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 08 de agosto de 2015

[25] KRUG C Superfiacutecies porosas recobertas com metalocenos anaacutelise multivariada

envolvendo caracterizaccedilatildeo com feixe de iacuteons Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Fiacutesica Instituto

de Fiacutesica Universidade Federal do Rio Grande do Sul ndash UFRGS Porto Alegre 2000

[26] TABACNIKS M H Anaacutelise de filmes finos por PIXE e RBS Instituto de Fiacutesica da

Universidade de Satildeo Paulo Disponiacutevel em ltwww2ifuspbr~lamfipixeamprbspdfgt Acesso

em julho de 2015

[27] ALMEIDA C R Efeito de tratamentos teacutermico e quiacutemico de aerogeacuteis de oacutexido de

estanho Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Engenharia Eleacutetrica Universidade Federal de Santa

Catarina Florianoacutepolis 2013

[28] ATTWOOD D T HENKE B L et al X-Ray Data Booklet Lawrence Berkeley

Laboratory University of California Berkeley California 1986

ANEXO I

MODELO DO QUESTIONAacuteRIO PREENCHIDO ANTES DA COLETA DAS AMOSTRAS

DE CABELO

Coacutedigo da amostra

Nome

Idade (anos)

Endereccedilo

Fuma Sim ( ) Natildeo ( )

Ingere aacutegua de que tipo (poccedilo CEDAE) Poccedilo ( ) CEDAE ( )

Fez algum tipo de tratamento quiacutemico no cabelo

(coloraccedilatildeo alisamento etc)Sim ( ) Natildeo ( )

Qual Quando foi a uacuteltima vez

Esteve bem de sauacutede nos uacuteltimos 6 meses Sim ( ) Natildeo ( )

Data da coleta

Responsaacutevel pela coleta

COLETA DE AMOSTRA DE CABELO

ANEXO II

INFORMACcedilOtildeES ADICIONAIS SOBRE OS DOADORES E AS AMOSTRAS DE

CABELO COLETADAS

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

1 Feminino 62 Cacheado Castanho Escuro

2 Feminino 27 Cacheado Castanho Escuro

3 Feminino 17 Liso Castanho Escuro

4 Feminino 10 Cacheado Castanho Escuro

5 Feminino 58 Liso Castanho Escuro

6 Feminino 7 Cacheado Castanho Escuro

7 Masculino 17 Liso Castanho Claro

8 Feminino 39 Liso Castanho Escuro

Pessoas que Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

9 Feminino 41 Cacheado Castanho Escuro

10 Feminino 17 Ondulado Castanho Claro

11 Masculino 1 Cacheado Castanho Escuro

12 Feminino 11 Liso Castanho Escuro

13 Masculino 21 Liso Castanho Escuro

14 Masculino 42 Cacheado Preto

15 Masculino 6 Liso Preto

16 Masculino 14 Liso Preto

Pessoas que Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

ANEXO III

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DE POCcedilO (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 1

Amostra 2

Amostra 3

Amostra 4

Amostra 5

Amostra 6

Amostra 7

Amostra 8

ANEXO IV

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DISTRIBUIacuteDA PELA CEDAE (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 9

Amostra 10

Amostra 11

Amostra 12

Amostra 13

Amostra 14

Amostra 15

Amostra 16

Page 39: Dissertação Priscilla Velasco da Paixão

(119889120590

119889120570)119861

(119889120590

119889120570)119860

= Ji (Eq 10)

119873119860119860119861(119909)

119873119861119860119861(119909)

= 119867119860119860119861

119867119861119860119861 119869119894 (Eq 11)

37 Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford - Instrumentaccedilatildeo

Na Figura 13 pode ser observado um esquema com os principais componentes da

instrumentaccedilatildeo utilizada em anaacutelises por RBS que seratildeo descritos em seguida de acordo com

o equipamento utilizado para a realizaccedilatildeo deste trabalho e com informaccedilotildees obtidas na

referecircncia [25]

Figura 13 Esquema dos componentes presentes na instrumentaccedilatildeo utilizada em anaacutelises por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford Fonte Adaptado de [25]

O Laboratoacuterio de Implantaccedilatildeo Iocircnica da Universidade Federal do Rio Grande do Sul

possui um acelerador Tandetron equipado com fontes de iacuteons dos tipos sputtering e de

plasma com tecnologia ldquotandemrdquo com 3MV de tensatildeo maacutexima no terminal e cinco estaccedilotildees

experimentais de linhas distintas incluindo a de RBS

Fonte de iacuteons

Fonte de Plasma um gaacutes ou um vapor eacute ionizado por meio de campos

eletromagneacuteticos na faixa de radiofrequecircncia ou ao ser atravessado por corrente eleacutetrica

Fonte de ldquoSputteringrdquo os iacuteons satildeo produzidos por transferecircncia de momentum

quando da colisatildeo de um feixe primaacuterio (geralmente Cs+) com um alvo soacutelido

Aceleradores ldquotandemrdquo

Neste tipo de acelerador iacuteons positivos deixam a fonte passam por uma troca de

carga (com vapor de Liacutetio ou outro elemento eletropositivo) e satildeo conduzidos com carga

negativa ao tubo acelerador onde satildeo atraiacutedos por um terminal positivo No caso dos iacuteons

produzidos serem originalmente negativos a troca de carga eacute suprimida Junto ao terminal

positivo passam por uma seccedilatildeo contendo um gaacutes ou vapor (N2 no presente caso) ou por uma

folha muito fina de carbono para que os iacuteons emergentes tenham perdido os eleacutetrons Com

carga positiva satildeo novamente acelerados agora por repulsatildeo do terminal Diferenccedilas de

potencial da ordem de vaacuterios milhotildees de volts satildeo obtidas utilizando circuitos multiplicadores

de voltagem que multiplicam e retificam a tensatildeo produzida por um transformador Seguindo

o tubo acelerador geralmente encontra-se um segundo eletroiacutematilde que permite direcionar o

feixe de iacuteons para uma das estaccedilotildees experimentais de acordo com as espeacutecies a serem

detectadas (no presente caso partiacuteculas retroespalhadas)

Detectores de estado soacutelido com junccedilotildees p-n obtidas por implantaccedilatildeo iocircnica

A junccedilatildeo p-n sob polarizaccedilatildeo reversa permite a coleta de cargas geradas na

produccedilatildeo de pares eleacutetron-lacuna Esse fenocircmeno ocorre quando um iacuteon atravessa um

semicondutor excitando eleacutetrons da banda de valecircncia para a banda de conduccedilatildeo que entatildeo

satildeo coletados no acircnodo Dessa forma o nuacutemero de eleacutetrons coletados no acircnodo eacute proporcional

ao nuacutemero de pares de eleacutetron-lacuna produzidos o qual eacute proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo

incidente desde que o iacuteon seja totalmente freado dentro do volume ativo do detector

Analisador multicanal (MCA) no modo de anaacutelise de intensidade de pulso

O MCA consta de uma sequecircncia de registradores onde cada pulso de entrada uma

vez digitalizado por um conversor analoacutegico-digital (ADC) eacute analisado com relaccedilatildeo a sua

amplitude (modo PHA) sob o controle de um discriminador Na sequecircncia o canal de

memoacuteria correspondente tem seu conteuacutedo incrementado em uma unidade Com isso

acumulam-se em um canal especiacutefico todos os pulsos de entrada de um pequeno intervalo de

amplitudes ou energias dos iacuteons incidentes Ao final com a soma dos pulsos recebidos em

cada canal obteacutem-se um histograma do nuacutemero de pulsos em funccedilatildeo de suas amplitudes ou

energias dos iacuteons incidentes

40 METODOLOGIA

41 Amostragem

Amostras de cabelo de 16 pessoas foram coletadas Os doadores foram entrevistados

seguindo o questionaacuterio disponiacutevel no ANEXO I e selecionados de acordo com os seguintes

criteacuterios possuiacuterem cabelos virgens (cabelos sem nenhum tipo de tratamento quiacutemico como

coloraccedilotildees tinturas alisantes entre outros) estarem saudaacuteveis serem natildeo fumantes e viverem

na Regiatildeo Metropolitana do Rio de Janeiro As amostras foram divididas em dois grupos de

oito o primeiro de pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo subterracircneo e o segundo com pessoas

que ingerem a aacutegua tratada e distribuiacuteda pela CEDAE

Foram analisadas amostras de cabelo de duas pessoas que consumiam a aacutegua do

mesmo poccedilo isto eacute duas amostras de cada residecircncia totalizando 4 poccedilos diferentes (a b c

d) na localidade Chaacutecaras Arcampo em Duque de Caxias ndash RJ (Figura 14)

Figura 14 Mapa com os pontos de coleta de amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua

de poccedilo em destaque a localizaccedilatildeo das residecircncias com os poccedilos

Fonte Google Earth Acesso em 30072015

As amostras foram coletadas na regiatildeo occipital da cabeccedila (nuca) como visto na

Figura 15 com o auxiacutelio de uma tesoura de accedilo inoxidaacutevel devidamente limpa com etanol

Essa regiatildeo eacute definida como padratildeo por ser menos suscetiacutevel a contaminaccedilatildeo exoacutegena e

tambeacutem por sempre existir cabelo em indiviacuteduos semicalvos [14] Em seguida as amostras

foram catalogadas e armazenadas em sacos plaacutesticos [5] Informaccedilotildees adicionais sobre o sexo

e a idade dos doadores e o tipo e cor das amostras de cabelo coletadas disponiacuteveis no ANEXO

II

Figura 15 Coleta de amostra de cabelo na regiatildeo occipital da cabeccedila

42 Lavagem das Amostras de Cabelo

Todas as amostras foram submetidas a uma sequecircncia de etapas de lavagem de 10

minutos cada utilizando acetona e aacutegua deionizada (Figura 16) Em seguida foram colocadas

para secar agrave temperatura ambiente de acordo com o procedimento recomendado pela Agecircncia

Internacional de Energia Atocircmica (IAEA) [5]

Figura 16 Lavagem das amostras de cabelo

As amostras analisadas por XRF foram colocadas diretamente no suporte do

equipamento Os fios foram colocados de maneira a se obter a superfiacutecie do porta-amostra

totalmente coberta pelo cabelo a qual em seguida foi coberta por um filme (Ultralenereg 4

microm de espessura) (Figura 17) Para a anaacutelise com o RBS o cabelo foi aderido ao suporte do

porta-amostra com o auxiacutelio de uma fita dupla face de carbono puro (Figura 18)

Figura 17 Amostra de cabelo em porta-amostra do equipamento de Fluorescecircncia de

Raios X

Figura 18 Amostra de cabelo no porta-amostra do equipamento de Espectrometria de

Retroespalhamento Rutherford

43 Paracircmetros Instrumentais

Anaacutelises semiquantitativas de XRF dos elementos presentes no cabelo foram

realizadas no Laboratoacuterio de Impacto de Foacutetons e Eleacutetrons (LIFE) na Universidade Federal do

Rio de Janeiro (UFRJ) Utilizou-se o Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios-X S8 TIGER

ndash BRUKER (Figura 19) na faixa de energia de 05 a 56 keV acircnodo de Rh trabalhando com 1

kW de potecircncia com uma janela de Be de 76 microm atraveacutes do software Quant-Express no

meacutetodo Best Detection O tempo de aquisiccedilatildeo para cada amostra foi de aproximadamente 20

minutos

Os dados por RBS foram realizados no Laboratoacuterio de Implantaccedilatildeo Iocircnica na

Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) Utilizou-se um acelerador de iacuteons

Tandetron - HVEE 3 MV (Figura 20) usando 2000 keV de iacuteons He+ incidentes e detecccedilatildeo de

partiacuteculas retroespalhadas a 165deg

Figura 19 Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X - S8 TIGER - BRUKER

Figura 20 Acelerador de iacuteons Tandetron - HVEE 3 MV onde foi feita a anaacutelise por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford

50 RESULTADOS E DISCUSSOtildeES

51 Anaacutelise por XRF

O espectro completo de XRF da amostra 2 referente ao cabelo de uma pessoa que

ingere aacutegua de poccedilo eacute mostrado na Figura 21 conforme obtido diretamente do equipamento

Eacute possiacutevel identificar as linhas de excitaccedilatildeo do Rh e as linhas de espalhamento Compton e

Rayleigh Os espectros ampliados somente na regiatildeo de interesse com as linhas de

fluorescecircncia Kα e Kβ atribuiacutedas agrave maioria dos elementos (exceto para o chumbo em que se

detectam as linhas Lα e Lβ) e sem as linhas de Rh de todas as amostras analisadas encontram-

se nos ANEXOS III e IV Os elementos analisados e a energia de suas linhas de emissatildeo de

fluorescecircncia Kα e Kβ satildeo apresentados na Tabela 4

Figura 21 Espectro de Fluorescecircncia de Raios X completo da amostra 2

Tabela 4 Energia em keV das principais linhas de emissatildeo de raios x dos elementos

analisados Adaptado de [26]

Os elementos observados e as concentraccedilotildees semiquantitativas das amostras de

cabelo das pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo e das amostras de cabelo das pessoas que

ingerem aacutegua distribuiacuteda pela CEDAE satildeo apresentados respectivamente nas Tabelas 5 e 6

Kα Kβ

Al 1487 1557

Si 1740 1836

P 2014 2139

S 2308 2464

Cl 2622 2816

Ca 3692 4013

Mn 5899 6490

Fe 6404 7058

Cu 8048 8905

Zn 8639 9572

Pb (Linhas Lα e Lβ) 10552 12614

Elementos

Analisados

Energia (keV) das Linhas de

Emissatildeo de Raios X

Tabela 5 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (1 a 8) que

ingerem aacutegua de poccedilo As concentraccedilotildees dos elementos foram normalizadas de modo que a

soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da matriz orgacircnica em conjunto

seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo ldquoa b c drdquo correlacionam a amostra

de cabelo com o poccedilo do qual o indiviacuteduo ingere aacutegua

1 2 3 4 5 6 7 8

Al 002 003 003 34 ppm natildeo det 006 natildeo det 001

Si 001 54 ppm 006 46 ppm 005 002 002 54 ppm

P 003 003 54 ppm 002 001 46 ppm natildeo det 004

S 117 071 115 118 166 135 151 098

Cl 003 65 ppm 002 002 natildeo det 003 natildeo det 61 ppm

Ca 003 003 80 ppm 002 004 002 008 008

Mn 73 ppm 78 ppm 58 ppm 10 ppm natildeo det 91 ppm natildeo det 54 ppm

Fe 001 001 92 ppm 29 ppm 38 ppm 001 27 ppm 83 ppm

Cu 44 ppm 41 ppm 46 ppm 31 ppm natildeo det 44 ppm 37 ppm 36 ppm

Zn 77 ppm 002 91 ppm 82 ppm 41 ppm 92 ppm 40 ppm 98 ppm

Pb 10 ppm 9 ppm 12 ppm 10 ppm natildeo det 10 ppm natildeo det 9 ppm

a b c d

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Elementos

Tabela 6 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (9 a 16)

que ingerem aacutegua tratada e distribuiacuteda pela CEDAE As concentraccedilotildees dos elementos foram

normalizadas de modo que a soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da

matriz orgacircnica em conjunto seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo

9 10 11 12 13 14 15 16

Al 001 36 ppm natildeo det 002 61 ppm 90 ppm 002 natildeo det

Si natildeo det 35 ppm natildeo det 40 ppm 79 ppm 60 ppm natildeo det natildeo det

P 003 34 ppm 003 002 natildeo det 46 ppm natildeo det 41 ppm

S 111 106 116 152 136 145 155 128

Cl 52 ppm 001 002 003 004 005 014 009

Ca 006 004 002 002 001 001 001 001

Mn 51 ppm 9 ppm 32 ppm natildeo det 24 ppm 57 ppm natildeo det 30 ppm

Fe 82 ppm 30 ppm 57 ppm 56 ppm 59 ppm 90 ppm 52 ppm 54 ppm

Cu 31 ppm 51 ppm 28 ppm 27 ppm 31 ppm 44 ppm 14 ppm 29 ppm

Zn 001 001 92 ppm 86 ppm 001 001 42 ppm 001

Pb natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det

Elementos

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

Na anaacutelise semiquantitativa por XRF pode-se verificar a presenccedila de elevadas

concentraccedilotildees de enxofre o que jaacute era esperado visto que este elemento faz parte da estrutura

da cisteiacutena o aminoaacutecido em maior quantidade na composiccedilatildeo do cabelo

Os elementos Ca Zn e Fe foram detectados em todas as amostras dos dois grupos O

Ca aparece na maior parte das amostras em concentraccedilotildees da ordem de enquanto que o Zn

e o Fe da ordem de ppm Os elementos Al P Mn Cl Si e Cu aparecem na maioria das

amostras em ambos os grupos No entanto o Pb foi observado em concentraccedilotildees da ordem de

ppm somente em amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo

Para as amostras 5 7 e 15 utilizou-se um porta amostra com maacutescara de 8 mm de

diacircmetro ao inveacutes da maacutescara de 34 mm utilizada para as outras amostras devido a pouca

quantidade de cabelo coletado Agrave vantagem de poder utilizar menos amostra com a maacutescara

de 8 mm contrapotildee-se um aumento do ruiacutedo de fundo e a consequente perda da sensibilidade

na anaacutelise Tal fato pode provavelmente justificar a quantidade menor de elementos

observados nessas amostras em comparaccedilatildeo com as demais incluindo a ausecircncia do elemento

chumbo nas amostras 5 e 7 jaacute que o mesmo aparece nas amostras 6 e 8 das pessoas que

bebem a mesma aacutegua dos poccedilos c e d respectivamente

52 Anaacutelise por RBS

Apresenta-se na Figura 22 o espectro de RBS da amostra 2 adquirido durante 8

horas de anaacutelise e apoacutes tratamento dos dados atraveacutes do programa computacional OriginPro 8

Duas ampliaccedilotildees (I e II) nas regiotildees de mais alta energia satildeo apresentadas nas Figuras 23 e

24 Observou-se a presenccedila dos elementos C N O Si S Cl Ti Cu Zn e Pb

As energias dos iacuteons He+ retroespalhados a partir da interaccedilatildeo com os nuacutecleos de Pb

e Hg satildeo muito proacuteximas tornando difiacutecil a resoluccedilatildeo dos sinais No entanto o Hg natildeo foi

observado em nenhuma das amostras por XRF enquanto o Pb pode ser detectado claramente

Conclui-se portanto que o degrau no espectro eacute correspondente ao Pb

Utilizando-se o caacutelculo da seccedilatildeo de choque de espalhamento Rutherford foi possiacutevel

obter uma anaacutelise quantitativa relativa da amostra 2 Para isso foi escolhido o enxofre como

elemento padratildeo devido ao fato do S estar presente em todas as amostras de cabelo e ser

facilmente detectaacutevel por ambas as teacutecnicas Para cada aacutetomo de S na amostra de cabelo as

seguintes proporccedilotildees atocircmicas foram obtidas 115 x 102 C 274 x 10

1 N 157 x 10

1 O 479 x

10-1

Si 641 x 10-1

Cl 454 x 10-2

Ti 162 x 10-2

Cu 265 x 10-2

Zn e 504 x 10-4

Pb

Figura 22 Espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da amostra 2

(grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 23 Ampliaccedilatildeo I do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 24 Ampliaccedilatildeo II do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

60 CONCLUSOtildeES

As teacutecnicas de XRF e RBS mostraram-se eficientes e complementares na

determinaccedilatildeo de vaacuterios elementos presentes em amostras de cabelo humano Atraveacutes das duas

teacutecnicas foi possiacutevel detectar de forma semiquantitativa a presenccedila de elementos desde o Al

ateacute o Pb Por RBS tambeacutem foram detectados elementos mais leves como C N e O A

utilizaccedilatildeo conjunta das duas teacutecnicas permitiu a identificaccedilatildeo inequiacutevoca de Pb no espectro de

RBS

Eacute evidente que as concentraccedilotildees dos elementos nas amostras de cabelo dependem de

diversos fatores tais como o tipo de alimentaccedilatildeo idade sexo ambiente em que o indiviacuteduo

vive e podem ser provenientes de meios exoacutegenos e endoacutegenos Entretanto considerando o

natildeo aparecimento do Pb em nenhuma das amostras de cabelo das pessoas que ingerem aacutegua

distribuiacuteda pela CEDAE aleacutem das anaacutelises preacutevias da aacutegua dos poccedilos da aacuterea em estudo eacute

possiacutevel afirmar que existe uma elevada possibilidade da aacutegua de poccedilo estaacute atuando como

uma fonte de contaminaccedilatildeo de Pb para as pessoas Como o Pb eacute um elemento toacutexico com

propriedade de bioacumulaccedilatildeo sua presenccedila pode gerar danos irreversiacuteveis aos organismos

vivos

70 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS

Como sugestotildees deste estudo podemos indicar

Realizar uma anaacutelise quantitativa de um nuacutemero mais amplo de amostras

Efetuar uma comparaccedilatildeo com materiais de referecircncia certificados a fim de

determinar com um grau de confiabilidade mais elevado se as quantidades de

chumbo detectadas nas amostras de cabelo estatildeo acima do intervalo de valores

considerados aceitaacuteveis

80 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

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paraiba-do-sul-paraibuna-chega-ao-volume-morto-pela-primeira-vez-gt Acesso em 30 de

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raios-x PUC-Rio ndash Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em

lthttpwwwmaxwellvracpuc-riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 30 de julho de 2015

[21] TASCH P DAMIANI F OLIVEIRA L C M IE - 607A Teacutecnicas de anaacutelise e

caracterizaccedilatildeo de materiais Universidade Estadual de Campinas ndash UNICAMP Campinas

2000

[22] FILHO V F N Teacutecnicas analiacuteticas nucleares de Fluorescecircncia de Raios ndashX por

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ndash USP Satildeo Paulo 1999

[23] PERDONAacute C R Introduccedilatildeo a espectrometria de Fluorescecircncia de Raios-X Manual

Teacutecnico ndash BRUKER 2014

[24] O espectrocircmetro de fluorescecircncia de raios-x Thermo ARL 9900 PUC-Rio ndash

Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em lthttpwwwmaxwellvracpuc-

riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 08 de agosto de 2015

[25] KRUG C Superfiacutecies porosas recobertas com metalocenos anaacutelise multivariada

envolvendo caracterizaccedilatildeo com feixe de iacuteons Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Fiacutesica Instituto

de Fiacutesica Universidade Federal do Rio Grande do Sul ndash UFRGS Porto Alegre 2000

[26] TABACNIKS M H Anaacutelise de filmes finos por PIXE e RBS Instituto de Fiacutesica da

Universidade de Satildeo Paulo Disponiacutevel em ltwww2ifuspbr~lamfipixeamprbspdfgt Acesso

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Catarina Florianoacutepolis 2013

[28] ATTWOOD D T HENKE B L et al X-Ray Data Booklet Lawrence Berkeley

Laboratory University of California Berkeley California 1986

ANEXO I

MODELO DO QUESTIONAacuteRIO PREENCHIDO ANTES DA COLETA DAS AMOSTRAS

DE CABELO

Coacutedigo da amostra

Nome

Idade (anos)

Endereccedilo

Fuma Sim ( ) Natildeo ( )

Ingere aacutegua de que tipo (poccedilo CEDAE) Poccedilo ( ) CEDAE ( )

Fez algum tipo de tratamento quiacutemico no cabelo

(coloraccedilatildeo alisamento etc)Sim ( ) Natildeo ( )

Qual Quando foi a uacuteltima vez

Esteve bem de sauacutede nos uacuteltimos 6 meses Sim ( ) Natildeo ( )

Data da coleta

Responsaacutevel pela coleta

COLETA DE AMOSTRA DE CABELO

ANEXO II

INFORMACcedilOtildeES ADICIONAIS SOBRE OS DOADORES E AS AMOSTRAS DE

CABELO COLETADAS

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

1 Feminino 62 Cacheado Castanho Escuro

2 Feminino 27 Cacheado Castanho Escuro

3 Feminino 17 Liso Castanho Escuro

4 Feminino 10 Cacheado Castanho Escuro

5 Feminino 58 Liso Castanho Escuro

6 Feminino 7 Cacheado Castanho Escuro

7 Masculino 17 Liso Castanho Claro

8 Feminino 39 Liso Castanho Escuro

Pessoas que Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

9 Feminino 41 Cacheado Castanho Escuro

10 Feminino 17 Ondulado Castanho Claro

11 Masculino 1 Cacheado Castanho Escuro

12 Feminino 11 Liso Castanho Escuro

13 Masculino 21 Liso Castanho Escuro

14 Masculino 42 Cacheado Preto

15 Masculino 6 Liso Preto

16 Masculino 14 Liso Preto

Pessoas que Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

ANEXO III

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DE POCcedilO (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 1

Amostra 2

Amostra 3

Amostra 4

Amostra 5

Amostra 6

Amostra 7

Amostra 8

ANEXO IV

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DISTRIBUIacuteDA PELA CEDAE (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 9

Amostra 10

Amostra 11

Amostra 12

Amostra 13

Amostra 14

Amostra 15

Amostra 16

Page 40: Dissertação Priscilla Velasco da Paixão

Aceleradores ldquotandemrdquo

Neste tipo de acelerador iacuteons positivos deixam a fonte passam por uma troca de

carga (com vapor de Liacutetio ou outro elemento eletropositivo) e satildeo conduzidos com carga

negativa ao tubo acelerador onde satildeo atraiacutedos por um terminal positivo No caso dos iacuteons

produzidos serem originalmente negativos a troca de carga eacute suprimida Junto ao terminal

positivo passam por uma seccedilatildeo contendo um gaacutes ou vapor (N2 no presente caso) ou por uma

folha muito fina de carbono para que os iacuteons emergentes tenham perdido os eleacutetrons Com

carga positiva satildeo novamente acelerados agora por repulsatildeo do terminal Diferenccedilas de

potencial da ordem de vaacuterios milhotildees de volts satildeo obtidas utilizando circuitos multiplicadores

de voltagem que multiplicam e retificam a tensatildeo produzida por um transformador Seguindo

o tubo acelerador geralmente encontra-se um segundo eletroiacutematilde que permite direcionar o

feixe de iacuteons para uma das estaccedilotildees experimentais de acordo com as espeacutecies a serem

detectadas (no presente caso partiacuteculas retroespalhadas)

Detectores de estado soacutelido com junccedilotildees p-n obtidas por implantaccedilatildeo iocircnica

A junccedilatildeo p-n sob polarizaccedilatildeo reversa permite a coleta de cargas geradas na

produccedilatildeo de pares eleacutetron-lacuna Esse fenocircmeno ocorre quando um iacuteon atravessa um

semicondutor excitando eleacutetrons da banda de valecircncia para a banda de conduccedilatildeo que entatildeo

satildeo coletados no acircnodo Dessa forma o nuacutemero de eleacutetrons coletados no acircnodo eacute proporcional

ao nuacutemero de pares de eleacutetron-lacuna produzidos o qual eacute proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo

incidente desde que o iacuteon seja totalmente freado dentro do volume ativo do detector

Analisador multicanal (MCA) no modo de anaacutelise de intensidade de pulso

O MCA consta de uma sequecircncia de registradores onde cada pulso de entrada uma

vez digitalizado por um conversor analoacutegico-digital (ADC) eacute analisado com relaccedilatildeo a sua

amplitude (modo PHA) sob o controle de um discriminador Na sequecircncia o canal de

memoacuteria correspondente tem seu conteuacutedo incrementado em uma unidade Com isso

acumulam-se em um canal especiacutefico todos os pulsos de entrada de um pequeno intervalo de

amplitudes ou energias dos iacuteons incidentes Ao final com a soma dos pulsos recebidos em

cada canal obteacutem-se um histograma do nuacutemero de pulsos em funccedilatildeo de suas amplitudes ou

energias dos iacuteons incidentes

40 METODOLOGIA

41 Amostragem

Amostras de cabelo de 16 pessoas foram coletadas Os doadores foram entrevistados

seguindo o questionaacuterio disponiacutevel no ANEXO I e selecionados de acordo com os seguintes

criteacuterios possuiacuterem cabelos virgens (cabelos sem nenhum tipo de tratamento quiacutemico como

coloraccedilotildees tinturas alisantes entre outros) estarem saudaacuteveis serem natildeo fumantes e viverem

na Regiatildeo Metropolitana do Rio de Janeiro As amostras foram divididas em dois grupos de

oito o primeiro de pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo subterracircneo e o segundo com pessoas

que ingerem a aacutegua tratada e distribuiacuteda pela CEDAE

Foram analisadas amostras de cabelo de duas pessoas que consumiam a aacutegua do

mesmo poccedilo isto eacute duas amostras de cada residecircncia totalizando 4 poccedilos diferentes (a b c

d) na localidade Chaacutecaras Arcampo em Duque de Caxias ndash RJ (Figura 14)

Figura 14 Mapa com os pontos de coleta de amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua

de poccedilo em destaque a localizaccedilatildeo das residecircncias com os poccedilos

Fonte Google Earth Acesso em 30072015

As amostras foram coletadas na regiatildeo occipital da cabeccedila (nuca) como visto na

Figura 15 com o auxiacutelio de uma tesoura de accedilo inoxidaacutevel devidamente limpa com etanol

Essa regiatildeo eacute definida como padratildeo por ser menos suscetiacutevel a contaminaccedilatildeo exoacutegena e

tambeacutem por sempre existir cabelo em indiviacuteduos semicalvos [14] Em seguida as amostras

foram catalogadas e armazenadas em sacos plaacutesticos [5] Informaccedilotildees adicionais sobre o sexo

e a idade dos doadores e o tipo e cor das amostras de cabelo coletadas disponiacuteveis no ANEXO

II

Figura 15 Coleta de amostra de cabelo na regiatildeo occipital da cabeccedila

42 Lavagem das Amostras de Cabelo

Todas as amostras foram submetidas a uma sequecircncia de etapas de lavagem de 10

minutos cada utilizando acetona e aacutegua deionizada (Figura 16) Em seguida foram colocadas

para secar agrave temperatura ambiente de acordo com o procedimento recomendado pela Agecircncia

Internacional de Energia Atocircmica (IAEA) [5]

Figura 16 Lavagem das amostras de cabelo

As amostras analisadas por XRF foram colocadas diretamente no suporte do

equipamento Os fios foram colocados de maneira a se obter a superfiacutecie do porta-amostra

totalmente coberta pelo cabelo a qual em seguida foi coberta por um filme (Ultralenereg 4

microm de espessura) (Figura 17) Para a anaacutelise com o RBS o cabelo foi aderido ao suporte do

porta-amostra com o auxiacutelio de uma fita dupla face de carbono puro (Figura 18)

Figura 17 Amostra de cabelo em porta-amostra do equipamento de Fluorescecircncia de

Raios X

Figura 18 Amostra de cabelo no porta-amostra do equipamento de Espectrometria de

Retroespalhamento Rutherford

43 Paracircmetros Instrumentais

Anaacutelises semiquantitativas de XRF dos elementos presentes no cabelo foram

realizadas no Laboratoacuterio de Impacto de Foacutetons e Eleacutetrons (LIFE) na Universidade Federal do

Rio de Janeiro (UFRJ) Utilizou-se o Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios-X S8 TIGER

ndash BRUKER (Figura 19) na faixa de energia de 05 a 56 keV acircnodo de Rh trabalhando com 1

kW de potecircncia com uma janela de Be de 76 microm atraveacutes do software Quant-Express no

meacutetodo Best Detection O tempo de aquisiccedilatildeo para cada amostra foi de aproximadamente 20

minutos

Os dados por RBS foram realizados no Laboratoacuterio de Implantaccedilatildeo Iocircnica na

Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) Utilizou-se um acelerador de iacuteons

Tandetron - HVEE 3 MV (Figura 20) usando 2000 keV de iacuteons He+ incidentes e detecccedilatildeo de

partiacuteculas retroespalhadas a 165deg

Figura 19 Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X - S8 TIGER - BRUKER

Figura 20 Acelerador de iacuteons Tandetron - HVEE 3 MV onde foi feita a anaacutelise por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford

50 RESULTADOS E DISCUSSOtildeES

51 Anaacutelise por XRF

O espectro completo de XRF da amostra 2 referente ao cabelo de uma pessoa que

ingere aacutegua de poccedilo eacute mostrado na Figura 21 conforme obtido diretamente do equipamento

Eacute possiacutevel identificar as linhas de excitaccedilatildeo do Rh e as linhas de espalhamento Compton e

Rayleigh Os espectros ampliados somente na regiatildeo de interesse com as linhas de

fluorescecircncia Kα e Kβ atribuiacutedas agrave maioria dos elementos (exceto para o chumbo em que se

detectam as linhas Lα e Lβ) e sem as linhas de Rh de todas as amostras analisadas encontram-

se nos ANEXOS III e IV Os elementos analisados e a energia de suas linhas de emissatildeo de

fluorescecircncia Kα e Kβ satildeo apresentados na Tabela 4

Figura 21 Espectro de Fluorescecircncia de Raios X completo da amostra 2

Tabela 4 Energia em keV das principais linhas de emissatildeo de raios x dos elementos

analisados Adaptado de [26]

Os elementos observados e as concentraccedilotildees semiquantitativas das amostras de

cabelo das pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo e das amostras de cabelo das pessoas que

ingerem aacutegua distribuiacuteda pela CEDAE satildeo apresentados respectivamente nas Tabelas 5 e 6

Kα Kβ

Al 1487 1557

Si 1740 1836

P 2014 2139

S 2308 2464

Cl 2622 2816

Ca 3692 4013

Mn 5899 6490

Fe 6404 7058

Cu 8048 8905

Zn 8639 9572

Pb (Linhas Lα e Lβ) 10552 12614

Elementos

Analisados

Energia (keV) das Linhas de

Emissatildeo de Raios X

Tabela 5 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (1 a 8) que

ingerem aacutegua de poccedilo As concentraccedilotildees dos elementos foram normalizadas de modo que a

soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da matriz orgacircnica em conjunto

seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo ldquoa b c drdquo correlacionam a amostra

de cabelo com o poccedilo do qual o indiviacuteduo ingere aacutegua

1 2 3 4 5 6 7 8

Al 002 003 003 34 ppm natildeo det 006 natildeo det 001

Si 001 54 ppm 006 46 ppm 005 002 002 54 ppm

P 003 003 54 ppm 002 001 46 ppm natildeo det 004

S 117 071 115 118 166 135 151 098

Cl 003 65 ppm 002 002 natildeo det 003 natildeo det 61 ppm

Ca 003 003 80 ppm 002 004 002 008 008

Mn 73 ppm 78 ppm 58 ppm 10 ppm natildeo det 91 ppm natildeo det 54 ppm

Fe 001 001 92 ppm 29 ppm 38 ppm 001 27 ppm 83 ppm

Cu 44 ppm 41 ppm 46 ppm 31 ppm natildeo det 44 ppm 37 ppm 36 ppm

Zn 77 ppm 002 91 ppm 82 ppm 41 ppm 92 ppm 40 ppm 98 ppm

Pb 10 ppm 9 ppm 12 ppm 10 ppm natildeo det 10 ppm natildeo det 9 ppm

a b c d

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Elementos

Tabela 6 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (9 a 16)

que ingerem aacutegua tratada e distribuiacuteda pela CEDAE As concentraccedilotildees dos elementos foram

normalizadas de modo que a soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da

matriz orgacircnica em conjunto seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo

9 10 11 12 13 14 15 16

Al 001 36 ppm natildeo det 002 61 ppm 90 ppm 002 natildeo det

Si natildeo det 35 ppm natildeo det 40 ppm 79 ppm 60 ppm natildeo det natildeo det

P 003 34 ppm 003 002 natildeo det 46 ppm natildeo det 41 ppm

S 111 106 116 152 136 145 155 128

Cl 52 ppm 001 002 003 004 005 014 009

Ca 006 004 002 002 001 001 001 001

Mn 51 ppm 9 ppm 32 ppm natildeo det 24 ppm 57 ppm natildeo det 30 ppm

Fe 82 ppm 30 ppm 57 ppm 56 ppm 59 ppm 90 ppm 52 ppm 54 ppm

Cu 31 ppm 51 ppm 28 ppm 27 ppm 31 ppm 44 ppm 14 ppm 29 ppm

Zn 001 001 92 ppm 86 ppm 001 001 42 ppm 001

Pb natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det

Elementos

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

Na anaacutelise semiquantitativa por XRF pode-se verificar a presenccedila de elevadas

concentraccedilotildees de enxofre o que jaacute era esperado visto que este elemento faz parte da estrutura

da cisteiacutena o aminoaacutecido em maior quantidade na composiccedilatildeo do cabelo

Os elementos Ca Zn e Fe foram detectados em todas as amostras dos dois grupos O

Ca aparece na maior parte das amostras em concentraccedilotildees da ordem de enquanto que o Zn

e o Fe da ordem de ppm Os elementos Al P Mn Cl Si e Cu aparecem na maioria das

amostras em ambos os grupos No entanto o Pb foi observado em concentraccedilotildees da ordem de

ppm somente em amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo

Para as amostras 5 7 e 15 utilizou-se um porta amostra com maacutescara de 8 mm de

diacircmetro ao inveacutes da maacutescara de 34 mm utilizada para as outras amostras devido a pouca

quantidade de cabelo coletado Agrave vantagem de poder utilizar menos amostra com a maacutescara

de 8 mm contrapotildee-se um aumento do ruiacutedo de fundo e a consequente perda da sensibilidade

na anaacutelise Tal fato pode provavelmente justificar a quantidade menor de elementos

observados nessas amostras em comparaccedilatildeo com as demais incluindo a ausecircncia do elemento

chumbo nas amostras 5 e 7 jaacute que o mesmo aparece nas amostras 6 e 8 das pessoas que

bebem a mesma aacutegua dos poccedilos c e d respectivamente

52 Anaacutelise por RBS

Apresenta-se na Figura 22 o espectro de RBS da amostra 2 adquirido durante 8

horas de anaacutelise e apoacutes tratamento dos dados atraveacutes do programa computacional OriginPro 8

Duas ampliaccedilotildees (I e II) nas regiotildees de mais alta energia satildeo apresentadas nas Figuras 23 e

24 Observou-se a presenccedila dos elementos C N O Si S Cl Ti Cu Zn e Pb

As energias dos iacuteons He+ retroespalhados a partir da interaccedilatildeo com os nuacutecleos de Pb

e Hg satildeo muito proacuteximas tornando difiacutecil a resoluccedilatildeo dos sinais No entanto o Hg natildeo foi

observado em nenhuma das amostras por XRF enquanto o Pb pode ser detectado claramente

Conclui-se portanto que o degrau no espectro eacute correspondente ao Pb

Utilizando-se o caacutelculo da seccedilatildeo de choque de espalhamento Rutherford foi possiacutevel

obter uma anaacutelise quantitativa relativa da amostra 2 Para isso foi escolhido o enxofre como

elemento padratildeo devido ao fato do S estar presente em todas as amostras de cabelo e ser

facilmente detectaacutevel por ambas as teacutecnicas Para cada aacutetomo de S na amostra de cabelo as

seguintes proporccedilotildees atocircmicas foram obtidas 115 x 102 C 274 x 10

1 N 157 x 10

1 O 479 x

10-1

Si 641 x 10-1

Cl 454 x 10-2

Ti 162 x 10-2

Cu 265 x 10-2

Zn e 504 x 10-4

Pb

Figura 22 Espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da amostra 2

(grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 23 Ampliaccedilatildeo I do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 24 Ampliaccedilatildeo II do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

60 CONCLUSOtildeES

As teacutecnicas de XRF e RBS mostraram-se eficientes e complementares na

determinaccedilatildeo de vaacuterios elementos presentes em amostras de cabelo humano Atraveacutes das duas

teacutecnicas foi possiacutevel detectar de forma semiquantitativa a presenccedila de elementos desde o Al

ateacute o Pb Por RBS tambeacutem foram detectados elementos mais leves como C N e O A

utilizaccedilatildeo conjunta das duas teacutecnicas permitiu a identificaccedilatildeo inequiacutevoca de Pb no espectro de

RBS

Eacute evidente que as concentraccedilotildees dos elementos nas amostras de cabelo dependem de

diversos fatores tais como o tipo de alimentaccedilatildeo idade sexo ambiente em que o indiviacuteduo

vive e podem ser provenientes de meios exoacutegenos e endoacutegenos Entretanto considerando o

natildeo aparecimento do Pb em nenhuma das amostras de cabelo das pessoas que ingerem aacutegua

distribuiacuteda pela CEDAE aleacutem das anaacutelises preacutevias da aacutegua dos poccedilos da aacuterea em estudo eacute

possiacutevel afirmar que existe uma elevada possibilidade da aacutegua de poccedilo estaacute atuando como

uma fonte de contaminaccedilatildeo de Pb para as pessoas Como o Pb eacute um elemento toacutexico com

propriedade de bioacumulaccedilatildeo sua presenccedila pode gerar danos irreversiacuteveis aos organismos

vivos

70 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS

Como sugestotildees deste estudo podemos indicar

Realizar uma anaacutelise quantitativa de um nuacutemero mais amplo de amostras

Efetuar uma comparaccedilatildeo com materiais de referecircncia certificados a fim de

determinar com um grau de confiabilidade mais elevado se as quantidades de

chumbo detectadas nas amostras de cabelo estatildeo acima do intervalo de valores

considerados aceitaacuteveis

80 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

[1] POZEBON D DRESSLER V L CURTIUS A J Anaacutelise de cabelo uma revisatildeo

dos procedimentos para a determinaccedilatildeo de elementos traccedilo e aplicaccedilotildees Quiacutem Nova

1999 22 (6) 838-846

[2] FRAZAtildeO S V Estudo da determinaccedilatildeo de elementos traccedilo em cabelos humanos

pelo meacutetodo de anaacutelise por ativaccedilatildeo de necircutrons Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Ciecircncias na

Aacuterea de Tecnologia Nuclear ndash Aplicaccedilotildees Instituto de Pesquisas Energeacuteticas e Nucleares ndash

Universidade de Satildeo Paulo - USP Satildeo Paulo 2008

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Reference intervals for minor and trace elements in human hair for the population of

Rio de Janeiro city Brazil Quiacutem Nova 2002 25 (1) 37-45

[4] KEMPSON I M SKINNER W M KIRKBRIDE K P The ocurrence and

incorporation of copper and zinc in hair and their potential role as bioindicators a

review Journal of Toxicology and Environmental Health 2007 B 10 611-622

[5] CORTES-TORO E DE GOEIJ J J M BASCO J CHENG Y KINOVA L

MATSUBARA J NIESE S SATP T WESENBERG G R MURAMATSU Y PARR

R M The significance of hair mineral analysis as a means for assessing internal body

burdens of environmental pollutants results from an IAEA co-ordinated research

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[6] CLAYTON E WOOLER K K Sample preparation and system calibration for

Proton-Induced X-ray Emission analysis of hair from occupationally exposed workers

Anal Chem198557 1075-1079

[7] MIEKELEY N CARNEIRO M T W D SILVEIRA C L P How reliable are

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1998 218 9-17

[8] MIEKELEY N FORTES L M C SILVEIRA C L P LIMA M B Elemental

anomalies in hair as indicators of endocrinologic pathologies and deficiencies in calcium

and bone metabolism Journal of Trace Elements in Medicine and Biology 2001 15 46-55

[9] TORIBARA T Y JACKSON D A FRENCH W R THOMPSON A C

JACKLEVIC J M Nondestructive X-Ray Fluorescence Spectrometry for determination

of trace elements along a single strand of hair Anal Chem 1982 54 1844-1849

[10] KHUDER A BAKIR M A HASAN R MOHAMMAD A Determination of

nickel cuper zinc and lead in human scalp hair in Syrian occupationally exposed

workers by total reflection X-Ray Fluorescence Environ Monit Assess 2008 143 67-74

[11] BARANOWSKA I BARCHANSKI L BAK M SMOLEC B MZYK Z X-Ray

Fluorescence Spectrometry in multielemental analysis of hair and teeth Polish Journal of

Environmental Studies 2004 13 (6) 639-646

[12] WATT F LANDSBERG J P Nuclear microscopy biomedical applications

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research 1993 B 77 249-260

[13] PAIXAtildeO P V GOMES L M B Anaacutelise de aacutegua de poccedilos subterracircneos na

localidade Chaacutecaras Arcampo em Duque de Caxias ndash RJ Relatoacuterio Final de Estaacutegio

Iniciaccedilatildeo Cientiacutefica Instituto de Quiacutemica ndash Universidade Federal do Rio de Janeiro ndash UFRJ

Rio de Janeiro 2012

[14] ANUNCIACcedilAtildeO D L R Anaacutelise de elementos maiores menores e traccedilo em

amostras de cabelo aplicado a triagem populacional com elevada incidecircncia de cacircncer

Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Quiacutemica Instituto de Quiacutemica ndash Universidade de Brasiacutelia

Brasiacutelia ndash Distrito Federal 2008

[15] TEGON E C Caracterizaccedilatildeo Quiacutemica do Enxofre e do Caacutelcio presentes em

amostras de cabelos empregando as teacutecnicas XRF e NEXAFS Projeto de Final de Curso

em Quiacutemica com Atribuiccedilotildees Tecnoloacutegicas Instituto de Quiacutemica ndash Universidade Federal do

Rio de Janeiro Rio de Janeiro 2013

[16] Dossiecirc os minerais na alimentaccedilatildeo Food Ingredients Brasil 2008 ndeg 4 48-65

Disponiacutevel em lt wwwrevista-ficommaterias52pdfgt Acesso em 30 de julho de 2015

[17] CEDAE Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos Disponiacutevel em

ltwwwcedaecombrgt Acesso em 30 de julho de 2015

[18] IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatiacutestica Censo Brasileiro de 2010 Rio de

Janeiro 2010 Disponiacutevel em ltwwwcenso2010ibgegovbrgt Acesso em 30 de julho de

2015

[19] RESENDE D ALENCAR E ALMEIDA R BERTA R Principal reservatoacuterio do

Paraiacuteba do Sul Paraibuna chega ao volume morto pela primeira vez Jornal O Globo 22

de janeiro de 2015 Disponiacutevel em httpogloboglobocomrioprincipal-reservatorio-do-

paraiba-do-sul-paraibuna-chega-ao-volume-morto-pela-primeira-vez-gt Acesso em 30 de

julho de 2015

[20] Fundamentos teoacutericos da teacutecnica de anaacutelise espectromeacutetrica por fluorescecircncia de

raios-x PUC-Rio ndash Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em

lthttpwwwmaxwellvracpuc-riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 30 de julho de 2015

[21] TASCH P DAMIANI F OLIVEIRA L C M IE - 607A Teacutecnicas de anaacutelise e

caracterizaccedilatildeo de materiais Universidade Estadual de Campinas ndash UNICAMP Campinas

2000

[22] FILHO V F N Teacutecnicas analiacuteticas nucleares de Fluorescecircncia de Raios ndashX por

Dispersatildeo de Enerdia (ED-XRF) e por Reflexatildeo Total (TXRF) Departamento de Ciecircncias

Exatas ESALQ Laboratoacuterio de Instrumentaccedilatildeo Nuclear CENA Universidade de Satildeo Paulo

ndash USP Satildeo Paulo 1999

[23] PERDONAacute C R Introduccedilatildeo a espectrometria de Fluorescecircncia de Raios-X Manual

Teacutecnico ndash BRUKER 2014

[24] O espectrocircmetro de fluorescecircncia de raios-x Thermo ARL 9900 PUC-Rio ndash

Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em lthttpwwwmaxwellvracpuc-

riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 08 de agosto de 2015

[25] KRUG C Superfiacutecies porosas recobertas com metalocenos anaacutelise multivariada

envolvendo caracterizaccedilatildeo com feixe de iacuteons Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Fiacutesica Instituto

de Fiacutesica Universidade Federal do Rio Grande do Sul ndash UFRGS Porto Alegre 2000

[26] TABACNIKS M H Anaacutelise de filmes finos por PIXE e RBS Instituto de Fiacutesica da

Universidade de Satildeo Paulo Disponiacutevel em ltwww2ifuspbr~lamfipixeamprbspdfgt Acesso

em julho de 2015

[27] ALMEIDA C R Efeito de tratamentos teacutermico e quiacutemico de aerogeacuteis de oacutexido de

estanho Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Engenharia Eleacutetrica Universidade Federal de Santa

Catarina Florianoacutepolis 2013

[28] ATTWOOD D T HENKE B L et al X-Ray Data Booklet Lawrence Berkeley

Laboratory University of California Berkeley California 1986

ANEXO I

MODELO DO QUESTIONAacuteRIO PREENCHIDO ANTES DA COLETA DAS AMOSTRAS

DE CABELO

Coacutedigo da amostra

Nome

Idade (anos)

Endereccedilo

Fuma Sim ( ) Natildeo ( )

Ingere aacutegua de que tipo (poccedilo CEDAE) Poccedilo ( ) CEDAE ( )

Fez algum tipo de tratamento quiacutemico no cabelo

(coloraccedilatildeo alisamento etc)Sim ( ) Natildeo ( )

Qual Quando foi a uacuteltima vez

Esteve bem de sauacutede nos uacuteltimos 6 meses Sim ( ) Natildeo ( )

Data da coleta

Responsaacutevel pela coleta

COLETA DE AMOSTRA DE CABELO

ANEXO II

INFORMACcedilOtildeES ADICIONAIS SOBRE OS DOADORES E AS AMOSTRAS DE

CABELO COLETADAS

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

1 Feminino 62 Cacheado Castanho Escuro

2 Feminino 27 Cacheado Castanho Escuro

3 Feminino 17 Liso Castanho Escuro

4 Feminino 10 Cacheado Castanho Escuro

5 Feminino 58 Liso Castanho Escuro

6 Feminino 7 Cacheado Castanho Escuro

7 Masculino 17 Liso Castanho Claro

8 Feminino 39 Liso Castanho Escuro

Pessoas que Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

9 Feminino 41 Cacheado Castanho Escuro

10 Feminino 17 Ondulado Castanho Claro

11 Masculino 1 Cacheado Castanho Escuro

12 Feminino 11 Liso Castanho Escuro

13 Masculino 21 Liso Castanho Escuro

14 Masculino 42 Cacheado Preto

15 Masculino 6 Liso Preto

16 Masculino 14 Liso Preto

Pessoas que Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

ANEXO III

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DE POCcedilO (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 1

Amostra 2

Amostra 3

Amostra 4

Amostra 5

Amostra 6

Amostra 7

Amostra 8

ANEXO IV

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DISTRIBUIacuteDA PELA CEDAE (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 9

Amostra 10

Amostra 11

Amostra 12

Amostra 13

Amostra 14

Amostra 15

Amostra 16

Page 41: Dissertação Priscilla Velasco da Paixão

40 METODOLOGIA

41 Amostragem

Amostras de cabelo de 16 pessoas foram coletadas Os doadores foram entrevistados

seguindo o questionaacuterio disponiacutevel no ANEXO I e selecionados de acordo com os seguintes

criteacuterios possuiacuterem cabelos virgens (cabelos sem nenhum tipo de tratamento quiacutemico como

coloraccedilotildees tinturas alisantes entre outros) estarem saudaacuteveis serem natildeo fumantes e viverem

na Regiatildeo Metropolitana do Rio de Janeiro As amostras foram divididas em dois grupos de

oito o primeiro de pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo subterracircneo e o segundo com pessoas

que ingerem a aacutegua tratada e distribuiacuteda pela CEDAE

Foram analisadas amostras de cabelo de duas pessoas que consumiam a aacutegua do

mesmo poccedilo isto eacute duas amostras de cada residecircncia totalizando 4 poccedilos diferentes (a b c

d) na localidade Chaacutecaras Arcampo em Duque de Caxias ndash RJ (Figura 14)

Figura 14 Mapa com os pontos de coleta de amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua

de poccedilo em destaque a localizaccedilatildeo das residecircncias com os poccedilos

Fonte Google Earth Acesso em 30072015

As amostras foram coletadas na regiatildeo occipital da cabeccedila (nuca) como visto na

Figura 15 com o auxiacutelio de uma tesoura de accedilo inoxidaacutevel devidamente limpa com etanol

Essa regiatildeo eacute definida como padratildeo por ser menos suscetiacutevel a contaminaccedilatildeo exoacutegena e

tambeacutem por sempre existir cabelo em indiviacuteduos semicalvos [14] Em seguida as amostras

foram catalogadas e armazenadas em sacos plaacutesticos [5] Informaccedilotildees adicionais sobre o sexo

e a idade dos doadores e o tipo e cor das amostras de cabelo coletadas disponiacuteveis no ANEXO

II

Figura 15 Coleta de amostra de cabelo na regiatildeo occipital da cabeccedila

42 Lavagem das Amostras de Cabelo

Todas as amostras foram submetidas a uma sequecircncia de etapas de lavagem de 10

minutos cada utilizando acetona e aacutegua deionizada (Figura 16) Em seguida foram colocadas

para secar agrave temperatura ambiente de acordo com o procedimento recomendado pela Agecircncia

Internacional de Energia Atocircmica (IAEA) [5]

Figura 16 Lavagem das amostras de cabelo

As amostras analisadas por XRF foram colocadas diretamente no suporte do

equipamento Os fios foram colocados de maneira a se obter a superfiacutecie do porta-amostra

totalmente coberta pelo cabelo a qual em seguida foi coberta por um filme (Ultralenereg 4

microm de espessura) (Figura 17) Para a anaacutelise com o RBS o cabelo foi aderido ao suporte do

porta-amostra com o auxiacutelio de uma fita dupla face de carbono puro (Figura 18)

Figura 17 Amostra de cabelo em porta-amostra do equipamento de Fluorescecircncia de

Raios X

Figura 18 Amostra de cabelo no porta-amostra do equipamento de Espectrometria de

Retroespalhamento Rutherford

43 Paracircmetros Instrumentais

Anaacutelises semiquantitativas de XRF dos elementos presentes no cabelo foram

realizadas no Laboratoacuterio de Impacto de Foacutetons e Eleacutetrons (LIFE) na Universidade Federal do

Rio de Janeiro (UFRJ) Utilizou-se o Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios-X S8 TIGER

ndash BRUKER (Figura 19) na faixa de energia de 05 a 56 keV acircnodo de Rh trabalhando com 1

kW de potecircncia com uma janela de Be de 76 microm atraveacutes do software Quant-Express no

meacutetodo Best Detection O tempo de aquisiccedilatildeo para cada amostra foi de aproximadamente 20

minutos

Os dados por RBS foram realizados no Laboratoacuterio de Implantaccedilatildeo Iocircnica na

Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) Utilizou-se um acelerador de iacuteons

Tandetron - HVEE 3 MV (Figura 20) usando 2000 keV de iacuteons He+ incidentes e detecccedilatildeo de

partiacuteculas retroespalhadas a 165deg

Figura 19 Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X - S8 TIGER - BRUKER

Figura 20 Acelerador de iacuteons Tandetron - HVEE 3 MV onde foi feita a anaacutelise por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford

50 RESULTADOS E DISCUSSOtildeES

51 Anaacutelise por XRF

O espectro completo de XRF da amostra 2 referente ao cabelo de uma pessoa que

ingere aacutegua de poccedilo eacute mostrado na Figura 21 conforme obtido diretamente do equipamento

Eacute possiacutevel identificar as linhas de excitaccedilatildeo do Rh e as linhas de espalhamento Compton e

Rayleigh Os espectros ampliados somente na regiatildeo de interesse com as linhas de

fluorescecircncia Kα e Kβ atribuiacutedas agrave maioria dos elementos (exceto para o chumbo em que se

detectam as linhas Lα e Lβ) e sem as linhas de Rh de todas as amostras analisadas encontram-

se nos ANEXOS III e IV Os elementos analisados e a energia de suas linhas de emissatildeo de

fluorescecircncia Kα e Kβ satildeo apresentados na Tabela 4

Figura 21 Espectro de Fluorescecircncia de Raios X completo da amostra 2

Tabela 4 Energia em keV das principais linhas de emissatildeo de raios x dos elementos

analisados Adaptado de [26]

Os elementos observados e as concentraccedilotildees semiquantitativas das amostras de

cabelo das pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo e das amostras de cabelo das pessoas que

ingerem aacutegua distribuiacuteda pela CEDAE satildeo apresentados respectivamente nas Tabelas 5 e 6

Kα Kβ

Al 1487 1557

Si 1740 1836

P 2014 2139

S 2308 2464

Cl 2622 2816

Ca 3692 4013

Mn 5899 6490

Fe 6404 7058

Cu 8048 8905

Zn 8639 9572

Pb (Linhas Lα e Lβ) 10552 12614

Elementos

Analisados

Energia (keV) das Linhas de

Emissatildeo de Raios X

Tabela 5 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (1 a 8) que

ingerem aacutegua de poccedilo As concentraccedilotildees dos elementos foram normalizadas de modo que a

soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da matriz orgacircnica em conjunto

seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo ldquoa b c drdquo correlacionam a amostra

de cabelo com o poccedilo do qual o indiviacuteduo ingere aacutegua

1 2 3 4 5 6 7 8

Al 002 003 003 34 ppm natildeo det 006 natildeo det 001

Si 001 54 ppm 006 46 ppm 005 002 002 54 ppm

P 003 003 54 ppm 002 001 46 ppm natildeo det 004

S 117 071 115 118 166 135 151 098

Cl 003 65 ppm 002 002 natildeo det 003 natildeo det 61 ppm

Ca 003 003 80 ppm 002 004 002 008 008

Mn 73 ppm 78 ppm 58 ppm 10 ppm natildeo det 91 ppm natildeo det 54 ppm

Fe 001 001 92 ppm 29 ppm 38 ppm 001 27 ppm 83 ppm

Cu 44 ppm 41 ppm 46 ppm 31 ppm natildeo det 44 ppm 37 ppm 36 ppm

Zn 77 ppm 002 91 ppm 82 ppm 41 ppm 92 ppm 40 ppm 98 ppm

Pb 10 ppm 9 ppm 12 ppm 10 ppm natildeo det 10 ppm natildeo det 9 ppm

a b c d

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Elementos

Tabela 6 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (9 a 16)

que ingerem aacutegua tratada e distribuiacuteda pela CEDAE As concentraccedilotildees dos elementos foram

normalizadas de modo que a soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da

matriz orgacircnica em conjunto seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo

9 10 11 12 13 14 15 16

Al 001 36 ppm natildeo det 002 61 ppm 90 ppm 002 natildeo det

Si natildeo det 35 ppm natildeo det 40 ppm 79 ppm 60 ppm natildeo det natildeo det

P 003 34 ppm 003 002 natildeo det 46 ppm natildeo det 41 ppm

S 111 106 116 152 136 145 155 128

Cl 52 ppm 001 002 003 004 005 014 009

Ca 006 004 002 002 001 001 001 001

Mn 51 ppm 9 ppm 32 ppm natildeo det 24 ppm 57 ppm natildeo det 30 ppm

Fe 82 ppm 30 ppm 57 ppm 56 ppm 59 ppm 90 ppm 52 ppm 54 ppm

Cu 31 ppm 51 ppm 28 ppm 27 ppm 31 ppm 44 ppm 14 ppm 29 ppm

Zn 001 001 92 ppm 86 ppm 001 001 42 ppm 001

Pb natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det

Elementos

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

Na anaacutelise semiquantitativa por XRF pode-se verificar a presenccedila de elevadas

concentraccedilotildees de enxofre o que jaacute era esperado visto que este elemento faz parte da estrutura

da cisteiacutena o aminoaacutecido em maior quantidade na composiccedilatildeo do cabelo

Os elementos Ca Zn e Fe foram detectados em todas as amostras dos dois grupos O

Ca aparece na maior parte das amostras em concentraccedilotildees da ordem de enquanto que o Zn

e o Fe da ordem de ppm Os elementos Al P Mn Cl Si e Cu aparecem na maioria das

amostras em ambos os grupos No entanto o Pb foi observado em concentraccedilotildees da ordem de

ppm somente em amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo

Para as amostras 5 7 e 15 utilizou-se um porta amostra com maacutescara de 8 mm de

diacircmetro ao inveacutes da maacutescara de 34 mm utilizada para as outras amostras devido a pouca

quantidade de cabelo coletado Agrave vantagem de poder utilizar menos amostra com a maacutescara

de 8 mm contrapotildee-se um aumento do ruiacutedo de fundo e a consequente perda da sensibilidade

na anaacutelise Tal fato pode provavelmente justificar a quantidade menor de elementos

observados nessas amostras em comparaccedilatildeo com as demais incluindo a ausecircncia do elemento

chumbo nas amostras 5 e 7 jaacute que o mesmo aparece nas amostras 6 e 8 das pessoas que

bebem a mesma aacutegua dos poccedilos c e d respectivamente

52 Anaacutelise por RBS

Apresenta-se na Figura 22 o espectro de RBS da amostra 2 adquirido durante 8

horas de anaacutelise e apoacutes tratamento dos dados atraveacutes do programa computacional OriginPro 8

Duas ampliaccedilotildees (I e II) nas regiotildees de mais alta energia satildeo apresentadas nas Figuras 23 e

24 Observou-se a presenccedila dos elementos C N O Si S Cl Ti Cu Zn e Pb

As energias dos iacuteons He+ retroespalhados a partir da interaccedilatildeo com os nuacutecleos de Pb

e Hg satildeo muito proacuteximas tornando difiacutecil a resoluccedilatildeo dos sinais No entanto o Hg natildeo foi

observado em nenhuma das amostras por XRF enquanto o Pb pode ser detectado claramente

Conclui-se portanto que o degrau no espectro eacute correspondente ao Pb

Utilizando-se o caacutelculo da seccedilatildeo de choque de espalhamento Rutherford foi possiacutevel

obter uma anaacutelise quantitativa relativa da amostra 2 Para isso foi escolhido o enxofre como

elemento padratildeo devido ao fato do S estar presente em todas as amostras de cabelo e ser

facilmente detectaacutevel por ambas as teacutecnicas Para cada aacutetomo de S na amostra de cabelo as

seguintes proporccedilotildees atocircmicas foram obtidas 115 x 102 C 274 x 10

1 N 157 x 10

1 O 479 x

10-1

Si 641 x 10-1

Cl 454 x 10-2

Ti 162 x 10-2

Cu 265 x 10-2

Zn e 504 x 10-4

Pb

Figura 22 Espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da amostra 2

(grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 23 Ampliaccedilatildeo I do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 24 Ampliaccedilatildeo II do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

60 CONCLUSOtildeES

As teacutecnicas de XRF e RBS mostraram-se eficientes e complementares na

determinaccedilatildeo de vaacuterios elementos presentes em amostras de cabelo humano Atraveacutes das duas

teacutecnicas foi possiacutevel detectar de forma semiquantitativa a presenccedila de elementos desde o Al

ateacute o Pb Por RBS tambeacutem foram detectados elementos mais leves como C N e O A

utilizaccedilatildeo conjunta das duas teacutecnicas permitiu a identificaccedilatildeo inequiacutevoca de Pb no espectro de

RBS

Eacute evidente que as concentraccedilotildees dos elementos nas amostras de cabelo dependem de

diversos fatores tais como o tipo de alimentaccedilatildeo idade sexo ambiente em que o indiviacuteduo

vive e podem ser provenientes de meios exoacutegenos e endoacutegenos Entretanto considerando o

natildeo aparecimento do Pb em nenhuma das amostras de cabelo das pessoas que ingerem aacutegua

distribuiacuteda pela CEDAE aleacutem das anaacutelises preacutevias da aacutegua dos poccedilos da aacuterea em estudo eacute

possiacutevel afirmar que existe uma elevada possibilidade da aacutegua de poccedilo estaacute atuando como

uma fonte de contaminaccedilatildeo de Pb para as pessoas Como o Pb eacute um elemento toacutexico com

propriedade de bioacumulaccedilatildeo sua presenccedila pode gerar danos irreversiacuteveis aos organismos

vivos

70 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS

Como sugestotildees deste estudo podemos indicar

Realizar uma anaacutelise quantitativa de um nuacutemero mais amplo de amostras

Efetuar uma comparaccedilatildeo com materiais de referecircncia certificados a fim de

determinar com um grau de confiabilidade mais elevado se as quantidades de

chumbo detectadas nas amostras de cabelo estatildeo acima do intervalo de valores

considerados aceitaacuteveis

80 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

[1] POZEBON D DRESSLER V L CURTIUS A J Anaacutelise de cabelo uma revisatildeo

dos procedimentos para a determinaccedilatildeo de elementos traccedilo e aplicaccedilotildees Quiacutem Nova

1999 22 (6) 838-846

[2] FRAZAtildeO S V Estudo da determinaccedilatildeo de elementos traccedilo em cabelos humanos

pelo meacutetodo de anaacutelise por ativaccedilatildeo de necircutrons Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Ciecircncias na

Aacuterea de Tecnologia Nuclear ndash Aplicaccedilotildees Instituto de Pesquisas Energeacuteticas e Nucleares ndash

Universidade de Satildeo Paulo - USP Satildeo Paulo 2008

[3] CARNEIRO M T W D SILVEIRA C L P MIEKELEY N FORTES L M C

Reference intervals for minor and trace elements in human hair for the population of

Rio de Janeiro city Brazil Quiacutem Nova 2002 25 (1) 37-45

[4] KEMPSON I M SKINNER W M KIRKBRIDE K P The ocurrence and

incorporation of copper and zinc in hair and their potential role as bioindicators a

review Journal of Toxicology and Environmental Health 2007 B 10 611-622

[5] CORTES-TORO E DE GOEIJ J J M BASCO J CHENG Y KINOVA L

MATSUBARA J NIESE S SATP T WESENBERG G R MURAMATSU Y PARR

R M The significance of hair mineral analysis as a means for assessing internal body

burdens of environmental pollutants results from an IAEA co-ordinated research

programme Journal of Radionalytical and Nuclear Chemistry 1993 167 (2) 413-421

[6] CLAYTON E WOOLER K K Sample preparation and system calibration for

Proton-Induced X-ray Emission analysis of hair from occupationally exposed workers

Anal Chem198557 1075-1079

[7] MIEKELEY N CARNEIRO M T W D SILVEIRA C L P How reliable are

human hair reference intervals for trace elements The Science of the Total Environment

1998 218 9-17

[8] MIEKELEY N FORTES L M C SILVEIRA C L P LIMA M B Elemental

anomalies in hair as indicators of endocrinologic pathologies and deficiencies in calcium

and bone metabolism Journal of Trace Elements in Medicine and Biology 2001 15 46-55

[9] TORIBARA T Y JACKSON D A FRENCH W R THOMPSON A C

JACKLEVIC J M Nondestructive X-Ray Fluorescence Spectrometry for determination

of trace elements along a single strand of hair Anal Chem 1982 54 1844-1849

[10] KHUDER A BAKIR M A HASAN R MOHAMMAD A Determination of

nickel cuper zinc and lead in human scalp hair in Syrian occupationally exposed

workers by total reflection X-Ray Fluorescence Environ Monit Assess 2008 143 67-74

[11] BARANOWSKA I BARCHANSKI L BAK M SMOLEC B MZYK Z X-Ray

Fluorescence Spectrometry in multielemental analysis of hair and teeth Polish Journal of

Environmental Studies 2004 13 (6) 639-646

[12] WATT F LANDSBERG J P Nuclear microscopy biomedical applications

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research 1993 B 77 249-260

[13] PAIXAtildeO P V GOMES L M B Anaacutelise de aacutegua de poccedilos subterracircneos na

localidade Chaacutecaras Arcampo em Duque de Caxias ndash RJ Relatoacuterio Final de Estaacutegio

Iniciaccedilatildeo Cientiacutefica Instituto de Quiacutemica ndash Universidade Federal do Rio de Janeiro ndash UFRJ

Rio de Janeiro 2012

[14] ANUNCIACcedilAtildeO D L R Anaacutelise de elementos maiores menores e traccedilo em

amostras de cabelo aplicado a triagem populacional com elevada incidecircncia de cacircncer

Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Quiacutemica Instituto de Quiacutemica ndash Universidade de Brasiacutelia

Brasiacutelia ndash Distrito Federal 2008

[15] TEGON E C Caracterizaccedilatildeo Quiacutemica do Enxofre e do Caacutelcio presentes em

amostras de cabelos empregando as teacutecnicas XRF e NEXAFS Projeto de Final de Curso

em Quiacutemica com Atribuiccedilotildees Tecnoloacutegicas Instituto de Quiacutemica ndash Universidade Federal do

Rio de Janeiro Rio de Janeiro 2013

[16] Dossiecirc os minerais na alimentaccedilatildeo Food Ingredients Brasil 2008 ndeg 4 48-65

Disponiacutevel em lt wwwrevista-ficommaterias52pdfgt Acesso em 30 de julho de 2015

[17] CEDAE Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos Disponiacutevel em

ltwwwcedaecombrgt Acesso em 30 de julho de 2015

[18] IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatiacutestica Censo Brasileiro de 2010 Rio de

Janeiro 2010 Disponiacutevel em ltwwwcenso2010ibgegovbrgt Acesso em 30 de julho de

2015

[19] RESENDE D ALENCAR E ALMEIDA R BERTA R Principal reservatoacuterio do

Paraiacuteba do Sul Paraibuna chega ao volume morto pela primeira vez Jornal O Globo 22

de janeiro de 2015 Disponiacutevel em httpogloboglobocomrioprincipal-reservatorio-do-

paraiba-do-sul-paraibuna-chega-ao-volume-morto-pela-primeira-vez-gt Acesso em 30 de

julho de 2015

[20] Fundamentos teoacutericos da teacutecnica de anaacutelise espectromeacutetrica por fluorescecircncia de

raios-x PUC-Rio ndash Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em

lthttpwwwmaxwellvracpuc-riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 30 de julho de 2015

[21] TASCH P DAMIANI F OLIVEIRA L C M IE - 607A Teacutecnicas de anaacutelise e

caracterizaccedilatildeo de materiais Universidade Estadual de Campinas ndash UNICAMP Campinas

2000

[22] FILHO V F N Teacutecnicas analiacuteticas nucleares de Fluorescecircncia de Raios ndashX por

Dispersatildeo de Enerdia (ED-XRF) e por Reflexatildeo Total (TXRF) Departamento de Ciecircncias

Exatas ESALQ Laboratoacuterio de Instrumentaccedilatildeo Nuclear CENA Universidade de Satildeo Paulo

ndash USP Satildeo Paulo 1999

[23] PERDONAacute C R Introduccedilatildeo a espectrometria de Fluorescecircncia de Raios-X Manual

Teacutecnico ndash BRUKER 2014

[24] O espectrocircmetro de fluorescecircncia de raios-x Thermo ARL 9900 PUC-Rio ndash

Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em lthttpwwwmaxwellvracpuc-

riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 08 de agosto de 2015

[25] KRUG C Superfiacutecies porosas recobertas com metalocenos anaacutelise multivariada

envolvendo caracterizaccedilatildeo com feixe de iacuteons Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Fiacutesica Instituto

de Fiacutesica Universidade Federal do Rio Grande do Sul ndash UFRGS Porto Alegre 2000

[26] TABACNIKS M H Anaacutelise de filmes finos por PIXE e RBS Instituto de Fiacutesica da

Universidade de Satildeo Paulo Disponiacutevel em ltwww2ifuspbr~lamfipixeamprbspdfgt Acesso

em julho de 2015

[27] ALMEIDA C R Efeito de tratamentos teacutermico e quiacutemico de aerogeacuteis de oacutexido de

estanho Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Engenharia Eleacutetrica Universidade Federal de Santa

Catarina Florianoacutepolis 2013

[28] ATTWOOD D T HENKE B L et al X-Ray Data Booklet Lawrence Berkeley

Laboratory University of California Berkeley California 1986

ANEXO I

MODELO DO QUESTIONAacuteRIO PREENCHIDO ANTES DA COLETA DAS AMOSTRAS

DE CABELO

Coacutedigo da amostra

Nome

Idade (anos)

Endereccedilo

Fuma Sim ( ) Natildeo ( )

Ingere aacutegua de que tipo (poccedilo CEDAE) Poccedilo ( ) CEDAE ( )

Fez algum tipo de tratamento quiacutemico no cabelo

(coloraccedilatildeo alisamento etc)Sim ( ) Natildeo ( )

Qual Quando foi a uacuteltima vez

Esteve bem de sauacutede nos uacuteltimos 6 meses Sim ( ) Natildeo ( )

Data da coleta

Responsaacutevel pela coleta

COLETA DE AMOSTRA DE CABELO

ANEXO II

INFORMACcedilOtildeES ADICIONAIS SOBRE OS DOADORES E AS AMOSTRAS DE

CABELO COLETADAS

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

1 Feminino 62 Cacheado Castanho Escuro

2 Feminino 27 Cacheado Castanho Escuro

3 Feminino 17 Liso Castanho Escuro

4 Feminino 10 Cacheado Castanho Escuro

5 Feminino 58 Liso Castanho Escuro

6 Feminino 7 Cacheado Castanho Escuro

7 Masculino 17 Liso Castanho Claro

8 Feminino 39 Liso Castanho Escuro

Pessoas que Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

9 Feminino 41 Cacheado Castanho Escuro

10 Feminino 17 Ondulado Castanho Claro

11 Masculino 1 Cacheado Castanho Escuro

12 Feminino 11 Liso Castanho Escuro

13 Masculino 21 Liso Castanho Escuro

14 Masculino 42 Cacheado Preto

15 Masculino 6 Liso Preto

16 Masculino 14 Liso Preto

Pessoas que Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

ANEXO III

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DE POCcedilO (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 1

Amostra 2

Amostra 3

Amostra 4

Amostra 5

Amostra 6

Amostra 7

Amostra 8

ANEXO IV

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DISTRIBUIacuteDA PELA CEDAE (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 9

Amostra 10

Amostra 11

Amostra 12

Amostra 13

Amostra 14

Amostra 15

Amostra 16

Page 42: Dissertação Priscilla Velasco da Paixão

As amostras foram coletadas na regiatildeo occipital da cabeccedila (nuca) como visto na

Figura 15 com o auxiacutelio de uma tesoura de accedilo inoxidaacutevel devidamente limpa com etanol

Essa regiatildeo eacute definida como padratildeo por ser menos suscetiacutevel a contaminaccedilatildeo exoacutegena e

tambeacutem por sempre existir cabelo em indiviacuteduos semicalvos [14] Em seguida as amostras

foram catalogadas e armazenadas em sacos plaacutesticos [5] Informaccedilotildees adicionais sobre o sexo

e a idade dos doadores e o tipo e cor das amostras de cabelo coletadas disponiacuteveis no ANEXO

II

Figura 15 Coleta de amostra de cabelo na regiatildeo occipital da cabeccedila

42 Lavagem das Amostras de Cabelo

Todas as amostras foram submetidas a uma sequecircncia de etapas de lavagem de 10

minutos cada utilizando acetona e aacutegua deionizada (Figura 16) Em seguida foram colocadas

para secar agrave temperatura ambiente de acordo com o procedimento recomendado pela Agecircncia

Internacional de Energia Atocircmica (IAEA) [5]

Figura 16 Lavagem das amostras de cabelo

As amostras analisadas por XRF foram colocadas diretamente no suporte do

equipamento Os fios foram colocados de maneira a se obter a superfiacutecie do porta-amostra

totalmente coberta pelo cabelo a qual em seguida foi coberta por um filme (Ultralenereg 4

microm de espessura) (Figura 17) Para a anaacutelise com o RBS o cabelo foi aderido ao suporte do

porta-amostra com o auxiacutelio de uma fita dupla face de carbono puro (Figura 18)

Figura 17 Amostra de cabelo em porta-amostra do equipamento de Fluorescecircncia de

Raios X

Figura 18 Amostra de cabelo no porta-amostra do equipamento de Espectrometria de

Retroespalhamento Rutherford

43 Paracircmetros Instrumentais

Anaacutelises semiquantitativas de XRF dos elementos presentes no cabelo foram

realizadas no Laboratoacuterio de Impacto de Foacutetons e Eleacutetrons (LIFE) na Universidade Federal do

Rio de Janeiro (UFRJ) Utilizou-se o Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios-X S8 TIGER

ndash BRUKER (Figura 19) na faixa de energia de 05 a 56 keV acircnodo de Rh trabalhando com 1

kW de potecircncia com uma janela de Be de 76 microm atraveacutes do software Quant-Express no

meacutetodo Best Detection O tempo de aquisiccedilatildeo para cada amostra foi de aproximadamente 20

minutos

Os dados por RBS foram realizados no Laboratoacuterio de Implantaccedilatildeo Iocircnica na

Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) Utilizou-se um acelerador de iacuteons

Tandetron - HVEE 3 MV (Figura 20) usando 2000 keV de iacuteons He+ incidentes e detecccedilatildeo de

partiacuteculas retroespalhadas a 165deg

Figura 19 Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X - S8 TIGER - BRUKER

Figura 20 Acelerador de iacuteons Tandetron - HVEE 3 MV onde foi feita a anaacutelise por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford

50 RESULTADOS E DISCUSSOtildeES

51 Anaacutelise por XRF

O espectro completo de XRF da amostra 2 referente ao cabelo de uma pessoa que

ingere aacutegua de poccedilo eacute mostrado na Figura 21 conforme obtido diretamente do equipamento

Eacute possiacutevel identificar as linhas de excitaccedilatildeo do Rh e as linhas de espalhamento Compton e

Rayleigh Os espectros ampliados somente na regiatildeo de interesse com as linhas de

fluorescecircncia Kα e Kβ atribuiacutedas agrave maioria dos elementos (exceto para o chumbo em que se

detectam as linhas Lα e Lβ) e sem as linhas de Rh de todas as amostras analisadas encontram-

se nos ANEXOS III e IV Os elementos analisados e a energia de suas linhas de emissatildeo de

fluorescecircncia Kα e Kβ satildeo apresentados na Tabela 4

Figura 21 Espectro de Fluorescecircncia de Raios X completo da amostra 2

Tabela 4 Energia em keV das principais linhas de emissatildeo de raios x dos elementos

analisados Adaptado de [26]

Os elementos observados e as concentraccedilotildees semiquantitativas das amostras de

cabelo das pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo e das amostras de cabelo das pessoas que

ingerem aacutegua distribuiacuteda pela CEDAE satildeo apresentados respectivamente nas Tabelas 5 e 6

Kα Kβ

Al 1487 1557

Si 1740 1836

P 2014 2139

S 2308 2464

Cl 2622 2816

Ca 3692 4013

Mn 5899 6490

Fe 6404 7058

Cu 8048 8905

Zn 8639 9572

Pb (Linhas Lα e Lβ) 10552 12614

Elementos

Analisados

Energia (keV) das Linhas de

Emissatildeo de Raios X

Tabela 5 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (1 a 8) que

ingerem aacutegua de poccedilo As concentraccedilotildees dos elementos foram normalizadas de modo que a

soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da matriz orgacircnica em conjunto

seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo ldquoa b c drdquo correlacionam a amostra

de cabelo com o poccedilo do qual o indiviacuteduo ingere aacutegua

1 2 3 4 5 6 7 8

Al 002 003 003 34 ppm natildeo det 006 natildeo det 001

Si 001 54 ppm 006 46 ppm 005 002 002 54 ppm

P 003 003 54 ppm 002 001 46 ppm natildeo det 004

S 117 071 115 118 166 135 151 098

Cl 003 65 ppm 002 002 natildeo det 003 natildeo det 61 ppm

Ca 003 003 80 ppm 002 004 002 008 008

Mn 73 ppm 78 ppm 58 ppm 10 ppm natildeo det 91 ppm natildeo det 54 ppm

Fe 001 001 92 ppm 29 ppm 38 ppm 001 27 ppm 83 ppm

Cu 44 ppm 41 ppm 46 ppm 31 ppm natildeo det 44 ppm 37 ppm 36 ppm

Zn 77 ppm 002 91 ppm 82 ppm 41 ppm 92 ppm 40 ppm 98 ppm

Pb 10 ppm 9 ppm 12 ppm 10 ppm natildeo det 10 ppm natildeo det 9 ppm

a b c d

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Elementos

Tabela 6 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (9 a 16)

que ingerem aacutegua tratada e distribuiacuteda pela CEDAE As concentraccedilotildees dos elementos foram

normalizadas de modo que a soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da

matriz orgacircnica em conjunto seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo

9 10 11 12 13 14 15 16

Al 001 36 ppm natildeo det 002 61 ppm 90 ppm 002 natildeo det

Si natildeo det 35 ppm natildeo det 40 ppm 79 ppm 60 ppm natildeo det natildeo det

P 003 34 ppm 003 002 natildeo det 46 ppm natildeo det 41 ppm

S 111 106 116 152 136 145 155 128

Cl 52 ppm 001 002 003 004 005 014 009

Ca 006 004 002 002 001 001 001 001

Mn 51 ppm 9 ppm 32 ppm natildeo det 24 ppm 57 ppm natildeo det 30 ppm

Fe 82 ppm 30 ppm 57 ppm 56 ppm 59 ppm 90 ppm 52 ppm 54 ppm

Cu 31 ppm 51 ppm 28 ppm 27 ppm 31 ppm 44 ppm 14 ppm 29 ppm

Zn 001 001 92 ppm 86 ppm 001 001 42 ppm 001

Pb natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det

Elementos

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

Na anaacutelise semiquantitativa por XRF pode-se verificar a presenccedila de elevadas

concentraccedilotildees de enxofre o que jaacute era esperado visto que este elemento faz parte da estrutura

da cisteiacutena o aminoaacutecido em maior quantidade na composiccedilatildeo do cabelo

Os elementos Ca Zn e Fe foram detectados em todas as amostras dos dois grupos O

Ca aparece na maior parte das amostras em concentraccedilotildees da ordem de enquanto que o Zn

e o Fe da ordem de ppm Os elementos Al P Mn Cl Si e Cu aparecem na maioria das

amostras em ambos os grupos No entanto o Pb foi observado em concentraccedilotildees da ordem de

ppm somente em amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo

Para as amostras 5 7 e 15 utilizou-se um porta amostra com maacutescara de 8 mm de

diacircmetro ao inveacutes da maacutescara de 34 mm utilizada para as outras amostras devido a pouca

quantidade de cabelo coletado Agrave vantagem de poder utilizar menos amostra com a maacutescara

de 8 mm contrapotildee-se um aumento do ruiacutedo de fundo e a consequente perda da sensibilidade

na anaacutelise Tal fato pode provavelmente justificar a quantidade menor de elementos

observados nessas amostras em comparaccedilatildeo com as demais incluindo a ausecircncia do elemento

chumbo nas amostras 5 e 7 jaacute que o mesmo aparece nas amostras 6 e 8 das pessoas que

bebem a mesma aacutegua dos poccedilos c e d respectivamente

52 Anaacutelise por RBS

Apresenta-se na Figura 22 o espectro de RBS da amostra 2 adquirido durante 8

horas de anaacutelise e apoacutes tratamento dos dados atraveacutes do programa computacional OriginPro 8

Duas ampliaccedilotildees (I e II) nas regiotildees de mais alta energia satildeo apresentadas nas Figuras 23 e

24 Observou-se a presenccedila dos elementos C N O Si S Cl Ti Cu Zn e Pb

As energias dos iacuteons He+ retroespalhados a partir da interaccedilatildeo com os nuacutecleos de Pb

e Hg satildeo muito proacuteximas tornando difiacutecil a resoluccedilatildeo dos sinais No entanto o Hg natildeo foi

observado em nenhuma das amostras por XRF enquanto o Pb pode ser detectado claramente

Conclui-se portanto que o degrau no espectro eacute correspondente ao Pb

Utilizando-se o caacutelculo da seccedilatildeo de choque de espalhamento Rutherford foi possiacutevel

obter uma anaacutelise quantitativa relativa da amostra 2 Para isso foi escolhido o enxofre como

elemento padratildeo devido ao fato do S estar presente em todas as amostras de cabelo e ser

facilmente detectaacutevel por ambas as teacutecnicas Para cada aacutetomo de S na amostra de cabelo as

seguintes proporccedilotildees atocircmicas foram obtidas 115 x 102 C 274 x 10

1 N 157 x 10

1 O 479 x

10-1

Si 641 x 10-1

Cl 454 x 10-2

Ti 162 x 10-2

Cu 265 x 10-2

Zn e 504 x 10-4

Pb

Figura 22 Espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da amostra 2

(grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 23 Ampliaccedilatildeo I do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 24 Ampliaccedilatildeo II do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

60 CONCLUSOtildeES

As teacutecnicas de XRF e RBS mostraram-se eficientes e complementares na

determinaccedilatildeo de vaacuterios elementos presentes em amostras de cabelo humano Atraveacutes das duas

teacutecnicas foi possiacutevel detectar de forma semiquantitativa a presenccedila de elementos desde o Al

ateacute o Pb Por RBS tambeacutem foram detectados elementos mais leves como C N e O A

utilizaccedilatildeo conjunta das duas teacutecnicas permitiu a identificaccedilatildeo inequiacutevoca de Pb no espectro de

RBS

Eacute evidente que as concentraccedilotildees dos elementos nas amostras de cabelo dependem de

diversos fatores tais como o tipo de alimentaccedilatildeo idade sexo ambiente em que o indiviacuteduo

vive e podem ser provenientes de meios exoacutegenos e endoacutegenos Entretanto considerando o

natildeo aparecimento do Pb em nenhuma das amostras de cabelo das pessoas que ingerem aacutegua

distribuiacuteda pela CEDAE aleacutem das anaacutelises preacutevias da aacutegua dos poccedilos da aacuterea em estudo eacute

possiacutevel afirmar que existe uma elevada possibilidade da aacutegua de poccedilo estaacute atuando como

uma fonte de contaminaccedilatildeo de Pb para as pessoas Como o Pb eacute um elemento toacutexico com

propriedade de bioacumulaccedilatildeo sua presenccedila pode gerar danos irreversiacuteveis aos organismos

vivos

70 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS

Como sugestotildees deste estudo podemos indicar

Realizar uma anaacutelise quantitativa de um nuacutemero mais amplo de amostras

Efetuar uma comparaccedilatildeo com materiais de referecircncia certificados a fim de

determinar com um grau de confiabilidade mais elevado se as quantidades de

chumbo detectadas nas amostras de cabelo estatildeo acima do intervalo de valores

considerados aceitaacuteveis

80 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

[1] POZEBON D DRESSLER V L CURTIUS A J Anaacutelise de cabelo uma revisatildeo

dos procedimentos para a determinaccedilatildeo de elementos traccedilo e aplicaccedilotildees Quiacutem Nova

1999 22 (6) 838-846

[2] FRAZAtildeO S V Estudo da determinaccedilatildeo de elementos traccedilo em cabelos humanos

pelo meacutetodo de anaacutelise por ativaccedilatildeo de necircutrons Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Ciecircncias na

Aacuterea de Tecnologia Nuclear ndash Aplicaccedilotildees Instituto de Pesquisas Energeacuteticas e Nucleares ndash

Universidade de Satildeo Paulo - USP Satildeo Paulo 2008

[3] CARNEIRO M T W D SILVEIRA C L P MIEKELEY N FORTES L M C

Reference intervals for minor and trace elements in human hair for the population of

Rio de Janeiro city Brazil Quiacutem Nova 2002 25 (1) 37-45

[4] KEMPSON I M SKINNER W M KIRKBRIDE K P The ocurrence and

incorporation of copper and zinc in hair and their potential role as bioindicators a

review Journal of Toxicology and Environmental Health 2007 B 10 611-622

[5] CORTES-TORO E DE GOEIJ J J M BASCO J CHENG Y KINOVA L

MATSUBARA J NIESE S SATP T WESENBERG G R MURAMATSU Y PARR

R M The significance of hair mineral analysis as a means for assessing internal body

burdens of environmental pollutants results from an IAEA co-ordinated research

programme Journal of Radionalytical and Nuclear Chemistry 1993 167 (2) 413-421

[6] CLAYTON E WOOLER K K Sample preparation and system calibration for

Proton-Induced X-ray Emission analysis of hair from occupationally exposed workers

Anal Chem198557 1075-1079

[7] MIEKELEY N CARNEIRO M T W D SILVEIRA C L P How reliable are

human hair reference intervals for trace elements The Science of the Total Environment

1998 218 9-17

[8] MIEKELEY N FORTES L M C SILVEIRA C L P LIMA M B Elemental

anomalies in hair as indicators of endocrinologic pathologies and deficiencies in calcium

and bone metabolism Journal of Trace Elements in Medicine and Biology 2001 15 46-55

[9] TORIBARA T Y JACKSON D A FRENCH W R THOMPSON A C

JACKLEVIC J M Nondestructive X-Ray Fluorescence Spectrometry for determination

of trace elements along a single strand of hair Anal Chem 1982 54 1844-1849

[10] KHUDER A BAKIR M A HASAN R MOHAMMAD A Determination of

nickel cuper zinc and lead in human scalp hair in Syrian occupationally exposed

workers by total reflection X-Ray Fluorescence Environ Monit Assess 2008 143 67-74

[11] BARANOWSKA I BARCHANSKI L BAK M SMOLEC B MZYK Z X-Ray

Fluorescence Spectrometry in multielemental analysis of hair and teeth Polish Journal of

Environmental Studies 2004 13 (6) 639-646

[12] WATT F LANDSBERG J P Nuclear microscopy biomedical applications

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research 1993 B 77 249-260

[13] PAIXAtildeO P V GOMES L M B Anaacutelise de aacutegua de poccedilos subterracircneos na

localidade Chaacutecaras Arcampo em Duque de Caxias ndash RJ Relatoacuterio Final de Estaacutegio

Iniciaccedilatildeo Cientiacutefica Instituto de Quiacutemica ndash Universidade Federal do Rio de Janeiro ndash UFRJ

Rio de Janeiro 2012

[14] ANUNCIACcedilAtildeO D L R Anaacutelise de elementos maiores menores e traccedilo em

amostras de cabelo aplicado a triagem populacional com elevada incidecircncia de cacircncer

Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Quiacutemica Instituto de Quiacutemica ndash Universidade de Brasiacutelia

Brasiacutelia ndash Distrito Federal 2008

[15] TEGON E C Caracterizaccedilatildeo Quiacutemica do Enxofre e do Caacutelcio presentes em

amostras de cabelos empregando as teacutecnicas XRF e NEXAFS Projeto de Final de Curso

em Quiacutemica com Atribuiccedilotildees Tecnoloacutegicas Instituto de Quiacutemica ndash Universidade Federal do

Rio de Janeiro Rio de Janeiro 2013

[16] Dossiecirc os minerais na alimentaccedilatildeo Food Ingredients Brasil 2008 ndeg 4 48-65

Disponiacutevel em lt wwwrevista-ficommaterias52pdfgt Acesso em 30 de julho de 2015

[17] CEDAE Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos Disponiacutevel em

ltwwwcedaecombrgt Acesso em 30 de julho de 2015

[18] IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatiacutestica Censo Brasileiro de 2010 Rio de

Janeiro 2010 Disponiacutevel em ltwwwcenso2010ibgegovbrgt Acesso em 30 de julho de

2015

[19] RESENDE D ALENCAR E ALMEIDA R BERTA R Principal reservatoacuterio do

Paraiacuteba do Sul Paraibuna chega ao volume morto pela primeira vez Jornal O Globo 22

de janeiro de 2015 Disponiacutevel em httpogloboglobocomrioprincipal-reservatorio-do-

paraiba-do-sul-paraibuna-chega-ao-volume-morto-pela-primeira-vez-gt Acesso em 30 de

julho de 2015

[20] Fundamentos teoacutericos da teacutecnica de anaacutelise espectromeacutetrica por fluorescecircncia de

raios-x PUC-Rio ndash Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em

lthttpwwwmaxwellvracpuc-riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 30 de julho de 2015

[21] TASCH P DAMIANI F OLIVEIRA L C M IE - 607A Teacutecnicas de anaacutelise e

caracterizaccedilatildeo de materiais Universidade Estadual de Campinas ndash UNICAMP Campinas

2000

[22] FILHO V F N Teacutecnicas analiacuteticas nucleares de Fluorescecircncia de Raios ndashX por

Dispersatildeo de Enerdia (ED-XRF) e por Reflexatildeo Total (TXRF) Departamento de Ciecircncias

Exatas ESALQ Laboratoacuterio de Instrumentaccedilatildeo Nuclear CENA Universidade de Satildeo Paulo

ndash USP Satildeo Paulo 1999

[23] PERDONAacute C R Introduccedilatildeo a espectrometria de Fluorescecircncia de Raios-X Manual

Teacutecnico ndash BRUKER 2014

[24] O espectrocircmetro de fluorescecircncia de raios-x Thermo ARL 9900 PUC-Rio ndash

Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em lthttpwwwmaxwellvracpuc-

riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 08 de agosto de 2015

[25] KRUG C Superfiacutecies porosas recobertas com metalocenos anaacutelise multivariada

envolvendo caracterizaccedilatildeo com feixe de iacuteons Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Fiacutesica Instituto

de Fiacutesica Universidade Federal do Rio Grande do Sul ndash UFRGS Porto Alegre 2000

[26] TABACNIKS M H Anaacutelise de filmes finos por PIXE e RBS Instituto de Fiacutesica da

Universidade de Satildeo Paulo Disponiacutevel em ltwww2ifuspbr~lamfipixeamprbspdfgt Acesso

em julho de 2015

[27] ALMEIDA C R Efeito de tratamentos teacutermico e quiacutemico de aerogeacuteis de oacutexido de

estanho Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Engenharia Eleacutetrica Universidade Federal de Santa

Catarina Florianoacutepolis 2013

[28] ATTWOOD D T HENKE B L et al X-Ray Data Booklet Lawrence Berkeley

Laboratory University of California Berkeley California 1986

ANEXO I

MODELO DO QUESTIONAacuteRIO PREENCHIDO ANTES DA COLETA DAS AMOSTRAS

DE CABELO

Coacutedigo da amostra

Nome

Idade (anos)

Endereccedilo

Fuma Sim ( ) Natildeo ( )

Ingere aacutegua de que tipo (poccedilo CEDAE) Poccedilo ( ) CEDAE ( )

Fez algum tipo de tratamento quiacutemico no cabelo

(coloraccedilatildeo alisamento etc)Sim ( ) Natildeo ( )

Qual Quando foi a uacuteltima vez

Esteve bem de sauacutede nos uacuteltimos 6 meses Sim ( ) Natildeo ( )

Data da coleta

Responsaacutevel pela coleta

COLETA DE AMOSTRA DE CABELO

ANEXO II

INFORMACcedilOtildeES ADICIONAIS SOBRE OS DOADORES E AS AMOSTRAS DE

CABELO COLETADAS

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

1 Feminino 62 Cacheado Castanho Escuro

2 Feminino 27 Cacheado Castanho Escuro

3 Feminino 17 Liso Castanho Escuro

4 Feminino 10 Cacheado Castanho Escuro

5 Feminino 58 Liso Castanho Escuro

6 Feminino 7 Cacheado Castanho Escuro

7 Masculino 17 Liso Castanho Claro

8 Feminino 39 Liso Castanho Escuro

Pessoas que Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

9 Feminino 41 Cacheado Castanho Escuro

10 Feminino 17 Ondulado Castanho Claro

11 Masculino 1 Cacheado Castanho Escuro

12 Feminino 11 Liso Castanho Escuro

13 Masculino 21 Liso Castanho Escuro

14 Masculino 42 Cacheado Preto

15 Masculino 6 Liso Preto

16 Masculino 14 Liso Preto

Pessoas que Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

ANEXO III

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DE POCcedilO (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 1

Amostra 2

Amostra 3

Amostra 4

Amostra 5

Amostra 6

Amostra 7

Amostra 8

ANEXO IV

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DISTRIBUIacuteDA PELA CEDAE (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 9

Amostra 10

Amostra 11

Amostra 12

Amostra 13

Amostra 14

Amostra 15

Amostra 16

Page 43: Dissertação Priscilla Velasco da Paixão

Figura 16 Lavagem das amostras de cabelo

As amostras analisadas por XRF foram colocadas diretamente no suporte do

equipamento Os fios foram colocados de maneira a se obter a superfiacutecie do porta-amostra

totalmente coberta pelo cabelo a qual em seguida foi coberta por um filme (Ultralenereg 4

microm de espessura) (Figura 17) Para a anaacutelise com o RBS o cabelo foi aderido ao suporte do

porta-amostra com o auxiacutelio de uma fita dupla face de carbono puro (Figura 18)

Figura 17 Amostra de cabelo em porta-amostra do equipamento de Fluorescecircncia de

Raios X

Figura 18 Amostra de cabelo no porta-amostra do equipamento de Espectrometria de

Retroespalhamento Rutherford

43 Paracircmetros Instrumentais

Anaacutelises semiquantitativas de XRF dos elementos presentes no cabelo foram

realizadas no Laboratoacuterio de Impacto de Foacutetons e Eleacutetrons (LIFE) na Universidade Federal do

Rio de Janeiro (UFRJ) Utilizou-se o Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios-X S8 TIGER

ndash BRUKER (Figura 19) na faixa de energia de 05 a 56 keV acircnodo de Rh trabalhando com 1

kW de potecircncia com uma janela de Be de 76 microm atraveacutes do software Quant-Express no

meacutetodo Best Detection O tempo de aquisiccedilatildeo para cada amostra foi de aproximadamente 20

minutos

Os dados por RBS foram realizados no Laboratoacuterio de Implantaccedilatildeo Iocircnica na

Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) Utilizou-se um acelerador de iacuteons

Tandetron - HVEE 3 MV (Figura 20) usando 2000 keV de iacuteons He+ incidentes e detecccedilatildeo de

partiacuteculas retroespalhadas a 165deg

Figura 19 Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X - S8 TIGER - BRUKER

Figura 20 Acelerador de iacuteons Tandetron - HVEE 3 MV onde foi feita a anaacutelise por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford

50 RESULTADOS E DISCUSSOtildeES

51 Anaacutelise por XRF

O espectro completo de XRF da amostra 2 referente ao cabelo de uma pessoa que

ingere aacutegua de poccedilo eacute mostrado na Figura 21 conforme obtido diretamente do equipamento

Eacute possiacutevel identificar as linhas de excitaccedilatildeo do Rh e as linhas de espalhamento Compton e

Rayleigh Os espectros ampliados somente na regiatildeo de interesse com as linhas de

fluorescecircncia Kα e Kβ atribuiacutedas agrave maioria dos elementos (exceto para o chumbo em que se

detectam as linhas Lα e Lβ) e sem as linhas de Rh de todas as amostras analisadas encontram-

se nos ANEXOS III e IV Os elementos analisados e a energia de suas linhas de emissatildeo de

fluorescecircncia Kα e Kβ satildeo apresentados na Tabela 4

Figura 21 Espectro de Fluorescecircncia de Raios X completo da amostra 2

Tabela 4 Energia em keV das principais linhas de emissatildeo de raios x dos elementos

analisados Adaptado de [26]

Os elementos observados e as concentraccedilotildees semiquantitativas das amostras de

cabelo das pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo e das amostras de cabelo das pessoas que

ingerem aacutegua distribuiacuteda pela CEDAE satildeo apresentados respectivamente nas Tabelas 5 e 6

Kα Kβ

Al 1487 1557

Si 1740 1836

P 2014 2139

S 2308 2464

Cl 2622 2816

Ca 3692 4013

Mn 5899 6490

Fe 6404 7058

Cu 8048 8905

Zn 8639 9572

Pb (Linhas Lα e Lβ) 10552 12614

Elementos

Analisados

Energia (keV) das Linhas de

Emissatildeo de Raios X

Tabela 5 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (1 a 8) que

ingerem aacutegua de poccedilo As concentraccedilotildees dos elementos foram normalizadas de modo que a

soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da matriz orgacircnica em conjunto

seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo ldquoa b c drdquo correlacionam a amostra

de cabelo com o poccedilo do qual o indiviacuteduo ingere aacutegua

1 2 3 4 5 6 7 8

Al 002 003 003 34 ppm natildeo det 006 natildeo det 001

Si 001 54 ppm 006 46 ppm 005 002 002 54 ppm

P 003 003 54 ppm 002 001 46 ppm natildeo det 004

S 117 071 115 118 166 135 151 098

Cl 003 65 ppm 002 002 natildeo det 003 natildeo det 61 ppm

Ca 003 003 80 ppm 002 004 002 008 008

Mn 73 ppm 78 ppm 58 ppm 10 ppm natildeo det 91 ppm natildeo det 54 ppm

Fe 001 001 92 ppm 29 ppm 38 ppm 001 27 ppm 83 ppm

Cu 44 ppm 41 ppm 46 ppm 31 ppm natildeo det 44 ppm 37 ppm 36 ppm

Zn 77 ppm 002 91 ppm 82 ppm 41 ppm 92 ppm 40 ppm 98 ppm

Pb 10 ppm 9 ppm 12 ppm 10 ppm natildeo det 10 ppm natildeo det 9 ppm

a b c d

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Elementos

Tabela 6 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (9 a 16)

que ingerem aacutegua tratada e distribuiacuteda pela CEDAE As concentraccedilotildees dos elementos foram

normalizadas de modo que a soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da

matriz orgacircnica em conjunto seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo

9 10 11 12 13 14 15 16

Al 001 36 ppm natildeo det 002 61 ppm 90 ppm 002 natildeo det

Si natildeo det 35 ppm natildeo det 40 ppm 79 ppm 60 ppm natildeo det natildeo det

P 003 34 ppm 003 002 natildeo det 46 ppm natildeo det 41 ppm

S 111 106 116 152 136 145 155 128

Cl 52 ppm 001 002 003 004 005 014 009

Ca 006 004 002 002 001 001 001 001

Mn 51 ppm 9 ppm 32 ppm natildeo det 24 ppm 57 ppm natildeo det 30 ppm

Fe 82 ppm 30 ppm 57 ppm 56 ppm 59 ppm 90 ppm 52 ppm 54 ppm

Cu 31 ppm 51 ppm 28 ppm 27 ppm 31 ppm 44 ppm 14 ppm 29 ppm

Zn 001 001 92 ppm 86 ppm 001 001 42 ppm 001

Pb natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det

Elementos

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

Na anaacutelise semiquantitativa por XRF pode-se verificar a presenccedila de elevadas

concentraccedilotildees de enxofre o que jaacute era esperado visto que este elemento faz parte da estrutura

da cisteiacutena o aminoaacutecido em maior quantidade na composiccedilatildeo do cabelo

Os elementos Ca Zn e Fe foram detectados em todas as amostras dos dois grupos O

Ca aparece na maior parte das amostras em concentraccedilotildees da ordem de enquanto que o Zn

e o Fe da ordem de ppm Os elementos Al P Mn Cl Si e Cu aparecem na maioria das

amostras em ambos os grupos No entanto o Pb foi observado em concentraccedilotildees da ordem de

ppm somente em amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo

Para as amostras 5 7 e 15 utilizou-se um porta amostra com maacutescara de 8 mm de

diacircmetro ao inveacutes da maacutescara de 34 mm utilizada para as outras amostras devido a pouca

quantidade de cabelo coletado Agrave vantagem de poder utilizar menos amostra com a maacutescara

de 8 mm contrapotildee-se um aumento do ruiacutedo de fundo e a consequente perda da sensibilidade

na anaacutelise Tal fato pode provavelmente justificar a quantidade menor de elementos

observados nessas amostras em comparaccedilatildeo com as demais incluindo a ausecircncia do elemento

chumbo nas amostras 5 e 7 jaacute que o mesmo aparece nas amostras 6 e 8 das pessoas que

bebem a mesma aacutegua dos poccedilos c e d respectivamente

52 Anaacutelise por RBS

Apresenta-se na Figura 22 o espectro de RBS da amostra 2 adquirido durante 8

horas de anaacutelise e apoacutes tratamento dos dados atraveacutes do programa computacional OriginPro 8

Duas ampliaccedilotildees (I e II) nas regiotildees de mais alta energia satildeo apresentadas nas Figuras 23 e

24 Observou-se a presenccedila dos elementos C N O Si S Cl Ti Cu Zn e Pb

As energias dos iacuteons He+ retroespalhados a partir da interaccedilatildeo com os nuacutecleos de Pb

e Hg satildeo muito proacuteximas tornando difiacutecil a resoluccedilatildeo dos sinais No entanto o Hg natildeo foi

observado em nenhuma das amostras por XRF enquanto o Pb pode ser detectado claramente

Conclui-se portanto que o degrau no espectro eacute correspondente ao Pb

Utilizando-se o caacutelculo da seccedilatildeo de choque de espalhamento Rutherford foi possiacutevel

obter uma anaacutelise quantitativa relativa da amostra 2 Para isso foi escolhido o enxofre como

elemento padratildeo devido ao fato do S estar presente em todas as amostras de cabelo e ser

facilmente detectaacutevel por ambas as teacutecnicas Para cada aacutetomo de S na amostra de cabelo as

seguintes proporccedilotildees atocircmicas foram obtidas 115 x 102 C 274 x 10

1 N 157 x 10

1 O 479 x

10-1

Si 641 x 10-1

Cl 454 x 10-2

Ti 162 x 10-2

Cu 265 x 10-2

Zn e 504 x 10-4

Pb

Figura 22 Espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da amostra 2

(grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 23 Ampliaccedilatildeo I do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 24 Ampliaccedilatildeo II do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

60 CONCLUSOtildeES

As teacutecnicas de XRF e RBS mostraram-se eficientes e complementares na

determinaccedilatildeo de vaacuterios elementos presentes em amostras de cabelo humano Atraveacutes das duas

teacutecnicas foi possiacutevel detectar de forma semiquantitativa a presenccedila de elementos desde o Al

ateacute o Pb Por RBS tambeacutem foram detectados elementos mais leves como C N e O A

utilizaccedilatildeo conjunta das duas teacutecnicas permitiu a identificaccedilatildeo inequiacutevoca de Pb no espectro de

RBS

Eacute evidente que as concentraccedilotildees dos elementos nas amostras de cabelo dependem de

diversos fatores tais como o tipo de alimentaccedilatildeo idade sexo ambiente em que o indiviacuteduo

vive e podem ser provenientes de meios exoacutegenos e endoacutegenos Entretanto considerando o

natildeo aparecimento do Pb em nenhuma das amostras de cabelo das pessoas que ingerem aacutegua

distribuiacuteda pela CEDAE aleacutem das anaacutelises preacutevias da aacutegua dos poccedilos da aacuterea em estudo eacute

possiacutevel afirmar que existe uma elevada possibilidade da aacutegua de poccedilo estaacute atuando como

uma fonte de contaminaccedilatildeo de Pb para as pessoas Como o Pb eacute um elemento toacutexico com

propriedade de bioacumulaccedilatildeo sua presenccedila pode gerar danos irreversiacuteveis aos organismos

vivos

70 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS

Como sugestotildees deste estudo podemos indicar

Realizar uma anaacutelise quantitativa de um nuacutemero mais amplo de amostras

Efetuar uma comparaccedilatildeo com materiais de referecircncia certificados a fim de

determinar com um grau de confiabilidade mais elevado se as quantidades de

chumbo detectadas nas amostras de cabelo estatildeo acima do intervalo de valores

considerados aceitaacuteveis

80 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

[1] POZEBON D DRESSLER V L CURTIUS A J Anaacutelise de cabelo uma revisatildeo

dos procedimentos para a determinaccedilatildeo de elementos traccedilo e aplicaccedilotildees Quiacutem Nova

1999 22 (6) 838-846

[2] FRAZAtildeO S V Estudo da determinaccedilatildeo de elementos traccedilo em cabelos humanos

pelo meacutetodo de anaacutelise por ativaccedilatildeo de necircutrons Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Ciecircncias na

Aacuterea de Tecnologia Nuclear ndash Aplicaccedilotildees Instituto de Pesquisas Energeacuteticas e Nucleares ndash

Universidade de Satildeo Paulo - USP Satildeo Paulo 2008

[3] CARNEIRO M T W D SILVEIRA C L P MIEKELEY N FORTES L M C

Reference intervals for minor and trace elements in human hair for the population of

Rio de Janeiro city Brazil Quiacutem Nova 2002 25 (1) 37-45

[4] KEMPSON I M SKINNER W M KIRKBRIDE K P The ocurrence and

incorporation of copper and zinc in hair and their potential role as bioindicators a

review Journal of Toxicology and Environmental Health 2007 B 10 611-622

[5] CORTES-TORO E DE GOEIJ J J M BASCO J CHENG Y KINOVA L

MATSUBARA J NIESE S SATP T WESENBERG G R MURAMATSU Y PARR

R M The significance of hair mineral analysis as a means for assessing internal body

burdens of environmental pollutants results from an IAEA co-ordinated research

programme Journal of Radionalytical and Nuclear Chemistry 1993 167 (2) 413-421

[6] CLAYTON E WOOLER K K Sample preparation and system calibration for

Proton-Induced X-ray Emission analysis of hair from occupationally exposed workers

Anal Chem198557 1075-1079

[7] MIEKELEY N CARNEIRO M T W D SILVEIRA C L P How reliable are

human hair reference intervals for trace elements The Science of the Total Environment

1998 218 9-17

[8] MIEKELEY N FORTES L M C SILVEIRA C L P LIMA M B Elemental

anomalies in hair as indicators of endocrinologic pathologies and deficiencies in calcium

and bone metabolism Journal of Trace Elements in Medicine and Biology 2001 15 46-55

[9] TORIBARA T Y JACKSON D A FRENCH W R THOMPSON A C

JACKLEVIC J M Nondestructive X-Ray Fluorescence Spectrometry for determination

of trace elements along a single strand of hair Anal Chem 1982 54 1844-1849

[10] KHUDER A BAKIR M A HASAN R MOHAMMAD A Determination of

nickel cuper zinc and lead in human scalp hair in Syrian occupationally exposed

workers by total reflection X-Ray Fluorescence Environ Monit Assess 2008 143 67-74

[11] BARANOWSKA I BARCHANSKI L BAK M SMOLEC B MZYK Z X-Ray

Fluorescence Spectrometry in multielemental analysis of hair and teeth Polish Journal of

Environmental Studies 2004 13 (6) 639-646

[12] WATT F LANDSBERG J P Nuclear microscopy biomedical applications

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research 1993 B 77 249-260

[13] PAIXAtildeO P V GOMES L M B Anaacutelise de aacutegua de poccedilos subterracircneos na

localidade Chaacutecaras Arcampo em Duque de Caxias ndash RJ Relatoacuterio Final de Estaacutegio

Iniciaccedilatildeo Cientiacutefica Instituto de Quiacutemica ndash Universidade Federal do Rio de Janeiro ndash UFRJ

Rio de Janeiro 2012

[14] ANUNCIACcedilAtildeO D L R Anaacutelise de elementos maiores menores e traccedilo em

amostras de cabelo aplicado a triagem populacional com elevada incidecircncia de cacircncer

Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Quiacutemica Instituto de Quiacutemica ndash Universidade de Brasiacutelia

Brasiacutelia ndash Distrito Federal 2008

[15] TEGON E C Caracterizaccedilatildeo Quiacutemica do Enxofre e do Caacutelcio presentes em

amostras de cabelos empregando as teacutecnicas XRF e NEXAFS Projeto de Final de Curso

em Quiacutemica com Atribuiccedilotildees Tecnoloacutegicas Instituto de Quiacutemica ndash Universidade Federal do

Rio de Janeiro Rio de Janeiro 2013

[16] Dossiecirc os minerais na alimentaccedilatildeo Food Ingredients Brasil 2008 ndeg 4 48-65

Disponiacutevel em lt wwwrevista-ficommaterias52pdfgt Acesso em 30 de julho de 2015

[17] CEDAE Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos Disponiacutevel em

ltwwwcedaecombrgt Acesso em 30 de julho de 2015

[18] IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatiacutestica Censo Brasileiro de 2010 Rio de

Janeiro 2010 Disponiacutevel em ltwwwcenso2010ibgegovbrgt Acesso em 30 de julho de

2015

[19] RESENDE D ALENCAR E ALMEIDA R BERTA R Principal reservatoacuterio do

Paraiacuteba do Sul Paraibuna chega ao volume morto pela primeira vez Jornal O Globo 22

de janeiro de 2015 Disponiacutevel em httpogloboglobocomrioprincipal-reservatorio-do-

paraiba-do-sul-paraibuna-chega-ao-volume-morto-pela-primeira-vez-gt Acesso em 30 de

julho de 2015

[20] Fundamentos teoacutericos da teacutecnica de anaacutelise espectromeacutetrica por fluorescecircncia de

raios-x PUC-Rio ndash Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em

lthttpwwwmaxwellvracpuc-riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 30 de julho de 2015

[21] TASCH P DAMIANI F OLIVEIRA L C M IE - 607A Teacutecnicas de anaacutelise e

caracterizaccedilatildeo de materiais Universidade Estadual de Campinas ndash UNICAMP Campinas

2000

[22] FILHO V F N Teacutecnicas analiacuteticas nucleares de Fluorescecircncia de Raios ndashX por

Dispersatildeo de Enerdia (ED-XRF) e por Reflexatildeo Total (TXRF) Departamento de Ciecircncias

Exatas ESALQ Laboratoacuterio de Instrumentaccedilatildeo Nuclear CENA Universidade de Satildeo Paulo

ndash USP Satildeo Paulo 1999

[23] PERDONAacute C R Introduccedilatildeo a espectrometria de Fluorescecircncia de Raios-X Manual

Teacutecnico ndash BRUKER 2014

[24] O espectrocircmetro de fluorescecircncia de raios-x Thermo ARL 9900 PUC-Rio ndash

Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em lthttpwwwmaxwellvracpuc-

riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 08 de agosto de 2015

[25] KRUG C Superfiacutecies porosas recobertas com metalocenos anaacutelise multivariada

envolvendo caracterizaccedilatildeo com feixe de iacuteons Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Fiacutesica Instituto

de Fiacutesica Universidade Federal do Rio Grande do Sul ndash UFRGS Porto Alegre 2000

[26] TABACNIKS M H Anaacutelise de filmes finos por PIXE e RBS Instituto de Fiacutesica da

Universidade de Satildeo Paulo Disponiacutevel em ltwww2ifuspbr~lamfipixeamprbspdfgt Acesso

em julho de 2015

[27] ALMEIDA C R Efeito de tratamentos teacutermico e quiacutemico de aerogeacuteis de oacutexido de

estanho Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Engenharia Eleacutetrica Universidade Federal de Santa

Catarina Florianoacutepolis 2013

[28] ATTWOOD D T HENKE B L et al X-Ray Data Booklet Lawrence Berkeley

Laboratory University of California Berkeley California 1986

ANEXO I

MODELO DO QUESTIONAacuteRIO PREENCHIDO ANTES DA COLETA DAS AMOSTRAS

DE CABELO

Coacutedigo da amostra

Nome

Idade (anos)

Endereccedilo

Fuma Sim ( ) Natildeo ( )

Ingere aacutegua de que tipo (poccedilo CEDAE) Poccedilo ( ) CEDAE ( )

Fez algum tipo de tratamento quiacutemico no cabelo

(coloraccedilatildeo alisamento etc)Sim ( ) Natildeo ( )

Qual Quando foi a uacuteltima vez

Esteve bem de sauacutede nos uacuteltimos 6 meses Sim ( ) Natildeo ( )

Data da coleta

Responsaacutevel pela coleta

COLETA DE AMOSTRA DE CABELO

ANEXO II

INFORMACcedilOtildeES ADICIONAIS SOBRE OS DOADORES E AS AMOSTRAS DE

CABELO COLETADAS

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

1 Feminino 62 Cacheado Castanho Escuro

2 Feminino 27 Cacheado Castanho Escuro

3 Feminino 17 Liso Castanho Escuro

4 Feminino 10 Cacheado Castanho Escuro

5 Feminino 58 Liso Castanho Escuro

6 Feminino 7 Cacheado Castanho Escuro

7 Masculino 17 Liso Castanho Claro

8 Feminino 39 Liso Castanho Escuro

Pessoas que Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

9 Feminino 41 Cacheado Castanho Escuro

10 Feminino 17 Ondulado Castanho Claro

11 Masculino 1 Cacheado Castanho Escuro

12 Feminino 11 Liso Castanho Escuro

13 Masculino 21 Liso Castanho Escuro

14 Masculino 42 Cacheado Preto

15 Masculino 6 Liso Preto

16 Masculino 14 Liso Preto

Pessoas que Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

ANEXO III

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DE POCcedilO (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 1

Amostra 2

Amostra 3

Amostra 4

Amostra 5

Amostra 6

Amostra 7

Amostra 8

ANEXO IV

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DISTRIBUIacuteDA PELA CEDAE (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 9

Amostra 10

Amostra 11

Amostra 12

Amostra 13

Amostra 14

Amostra 15

Amostra 16

Page 44: Dissertação Priscilla Velasco da Paixão

Figura 18 Amostra de cabelo no porta-amostra do equipamento de Espectrometria de

Retroespalhamento Rutherford

43 Paracircmetros Instrumentais

Anaacutelises semiquantitativas de XRF dos elementos presentes no cabelo foram

realizadas no Laboratoacuterio de Impacto de Foacutetons e Eleacutetrons (LIFE) na Universidade Federal do

Rio de Janeiro (UFRJ) Utilizou-se o Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios-X S8 TIGER

ndash BRUKER (Figura 19) na faixa de energia de 05 a 56 keV acircnodo de Rh trabalhando com 1

kW de potecircncia com uma janela de Be de 76 microm atraveacutes do software Quant-Express no

meacutetodo Best Detection O tempo de aquisiccedilatildeo para cada amostra foi de aproximadamente 20

minutos

Os dados por RBS foram realizados no Laboratoacuterio de Implantaccedilatildeo Iocircnica na

Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) Utilizou-se um acelerador de iacuteons

Tandetron - HVEE 3 MV (Figura 20) usando 2000 keV de iacuteons He+ incidentes e detecccedilatildeo de

partiacuteculas retroespalhadas a 165deg

Figura 19 Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X - S8 TIGER - BRUKER

Figura 20 Acelerador de iacuteons Tandetron - HVEE 3 MV onde foi feita a anaacutelise por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford

50 RESULTADOS E DISCUSSOtildeES

51 Anaacutelise por XRF

O espectro completo de XRF da amostra 2 referente ao cabelo de uma pessoa que

ingere aacutegua de poccedilo eacute mostrado na Figura 21 conforme obtido diretamente do equipamento

Eacute possiacutevel identificar as linhas de excitaccedilatildeo do Rh e as linhas de espalhamento Compton e

Rayleigh Os espectros ampliados somente na regiatildeo de interesse com as linhas de

fluorescecircncia Kα e Kβ atribuiacutedas agrave maioria dos elementos (exceto para o chumbo em que se

detectam as linhas Lα e Lβ) e sem as linhas de Rh de todas as amostras analisadas encontram-

se nos ANEXOS III e IV Os elementos analisados e a energia de suas linhas de emissatildeo de

fluorescecircncia Kα e Kβ satildeo apresentados na Tabela 4

Figura 21 Espectro de Fluorescecircncia de Raios X completo da amostra 2

Tabela 4 Energia em keV das principais linhas de emissatildeo de raios x dos elementos

analisados Adaptado de [26]

Os elementos observados e as concentraccedilotildees semiquantitativas das amostras de

cabelo das pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo e das amostras de cabelo das pessoas que

ingerem aacutegua distribuiacuteda pela CEDAE satildeo apresentados respectivamente nas Tabelas 5 e 6

Kα Kβ

Al 1487 1557

Si 1740 1836

P 2014 2139

S 2308 2464

Cl 2622 2816

Ca 3692 4013

Mn 5899 6490

Fe 6404 7058

Cu 8048 8905

Zn 8639 9572

Pb (Linhas Lα e Lβ) 10552 12614

Elementos

Analisados

Energia (keV) das Linhas de

Emissatildeo de Raios X

Tabela 5 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (1 a 8) que

ingerem aacutegua de poccedilo As concentraccedilotildees dos elementos foram normalizadas de modo que a

soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da matriz orgacircnica em conjunto

seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo ldquoa b c drdquo correlacionam a amostra

de cabelo com o poccedilo do qual o indiviacuteduo ingere aacutegua

1 2 3 4 5 6 7 8

Al 002 003 003 34 ppm natildeo det 006 natildeo det 001

Si 001 54 ppm 006 46 ppm 005 002 002 54 ppm

P 003 003 54 ppm 002 001 46 ppm natildeo det 004

S 117 071 115 118 166 135 151 098

Cl 003 65 ppm 002 002 natildeo det 003 natildeo det 61 ppm

Ca 003 003 80 ppm 002 004 002 008 008

Mn 73 ppm 78 ppm 58 ppm 10 ppm natildeo det 91 ppm natildeo det 54 ppm

Fe 001 001 92 ppm 29 ppm 38 ppm 001 27 ppm 83 ppm

Cu 44 ppm 41 ppm 46 ppm 31 ppm natildeo det 44 ppm 37 ppm 36 ppm

Zn 77 ppm 002 91 ppm 82 ppm 41 ppm 92 ppm 40 ppm 98 ppm

Pb 10 ppm 9 ppm 12 ppm 10 ppm natildeo det 10 ppm natildeo det 9 ppm

a b c d

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Elementos

Tabela 6 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (9 a 16)

que ingerem aacutegua tratada e distribuiacuteda pela CEDAE As concentraccedilotildees dos elementos foram

normalizadas de modo que a soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da

matriz orgacircnica em conjunto seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo

9 10 11 12 13 14 15 16

Al 001 36 ppm natildeo det 002 61 ppm 90 ppm 002 natildeo det

Si natildeo det 35 ppm natildeo det 40 ppm 79 ppm 60 ppm natildeo det natildeo det

P 003 34 ppm 003 002 natildeo det 46 ppm natildeo det 41 ppm

S 111 106 116 152 136 145 155 128

Cl 52 ppm 001 002 003 004 005 014 009

Ca 006 004 002 002 001 001 001 001

Mn 51 ppm 9 ppm 32 ppm natildeo det 24 ppm 57 ppm natildeo det 30 ppm

Fe 82 ppm 30 ppm 57 ppm 56 ppm 59 ppm 90 ppm 52 ppm 54 ppm

Cu 31 ppm 51 ppm 28 ppm 27 ppm 31 ppm 44 ppm 14 ppm 29 ppm

Zn 001 001 92 ppm 86 ppm 001 001 42 ppm 001

Pb natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det

Elementos

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

Na anaacutelise semiquantitativa por XRF pode-se verificar a presenccedila de elevadas

concentraccedilotildees de enxofre o que jaacute era esperado visto que este elemento faz parte da estrutura

da cisteiacutena o aminoaacutecido em maior quantidade na composiccedilatildeo do cabelo

Os elementos Ca Zn e Fe foram detectados em todas as amostras dos dois grupos O

Ca aparece na maior parte das amostras em concentraccedilotildees da ordem de enquanto que o Zn

e o Fe da ordem de ppm Os elementos Al P Mn Cl Si e Cu aparecem na maioria das

amostras em ambos os grupos No entanto o Pb foi observado em concentraccedilotildees da ordem de

ppm somente em amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo

Para as amostras 5 7 e 15 utilizou-se um porta amostra com maacutescara de 8 mm de

diacircmetro ao inveacutes da maacutescara de 34 mm utilizada para as outras amostras devido a pouca

quantidade de cabelo coletado Agrave vantagem de poder utilizar menos amostra com a maacutescara

de 8 mm contrapotildee-se um aumento do ruiacutedo de fundo e a consequente perda da sensibilidade

na anaacutelise Tal fato pode provavelmente justificar a quantidade menor de elementos

observados nessas amostras em comparaccedilatildeo com as demais incluindo a ausecircncia do elemento

chumbo nas amostras 5 e 7 jaacute que o mesmo aparece nas amostras 6 e 8 das pessoas que

bebem a mesma aacutegua dos poccedilos c e d respectivamente

52 Anaacutelise por RBS

Apresenta-se na Figura 22 o espectro de RBS da amostra 2 adquirido durante 8

horas de anaacutelise e apoacutes tratamento dos dados atraveacutes do programa computacional OriginPro 8

Duas ampliaccedilotildees (I e II) nas regiotildees de mais alta energia satildeo apresentadas nas Figuras 23 e

24 Observou-se a presenccedila dos elementos C N O Si S Cl Ti Cu Zn e Pb

As energias dos iacuteons He+ retroespalhados a partir da interaccedilatildeo com os nuacutecleos de Pb

e Hg satildeo muito proacuteximas tornando difiacutecil a resoluccedilatildeo dos sinais No entanto o Hg natildeo foi

observado em nenhuma das amostras por XRF enquanto o Pb pode ser detectado claramente

Conclui-se portanto que o degrau no espectro eacute correspondente ao Pb

Utilizando-se o caacutelculo da seccedilatildeo de choque de espalhamento Rutherford foi possiacutevel

obter uma anaacutelise quantitativa relativa da amostra 2 Para isso foi escolhido o enxofre como

elemento padratildeo devido ao fato do S estar presente em todas as amostras de cabelo e ser

facilmente detectaacutevel por ambas as teacutecnicas Para cada aacutetomo de S na amostra de cabelo as

seguintes proporccedilotildees atocircmicas foram obtidas 115 x 102 C 274 x 10

1 N 157 x 10

1 O 479 x

10-1

Si 641 x 10-1

Cl 454 x 10-2

Ti 162 x 10-2

Cu 265 x 10-2

Zn e 504 x 10-4

Pb

Figura 22 Espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da amostra 2

(grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 23 Ampliaccedilatildeo I do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 24 Ampliaccedilatildeo II do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

60 CONCLUSOtildeES

As teacutecnicas de XRF e RBS mostraram-se eficientes e complementares na

determinaccedilatildeo de vaacuterios elementos presentes em amostras de cabelo humano Atraveacutes das duas

teacutecnicas foi possiacutevel detectar de forma semiquantitativa a presenccedila de elementos desde o Al

ateacute o Pb Por RBS tambeacutem foram detectados elementos mais leves como C N e O A

utilizaccedilatildeo conjunta das duas teacutecnicas permitiu a identificaccedilatildeo inequiacutevoca de Pb no espectro de

RBS

Eacute evidente que as concentraccedilotildees dos elementos nas amostras de cabelo dependem de

diversos fatores tais como o tipo de alimentaccedilatildeo idade sexo ambiente em que o indiviacuteduo

vive e podem ser provenientes de meios exoacutegenos e endoacutegenos Entretanto considerando o

natildeo aparecimento do Pb em nenhuma das amostras de cabelo das pessoas que ingerem aacutegua

distribuiacuteda pela CEDAE aleacutem das anaacutelises preacutevias da aacutegua dos poccedilos da aacuterea em estudo eacute

possiacutevel afirmar que existe uma elevada possibilidade da aacutegua de poccedilo estaacute atuando como

uma fonte de contaminaccedilatildeo de Pb para as pessoas Como o Pb eacute um elemento toacutexico com

propriedade de bioacumulaccedilatildeo sua presenccedila pode gerar danos irreversiacuteveis aos organismos

vivos

70 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS

Como sugestotildees deste estudo podemos indicar

Realizar uma anaacutelise quantitativa de um nuacutemero mais amplo de amostras

Efetuar uma comparaccedilatildeo com materiais de referecircncia certificados a fim de

determinar com um grau de confiabilidade mais elevado se as quantidades de

chumbo detectadas nas amostras de cabelo estatildeo acima do intervalo de valores

considerados aceitaacuteveis

80 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

[1] POZEBON D DRESSLER V L CURTIUS A J Anaacutelise de cabelo uma revisatildeo

dos procedimentos para a determinaccedilatildeo de elementos traccedilo e aplicaccedilotildees Quiacutem Nova

1999 22 (6) 838-846

[2] FRAZAtildeO S V Estudo da determinaccedilatildeo de elementos traccedilo em cabelos humanos

pelo meacutetodo de anaacutelise por ativaccedilatildeo de necircutrons Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Ciecircncias na

Aacuterea de Tecnologia Nuclear ndash Aplicaccedilotildees Instituto de Pesquisas Energeacuteticas e Nucleares ndash

Universidade de Satildeo Paulo - USP Satildeo Paulo 2008

[3] CARNEIRO M T W D SILVEIRA C L P MIEKELEY N FORTES L M C

Reference intervals for minor and trace elements in human hair for the population of

Rio de Janeiro city Brazil Quiacutem Nova 2002 25 (1) 37-45

[4] KEMPSON I M SKINNER W M KIRKBRIDE K P The ocurrence and

incorporation of copper and zinc in hair and their potential role as bioindicators a

review Journal of Toxicology and Environmental Health 2007 B 10 611-622

[5] CORTES-TORO E DE GOEIJ J J M BASCO J CHENG Y KINOVA L

MATSUBARA J NIESE S SATP T WESENBERG G R MURAMATSU Y PARR

R M The significance of hair mineral analysis as a means for assessing internal body

burdens of environmental pollutants results from an IAEA co-ordinated research

programme Journal of Radionalytical and Nuclear Chemistry 1993 167 (2) 413-421

[6] CLAYTON E WOOLER K K Sample preparation and system calibration for

Proton-Induced X-ray Emission analysis of hair from occupationally exposed workers

Anal Chem198557 1075-1079

[7] MIEKELEY N CARNEIRO M T W D SILVEIRA C L P How reliable are

human hair reference intervals for trace elements The Science of the Total Environment

1998 218 9-17

[8] MIEKELEY N FORTES L M C SILVEIRA C L P LIMA M B Elemental

anomalies in hair as indicators of endocrinologic pathologies and deficiencies in calcium

and bone metabolism Journal of Trace Elements in Medicine and Biology 2001 15 46-55

[9] TORIBARA T Y JACKSON D A FRENCH W R THOMPSON A C

JACKLEVIC J M Nondestructive X-Ray Fluorescence Spectrometry for determination

of trace elements along a single strand of hair Anal Chem 1982 54 1844-1849

[10] KHUDER A BAKIR M A HASAN R MOHAMMAD A Determination of

nickel cuper zinc and lead in human scalp hair in Syrian occupationally exposed

workers by total reflection X-Ray Fluorescence Environ Monit Assess 2008 143 67-74

[11] BARANOWSKA I BARCHANSKI L BAK M SMOLEC B MZYK Z X-Ray

Fluorescence Spectrometry in multielemental analysis of hair and teeth Polish Journal of

Environmental Studies 2004 13 (6) 639-646

[12] WATT F LANDSBERG J P Nuclear microscopy biomedical applications

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research 1993 B 77 249-260

[13] PAIXAtildeO P V GOMES L M B Anaacutelise de aacutegua de poccedilos subterracircneos na

localidade Chaacutecaras Arcampo em Duque de Caxias ndash RJ Relatoacuterio Final de Estaacutegio

Iniciaccedilatildeo Cientiacutefica Instituto de Quiacutemica ndash Universidade Federal do Rio de Janeiro ndash UFRJ

Rio de Janeiro 2012

[14] ANUNCIACcedilAtildeO D L R Anaacutelise de elementos maiores menores e traccedilo em

amostras de cabelo aplicado a triagem populacional com elevada incidecircncia de cacircncer

Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Quiacutemica Instituto de Quiacutemica ndash Universidade de Brasiacutelia

Brasiacutelia ndash Distrito Federal 2008

[15] TEGON E C Caracterizaccedilatildeo Quiacutemica do Enxofre e do Caacutelcio presentes em

amostras de cabelos empregando as teacutecnicas XRF e NEXAFS Projeto de Final de Curso

em Quiacutemica com Atribuiccedilotildees Tecnoloacutegicas Instituto de Quiacutemica ndash Universidade Federal do

Rio de Janeiro Rio de Janeiro 2013

[16] Dossiecirc os minerais na alimentaccedilatildeo Food Ingredients Brasil 2008 ndeg 4 48-65

Disponiacutevel em lt wwwrevista-ficommaterias52pdfgt Acesso em 30 de julho de 2015

[17] CEDAE Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos Disponiacutevel em

ltwwwcedaecombrgt Acesso em 30 de julho de 2015

[18] IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatiacutestica Censo Brasileiro de 2010 Rio de

Janeiro 2010 Disponiacutevel em ltwwwcenso2010ibgegovbrgt Acesso em 30 de julho de

2015

[19] RESENDE D ALENCAR E ALMEIDA R BERTA R Principal reservatoacuterio do

Paraiacuteba do Sul Paraibuna chega ao volume morto pela primeira vez Jornal O Globo 22

de janeiro de 2015 Disponiacutevel em httpogloboglobocomrioprincipal-reservatorio-do-

paraiba-do-sul-paraibuna-chega-ao-volume-morto-pela-primeira-vez-gt Acesso em 30 de

julho de 2015

[20] Fundamentos teoacutericos da teacutecnica de anaacutelise espectromeacutetrica por fluorescecircncia de

raios-x PUC-Rio ndash Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em

lthttpwwwmaxwellvracpuc-riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 30 de julho de 2015

[21] TASCH P DAMIANI F OLIVEIRA L C M IE - 607A Teacutecnicas de anaacutelise e

caracterizaccedilatildeo de materiais Universidade Estadual de Campinas ndash UNICAMP Campinas

2000

[22] FILHO V F N Teacutecnicas analiacuteticas nucleares de Fluorescecircncia de Raios ndashX por

Dispersatildeo de Enerdia (ED-XRF) e por Reflexatildeo Total (TXRF) Departamento de Ciecircncias

Exatas ESALQ Laboratoacuterio de Instrumentaccedilatildeo Nuclear CENA Universidade de Satildeo Paulo

ndash USP Satildeo Paulo 1999

[23] PERDONAacute C R Introduccedilatildeo a espectrometria de Fluorescecircncia de Raios-X Manual

Teacutecnico ndash BRUKER 2014

[24] O espectrocircmetro de fluorescecircncia de raios-x Thermo ARL 9900 PUC-Rio ndash

Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em lthttpwwwmaxwellvracpuc-

riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 08 de agosto de 2015

[25] KRUG C Superfiacutecies porosas recobertas com metalocenos anaacutelise multivariada

envolvendo caracterizaccedilatildeo com feixe de iacuteons Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Fiacutesica Instituto

de Fiacutesica Universidade Federal do Rio Grande do Sul ndash UFRGS Porto Alegre 2000

[26] TABACNIKS M H Anaacutelise de filmes finos por PIXE e RBS Instituto de Fiacutesica da

Universidade de Satildeo Paulo Disponiacutevel em ltwww2ifuspbr~lamfipixeamprbspdfgt Acesso

em julho de 2015

[27] ALMEIDA C R Efeito de tratamentos teacutermico e quiacutemico de aerogeacuteis de oacutexido de

estanho Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Engenharia Eleacutetrica Universidade Federal de Santa

Catarina Florianoacutepolis 2013

[28] ATTWOOD D T HENKE B L et al X-Ray Data Booklet Lawrence Berkeley

Laboratory University of California Berkeley California 1986

ANEXO I

MODELO DO QUESTIONAacuteRIO PREENCHIDO ANTES DA COLETA DAS AMOSTRAS

DE CABELO

Coacutedigo da amostra

Nome

Idade (anos)

Endereccedilo

Fuma Sim ( ) Natildeo ( )

Ingere aacutegua de que tipo (poccedilo CEDAE) Poccedilo ( ) CEDAE ( )

Fez algum tipo de tratamento quiacutemico no cabelo

(coloraccedilatildeo alisamento etc)Sim ( ) Natildeo ( )

Qual Quando foi a uacuteltima vez

Esteve bem de sauacutede nos uacuteltimos 6 meses Sim ( ) Natildeo ( )

Data da coleta

Responsaacutevel pela coleta

COLETA DE AMOSTRA DE CABELO

ANEXO II

INFORMACcedilOtildeES ADICIONAIS SOBRE OS DOADORES E AS AMOSTRAS DE

CABELO COLETADAS

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

1 Feminino 62 Cacheado Castanho Escuro

2 Feminino 27 Cacheado Castanho Escuro

3 Feminino 17 Liso Castanho Escuro

4 Feminino 10 Cacheado Castanho Escuro

5 Feminino 58 Liso Castanho Escuro

6 Feminino 7 Cacheado Castanho Escuro

7 Masculino 17 Liso Castanho Claro

8 Feminino 39 Liso Castanho Escuro

Pessoas que Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

9 Feminino 41 Cacheado Castanho Escuro

10 Feminino 17 Ondulado Castanho Claro

11 Masculino 1 Cacheado Castanho Escuro

12 Feminino 11 Liso Castanho Escuro

13 Masculino 21 Liso Castanho Escuro

14 Masculino 42 Cacheado Preto

15 Masculino 6 Liso Preto

16 Masculino 14 Liso Preto

Pessoas que Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

ANEXO III

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DE POCcedilO (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 1

Amostra 2

Amostra 3

Amostra 4

Amostra 5

Amostra 6

Amostra 7

Amostra 8

ANEXO IV

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DISTRIBUIacuteDA PELA CEDAE (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 9

Amostra 10

Amostra 11

Amostra 12

Amostra 13

Amostra 14

Amostra 15

Amostra 16

Page 45: Dissertação Priscilla Velasco da Paixão

Figura 19 Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios X - S8 TIGER - BRUKER

Figura 20 Acelerador de iacuteons Tandetron - HVEE 3 MV onde foi feita a anaacutelise por

Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford

50 RESULTADOS E DISCUSSOtildeES

51 Anaacutelise por XRF

O espectro completo de XRF da amostra 2 referente ao cabelo de uma pessoa que

ingere aacutegua de poccedilo eacute mostrado na Figura 21 conforme obtido diretamente do equipamento

Eacute possiacutevel identificar as linhas de excitaccedilatildeo do Rh e as linhas de espalhamento Compton e

Rayleigh Os espectros ampliados somente na regiatildeo de interesse com as linhas de

fluorescecircncia Kα e Kβ atribuiacutedas agrave maioria dos elementos (exceto para o chumbo em que se

detectam as linhas Lα e Lβ) e sem as linhas de Rh de todas as amostras analisadas encontram-

se nos ANEXOS III e IV Os elementos analisados e a energia de suas linhas de emissatildeo de

fluorescecircncia Kα e Kβ satildeo apresentados na Tabela 4

Figura 21 Espectro de Fluorescecircncia de Raios X completo da amostra 2

Tabela 4 Energia em keV das principais linhas de emissatildeo de raios x dos elementos

analisados Adaptado de [26]

Os elementos observados e as concentraccedilotildees semiquantitativas das amostras de

cabelo das pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo e das amostras de cabelo das pessoas que

ingerem aacutegua distribuiacuteda pela CEDAE satildeo apresentados respectivamente nas Tabelas 5 e 6

Kα Kβ

Al 1487 1557

Si 1740 1836

P 2014 2139

S 2308 2464

Cl 2622 2816

Ca 3692 4013

Mn 5899 6490

Fe 6404 7058

Cu 8048 8905

Zn 8639 9572

Pb (Linhas Lα e Lβ) 10552 12614

Elementos

Analisados

Energia (keV) das Linhas de

Emissatildeo de Raios X

Tabela 5 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (1 a 8) que

ingerem aacutegua de poccedilo As concentraccedilotildees dos elementos foram normalizadas de modo que a

soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da matriz orgacircnica em conjunto

seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo ldquoa b c drdquo correlacionam a amostra

de cabelo com o poccedilo do qual o indiviacuteduo ingere aacutegua

1 2 3 4 5 6 7 8

Al 002 003 003 34 ppm natildeo det 006 natildeo det 001

Si 001 54 ppm 006 46 ppm 005 002 002 54 ppm

P 003 003 54 ppm 002 001 46 ppm natildeo det 004

S 117 071 115 118 166 135 151 098

Cl 003 65 ppm 002 002 natildeo det 003 natildeo det 61 ppm

Ca 003 003 80 ppm 002 004 002 008 008

Mn 73 ppm 78 ppm 58 ppm 10 ppm natildeo det 91 ppm natildeo det 54 ppm

Fe 001 001 92 ppm 29 ppm 38 ppm 001 27 ppm 83 ppm

Cu 44 ppm 41 ppm 46 ppm 31 ppm natildeo det 44 ppm 37 ppm 36 ppm

Zn 77 ppm 002 91 ppm 82 ppm 41 ppm 92 ppm 40 ppm 98 ppm

Pb 10 ppm 9 ppm 12 ppm 10 ppm natildeo det 10 ppm natildeo det 9 ppm

a b c d

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Elementos

Tabela 6 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (9 a 16)

que ingerem aacutegua tratada e distribuiacuteda pela CEDAE As concentraccedilotildees dos elementos foram

normalizadas de modo que a soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da

matriz orgacircnica em conjunto seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo

9 10 11 12 13 14 15 16

Al 001 36 ppm natildeo det 002 61 ppm 90 ppm 002 natildeo det

Si natildeo det 35 ppm natildeo det 40 ppm 79 ppm 60 ppm natildeo det natildeo det

P 003 34 ppm 003 002 natildeo det 46 ppm natildeo det 41 ppm

S 111 106 116 152 136 145 155 128

Cl 52 ppm 001 002 003 004 005 014 009

Ca 006 004 002 002 001 001 001 001

Mn 51 ppm 9 ppm 32 ppm natildeo det 24 ppm 57 ppm natildeo det 30 ppm

Fe 82 ppm 30 ppm 57 ppm 56 ppm 59 ppm 90 ppm 52 ppm 54 ppm

Cu 31 ppm 51 ppm 28 ppm 27 ppm 31 ppm 44 ppm 14 ppm 29 ppm

Zn 001 001 92 ppm 86 ppm 001 001 42 ppm 001

Pb natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det

Elementos

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

Na anaacutelise semiquantitativa por XRF pode-se verificar a presenccedila de elevadas

concentraccedilotildees de enxofre o que jaacute era esperado visto que este elemento faz parte da estrutura

da cisteiacutena o aminoaacutecido em maior quantidade na composiccedilatildeo do cabelo

Os elementos Ca Zn e Fe foram detectados em todas as amostras dos dois grupos O

Ca aparece na maior parte das amostras em concentraccedilotildees da ordem de enquanto que o Zn

e o Fe da ordem de ppm Os elementos Al P Mn Cl Si e Cu aparecem na maioria das

amostras em ambos os grupos No entanto o Pb foi observado em concentraccedilotildees da ordem de

ppm somente em amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo

Para as amostras 5 7 e 15 utilizou-se um porta amostra com maacutescara de 8 mm de

diacircmetro ao inveacutes da maacutescara de 34 mm utilizada para as outras amostras devido a pouca

quantidade de cabelo coletado Agrave vantagem de poder utilizar menos amostra com a maacutescara

de 8 mm contrapotildee-se um aumento do ruiacutedo de fundo e a consequente perda da sensibilidade

na anaacutelise Tal fato pode provavelmente justificar a quantidade menor de elementos

observados nessas amostras em comparaccedilatildeo com as demais incluindo a ausecircncia do elemento

chumbo nas amostras 5 e 7 jaacute que o mesmo aparece nas amostras 6 e 8 das pessoas que

bebem a mesma aacutegua dos poccedilos c e d respectivamente

52 Anaacutelise por RBS

Apresenta-se na Figura 22 o espectro de RBS da amostra 2 adquirido durante 8

horas de anaacutelise e apoacutes tratamento dos dados atraveacutes do programa computacional OriginPro 8

Duas ampliaccedilotildees (I e II) nas regiotildees de mais alta energia satildeo apresentadas nas Figuras 23 e

24 Observou-se a presenccedila dos elementos C N O Si S Cl Ti Cu Zn e Pb

As energias dos iacuteons He+ retroespalhados a partir da interaccedilatildeo com os nuacutecleos de Pb

e Hg satildeo muito proacuteximas tornando difiacutecil a resoluccedilatildeo dos sinais No entanto o Hg natildeo foi

observado em nenhuma das amostras por XRF enquanto o Pb pode ser detectado claramente

Conclui-se portanto que o degrau no espectro eacute correspondente ao Pb

Utilizando-se o caacutelculo da seccedilatildeo de choque de espalhamento Rutherford foi possiacutevel

obter uma anaacutelise quantitativa relativa da amostra 2 Para isso foi escolhido o enxofre como

elemento padratildeo devido ao fato do S estar presente em todas as amostras de cabelo e ser

facilmente detectaacutevel por ambas as teacutecnicas Para cada aacutetomo de S na amostra de cabelo as

seguintes proporccedilotildees atocircmicas foram obtidas 115 x 102 C 274 x 10

1 N 157 x 10

1 O 479 x

10-1

Si 641 x 10-1

Cl 454 x 10-2

Ti 162 x 10-2

Cu 265 x 10-2

Zn e 504 x 10-4

Pb

Figura 22 Espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da amostra 2

(grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 23 Ampliaccedilatildeo I do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 24 Ampliaccedilatildeo II do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

60 CONCLUSOtildeES

As teacutecnicas de XRF e RBS mostraram-se eficientes e complementares na

determinaccedilatildeo de vaacuterios elementos presentes em amostras de cabelo humano Atraveacutes das duas

teacutecnicas foi possiacutevel detectar de forma semiquantitativa a presenccedila de elementos desde o Al

ateacute o Pb Por RBS tambeacutem foram detectados elementos mais leves como C N e O A

utilizaccedilatildeo conjunta das duas teacutecnicas permitiu a identificaccedilatildeo inequiacutevoca de Pb no espectro de

RBS

Eacute evidente que as concentraccedilotildees dos elementos nas amostras de cabelo dependem de

diversos fatores tais como o tipo de alimentaccedilatildeo idade sexo ambiente em que o indiviacuteduo

vive e podem ser provenientes de meios exoacutegenos e endoacutegenos Entretanto considerando o

natildeo aparecimento do Pb em nenhuma das amostras de cabelo das pessoas que ingerem aacutegua

distribuiacuteda pela CEDAE aleacutem das anaacutelises preacutevias da aacutegua dos poccedilos da aacuterea em estudo eacute

possiacutevel afirmar que existe uma elevada possibilidade da aacutegua de poccedilo estaacute atuando como

uma fonte de contaminaccedilatildeo de Pb para as pessoas Como o Pb eacute um elemento toacutexico com

propriedade de bioacumulaccedilatildeo sua presenccedila pode gerar danos irreversiacuteveis aos organismos

vivos

70 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS

Como sugestotildees deste estudo podemos indicar

Realizar uma anaacutelise quantitativa de um nuacutemero mais amplo de amostras

Efetuar uma comparaccedilatildeo com materiais de referecircncia certificados a fim de

determinar com um grau de confiabilidade mais elevado se as quantidades de

chumbo detectadas nas amostras de cabelo estatildeo acima do intervalo de valores

considerados aceitaacuteveis

80 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

[1] POZEBON D DRESSLER V L CURTIUS A J Anaacutelise de cabelo uma revisatildeo

dos procedimentos para a determinaccedilatildeo de elementos traccedilo e aplicaccedilotildees Quiacutem Nova

1999 22 (6) 838-846

[2] FRAZAtildeO S V Estudo da determinaccedilatildeo de elementos traccedilo em cabelos humanos

pelo meacutetodo de anaacutelise por ativaccedilatildeo de necircutrons Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Ciecircncias na

Aacuterea de Tecnologia Nuclear ndash Aplicaccedilotildees Instituto de Pesquisas Energeacuteticas e Nucleares ndash

Universidade de Satildeo Paulo - USP Satildeo Paulo 2008

[3] CARNEIRO M T W D SILVEIRA C L P MIEKELEY N FORTES L M C

Reference intervals for minor and trace elements in human hair for the population of

Rio de Janeiro city Brazil Quiacutem Nova 2002 25 (1) 37-45

[4] KEMPSON I M SKINNER W M KIRKBRIDE K P The ocurrence and

incorporation of copper and zinc in hair and their potential role as bioindicators a

review Journal of Toxicology and Environmental Health 2007 B 10 611-622

[5] CORTES-TORO E DE GOEIJ J J M BASCO J CHENG Y KINOVA L

MATSUBARA J NIESE S SATP T WESENBERG G R MURAMATSU Y PARR

R M The significance of hair mineral analysis as a means for assessing internal body

burdens of environmental pollutants results from an IAEA co-ordinated research

programme Journal of Radionalytical and Nuclear Chemistry 1993 167 (2) 413-421

[6] CLAYTON E WOOLER K K Sample preparation and system calibration for

Proton-Induced X-ray Emission analysis of hair from occupationally exposed workers

Anal Chem198557 1075-1079

[7] MIEKELEY N CARNEIRO M T W D SILVEIRA C L P How reliable are

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1998 218 9-17

[8] MIEKELEY N FORTES L M C SILVEIRA C L P LIMA M B Elemental

anomalies in hair as indicators of endocrinologic pathologies and deficiencies in calcium

and bone metabolism Journal of Trace Elements in Medicine and Biology 2001 15 46-55

[9] TORIBARA T Y JACKSON D A FRENCH W R THOMPSON A C

JACKLEVIC J M Nondestructive X-Ray Fluorescence Spectrometry for determination

of trace elements along a single strand of hair Anal Chem 1982 54 1844-1849

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nickel cuper zinc and lead in human scalp hair in Syrian occupationally exposed

workers by total reflection X-Ray Fluorescence Environ Monit Assess 2008 143 67-74

[11] BARANOWSKA I BARCHANSKI L BAK M SMOLEC B MZYK Z X-Ray

Fluorescence Spectrometry in multielemental analysis of hair and teeth Polish Journal of

Environmental Studies 2004 13 (6) 639-646

[12] WATT F LANDSBERG J P Nuclear microscopy biomedical applications

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research 1993 B 77 249-260

[13] PAIXAtildeO P V GOMES L M B Anaacutelise de aacutegua de poccedilos subterracircneos na

localidade Chaacutecaras Arcampo em Duque de Caxias ndash RJ Relatoacuterio Final de Estaacutegio

Iniciaccedilatildeo Cientiacutefica Instituto de Quiacutemica ndash Universidade Federal do Rio de Janeiro ndash UFRJ

Rio de Janeiro 2012

[14] ANUNCIACcedilAtildeO D L R Anaacutelise de elementos maiores menores e traccedilo em

amostras de cabelo aplicado a triagem populacional com elevada incidecircncia de cacircncer

Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Quiacutemica Instituto de Quiacutemica ndash Universidade de Brasiacutelia

Brasiacutelia ndash Distrito Federal 2008

[15] TEGON E C Caracterizaccedilatildeo Quiacutemica do Enxofre e do Caacutelcio presentes em

amostras de cabelos empregando as teacutecnicas XRF e NEXAFS Projeto de Final de Curso

em Quiacutemica com Atribuiccedilotildees Tecnoloacutegicas Instituto de Quiacutemica ndash Universidade Federal do

Rio de Janeiro Rio de Janeiro 2013

[16] Dossiecirc os minerais na alimentaccedilatildeo Food Ingredients Brasil 2008 ndeg 4 48-65

Disponiacutevel em lt wwwrevista-ficommaterias52pdfgt Acesso em 30 de julho de 2015

[17] CEDAE Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos Disponiacutevel em

ltwwwcedaecombrgt Acesso em 30 de julho de 2015

[18] IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatiacutestica Censo Brasileiro de 2010 Rio de

Janeiro 2010 Disponiacutevel em ltwwwcenso2010ibgegovbrgt Acesso em 30 de julho de

2015

[19] RESENDE D ALENCAR E ALMEIDA R BERTA R Principal reservatoacuterio do

Paraiacuteba do Sul Paraibuna chega ao volume morto pela primeira vez Jornal O Globo 22

de janeiro de 2015 Disponiacutevel em httpogloboglobocomrioprincipal-reservatorio-do-

paraiba-do-sul-paraibuna-chega-ao-volume-morto-pela-primeira-vez-gt Acesso em 30 de

julho de 2015

[20] Fundamentos teoacutericos da teacutecnica de anaacutelise espectromeacutetrica por fluorescecircncia de

raios-x PUC-Rio ndash Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em

lthttpwwwmaxwellvracpuc-riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 30 de julho de 2015

[21] TASCH P DAMIANI F OLIVEIRA L C M IE - 607A Teacutecnicas de anaacutelise e

caracterizaccedilatildeo de materiais Universidade Estadual de Campinas ndash UNICAMP Campinas

2000

[22] FILHO V F N Teacutecnicas analiacuteticas nucleares de Fluorescecircncia de Raios ndashX por

Dispersatildeo de Enerdia (ED-XRF) e por Reflexatildeo Total (TXRF) Departamento de Ciecircncias

Exatas ESALQ Laboratoacuterio de Instrumentaccedilatildeo Nuclear CENA Universidade de Satildeo Paulo

ndash USP Satildeo Paulo 1999

[23] PERDONAacute C R Introduccedilatildeo a espectrometria de Fluorescecircncia de Raios-X Manual

Teacutecnico ndash BRUKER 2014

[24] O espectrocircmetro de fluorescecircncia de raios-x Thermo ARL 9900 PUC-Rio ndash

Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em lthttpwwwmaxwellvracpuc-

riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 08 de agosto de 2015

[25] KRUG C Superfiacutecies porosas recobertas com metalocenos anaacutelise multivariada

envolvendo caracterizaccedilatildeo com feixe de iacuteons Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Fiacutesica Instituto

de Fiacutesica Universidade Federal do Rio Grande do Sul ndash UFRGS Porto Alegre 2000

[26] TABACNIKS M H Anaacutelise de filmes finos por PIXE e RBS Instituto de Fiacutesica da

Universidade de Satildeo Paulo Disponiacutevel em ltwww2ifuspbr~lamfipixeamprbspdfgt Acesso

em julho de 2015

[27] ALMEIDA C R Efeito de tratamentos teacutermico e quiacutemico de aerogeacuteis de oacutexido de

estanho Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Engenharia Eleacutetrica Universidade Federal de Santa

Catarina Florianoacutepolis 2013

[28] ATTWOOD D T HENKE B L et al X-Ray Data Booklet Lawrence Berkeley

Laboratory University of California Berkeley California 1986

ANEXO I

MODELO DO QUESTIONAacuteRIO PREENCHIDO ANTES DA COLETA DAS AMOSTRAS

DE CABELO

Coacutedigo da amostra

Nome

Idade (anos)

Endereccedilo

Fuma Sim ( ) Natildeo ( )

Ingere aacutegua de que tipo (poccedilo CEDAE) Poccedilo ( ) CEDAE ( )

Fez algum tipo de tratamento quiacutemico no cabelo

(coloraccedilatildeo alisamento etc)Sim ( ) Natildeo ( )

Qual Quando foi a uacuteltima vez

Esteve bem de sauacutede nos uacuteltimos 6 meses Sim ( ) Natildeo ( )

Data da coleta

Responsaacutevel pela coleta

COLETA DE AMOSTRA DE CABELO

ANEXO II

INFORMACcedilOtildeES ADICIONAIS SOBRE OS DOADORES E AS AMOSTRAS DE

CABELO COLETADAS

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

1 Feminino 62 Cacheado Castanho Escuro

2 Feminino 27 Cacheado Castanho Escuro

3 Feminino 17 Liso Castanho Escuro

4 Feminino 10 Cacheado Castanho Escuro

5 Feminino 58 Liso Castanho Escuro

6 Feminino 7 Cacheado Castanho Escuro

7 Masculino 17 Liso Castanho Claro

8 Feminino 39 Liso Castanho Escuro

Pessoas que Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

9 Feminino 41 Cacheado Castanho Escuro

10 Feminino 17 Ondulado Castanho Claro

11 Masculino 1 Cacheado Castanho Escuro

12 Feminino 11 Liso Castanho Escuro

13 Masculino 21 Liso Castanho Escuro

14 Masculino 42 Cacheado Preto

15 Masculino 6 Liso Preto

16 Masculino 14 Liso Preto

Pessoas que Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

ANEXO III

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DE POCcedilO (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 1

Amostra 2

Amostra 3

Amostra 4

Amostra 5

Amostra 6

Amostra 7

Amostra 8

ANEXO IV

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DISTRIBUIacuteDA PELA CEDAE (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 9

Amostra 10

Amostra 11

Amostra 12

Amostra 13

Amostra 14

Amostra 15

Amostra 16

Page 46: Dissertação Priscilla Velasco da Paixão

50 RESULTADOS E DISCUSSOtildeES

51 Anaacutelise por XRF

O espectro completo de XRF da amostra 2 referente ao cabelo de uma pessoa que

ingere aacutegua de poccedilo eacute mostrado na Figura 21 conforme obtido diretamente do equipamento

Eacute possiacutevel identificar as linhas de excitaccedilatildeo do Rh e as linhas de espalhamento Compton e

Rayleigh Os espectros ampliados somente na regiatildeo de interesse com as linhas de

fluorescecircncia Kα e Kβ atribuiacutedas agrave maioria dos elementos (exceto para o chumbo em que se

detectam as linhas Lα e Lβ) e sem as linhas de Rh de todas as amostras analisadas encontram-

se nos ANEXOS III e IV Os elementos analisados e a energia de suas linhas de emissatildeo de

fluorescecircncia Kα e Kβ satildeo apresentados na Tabela 4

Figura 21 Espectro de Fluorescecircncia de Raios X completo da amostra 2

Tabela 4 Energia em keV das principais linhas de emissatildeo de raios x dos elementos

analisados Adaptado de [26]

Os elementos observados e as concentraccedilotildees semiquantitativas das amostras de

cabelo das pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo e das amostras de cabelo das pessoas que

ingerem aacutegua distribuiacuteda pela CEDAE satildeo apresentados respectivamente nas Tabelas 5 e 6

Kα Kβ

Al 1487 1557

Si 1740 1836

P 2014 2139

S 2308 2464

Cl 2622 2816

Ca 3692 4013

Mn 5899 6490

Fe 6404 7058

Cu 8048 8905

Zn 8639 9572

Pb (Linhas Lα e Lβ) 10552 12614

Elementos

Analisados

Energia (keV) das Linhas de

Emissatildeo de Raios X

Tabela 5 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (1 a 8) que

ingerem aacutegua de poccedilo As concentraccedilotildees dos elementos foram normalizadas de modo que a

soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da matriz orgacircnica em conjunto

seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo ldquoa b c drdquo correlacionam a amostra

de cabelo com o poccedilo do qual o indiviacuteduo ingere aacutegua

1 2 3 4 5 6 7 8

Al 002 003 003 34 ppm natildeo det 006 natildeo det 001

Si 001 54 ppm 006 46 ppm 005 002 002 54 ppm

P 003 003 54 ppm 002 001 46 ppm natildeo det 004

S 117 071 115 118 166 135 151 098

Cl 003 65 ppm 002 002 natildeo det 003 natildeo det 61 ppm

Ca 003 003 80 ppm 002 004 002 008 008

Mn 73 ppm 78 ppm 58 ppm 10 ppm natildeo det 91 ppm natildeo det 54 ppm

Fe 001 001 92 ppm 29 ppm 38 ppm 001 27 ppm 83 ppm

Cu 44 ppm 41 ppm 46 ppm 31 ppm natildeo det 44 ppm 37 ppm 36 ppm

Zn 77 ppm 002 91 ppm 82 ppm 41 ppm 92 ppm 40 ppm 98 ppm

Pb 10 ppm 9 ppm 12 ppm 10 ppm natildeo det 10 ppm natildeo det 9 ppm

a b c d

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Elementos

Tabela 6 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (9 a 16)

que ingerem aacutegua tratada e distribuiacuteda pela CEDAE As concentraccedilotildees dos elementos foram

normalizadas de modo que a soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da

matriz orgacircnica em conjunto seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo

9 10 11 12 13 14 15 16

Al 001 36 ppm natildeo det 002 61 ppm 90 ppm 002 natildeo det

Si natildeo det 35 ppm natildeo det 40 ppm 79 ppm 60 ppm natildeo det natildeo det

P 003 34 ppm 003 002 natildeo det 46 ppm natildeo det 41 ppm

S 111 106 116 152 136 145 155 128

Cl 52 ppm 001 002 003 004 005 014 009

Ca 006 004 002 002 001 001 001 001

Mn 51 ppm 9 ppm 32 ppm natildeo det 24 ppm 57 ppm natildeo det 30 ppm

Fe 82 ppm 30 ppm 57 ppm 56 ppm 59 ppm 90 ppm 52 ppm 54 ppm

Cu 31 ppm 51 ppm 28 ppm 27 ppm 31 ppm 44 ppm 14 ppm 29 ppm

Zn 001 001 92 ppm 86 ppm 001 001 42 ppm 001

Pb natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det

Elementos

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

Na anaacutelise semiquantitativa por XRF pode-se verificar a presenccedila de elevadas

concentraccedilotildees de enxofre o que jaacute era esperado visto que este elemento faz parte da estrutura

da cisteiacutena o aminoaacutecido em maior quantidade na composiccedilatildeo do cabelo

Os elementos Ca Zn e Fe foram detectados em todas as amostras dos dois grupos O

Ca aparece na maior parte das amostras em concentraccedilotildees da ordem de enquanto que o Zn

e o Fe da ordem de ppm Os elementos Al P Mn Cl Si e Cu aparecem na maioria das

amostras em ambos os grupos No entanto o Pb foi observado em concentraccedilotildees da ordem de

ppm somente em amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo

Para as amostras 5 7 e 15 utilizou-se um porta amostra com maacutescara de 8 mm de

diacircmetro ao inveacutes da maacutescara de 34 mm utilizada para as outras amostras devido a pouca

quantidade de cabelo coletado Agrave vantagem de poder utilizar menos amostra com a maacutescara

de 8 mm contrapotildee-se um aumento do ruiacutedo de fundo e a consequente perda da sensibilidade

na anaacutelise Tal fato pode provavelmente justificar a quantidade menor de elementos

observados nessas amostras em comparaccedilatildeo com as demais incluindo a ausecircncia do elemento

chumbo nas amostras 5 e 7 jaacute que o mesmo aparece nas amostras 6 e 8 das pessoas que

bebem a mesma aacutegua dos poccedilos c e d respectivamente

52 Anaacutelise por RBS

Apresenta-se na Figura 22 o espectro de RBS da amostra 2 adquirido durante 8

horas de anaacutelise e apoacutes tratamento dos dados atraveacutes do programa computacional OriginPro 8

Duas ampliaccedilotildees (I e II) nas regiotildees de mais alta energia satildeo apresentadas nas Figuras 23 e

24 Observou-se a presenccedila dos elementos C N O Si S Cl Ti Cu Zn e Pb

As energias dos iacuteons He+ retroespalhados a partir da interaccedilatildeo com os nuacutecleos de Pb

e Hg satildeo muito proacuteximas tornando difiacutecil a resoluccedilatildeo dos sinais No entanto o Hg natildeo foi

observado em nenhuma das amostras por XRF enquanto o Pb pode ser detectado claramente

Conclui-se portanto que o degrau no espectro eacute correspondente ao Pb

Utilizando-se o caacutelculo da seccedilatildeo de choque de espalhamento Rutherford foi possiacutevel

obter uma anaacutelise quantitativa relativa da amostra 2 Para isso foi escolhido o enxofre como

elemento padratildeo devido ao fato do S estar presente em todas as amostras de cabelo e ser

facilmente detectaacutevel por ambas as teacutecnicas Para cada aacutetomo de S na amostra de cabelo as

seguintes proporccedilotildees atocircmicas foram obtidas 115 x 102 C 274 x 10

1 N 157 x 10

1 O 479 x

10-1

Si 641 x 10-1

Cl 454 x 10-2

Ti 162 x 10-2

Cu 265 x 10-2

Zn e 504 x 10-4

Pb

Figura 22 Espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da amostra 2

(grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 23 Ampliaccedilatildeo I do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 24 Ampliaccedilatildeo II do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

60 CONCLUSOtildeES

As teacutecnicas de XRF e RBS mostraram-se eficientes e complementares na

determinaccedilatildeo de vaacuterios elementos presentes em amostras de cabelo humano Atraveacutes das duas

teacutecnicas foi possiacutevel detectar de forma semiquantitativa a presenccedila de elementos desde o Al

ateacute o Pb Por RBS tambeacutem foram detectados elementos mais leves como C N e O A

utilizaccedilatildeo conjunta das duas teacutecnicas permitiu a identificaccedilatildeo inequiacutevoca de Pb no espectro de

RBS

Eacute evidente que as concentraccedilotildees dos elementos nas amostras de cabelo dependem de

diversos fatores tais como o tipo de alimentaccedilatildeo idade sexo ambiente em que o indiviacuteduo

vive e podem ser provenientes de meios exoacutegenos e endoacutegenos Entretanto considerando o

natildeo aparecimento do Pb em nenhuma das amostras de cabelo das pessoas que ingerem aacutegua

distribuiacuteda pela CEDAE aleacutem das anaacutelises preacutevias da aacutegua dos poccedilos da aacuterea em estudo eacute

possiacutevel afirmar que existe uma elevada possibilidade da aacutegua de poccedilo estaacute atuando como

uma fonte de contaminaccedilatildeo de Pb para as pessoas Como o Pb eacute um elemento toacutexico com

propriedade de bioacumulaccedilatildeo sua presenccedila pode gerar danos irreversiacuteveis aos organismos

vivos

70 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS

Como sugestotildees deste estudo podemos indicar

Realizar uma anaacutelise quantitativa de um nuacutemero mais amplo de amostras

Efetuar uma comparaccedilatildeo com materiais de referecircncia certificados a fim de

determinar com um grau de confiabilidade mais elevado se as quantidades de

chumbo detectadas nas amostras de cabelo estatildeo acima do intervalo de valores

considerados aceitaacuteveis

80 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

[1] POZEBON D DRESSLER V L CURTIUS A J Anaacutelise de cabelo uma revisatildeo

dos procedimentos para a determinaccedilatildeo de elementos traccedilo e aplicaccedilotildees Quiacutem Nova

1999 22 (6) 838-846

[2] FRAZAtildeO S V Estudo da determinaccedilatildeo de elementos traccedilo em cabelos humanos

pelo meacutetodo de anaacutelise por ativaccedilatildeo de necircutrons Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Ciecircncias na

Aacuterea de Tecnologia Nuclear ndash Aplicaccedilotildees Instituto de Pesquisas Energeacuteticas e Nucleares ndash

Universidade de Satildeo Paulo - USP Satildeo Paulo 2008

[3] CARNEIRO M T W D SILVEIRA C L P MIEKELEY N FORTES L M C

Reference intervals for minor and trace elements in human hair for the population of

Rio de Janeiro city Brazil Quiacutem Nova 2002 25 (1) 37-45

[4] KEMPSON I M SKINNER W M KIRKBRIDE K P The ocurrence and

incorporation of copper and zinc in hair and their potential role as bioindicators a

review Journal of Toxicology and Environmental Health 2007 B 10 611-622

[5] CORTES-TORO E DE GOEIJ J J M BASCO J CHENG Y KINOVA L

MATSUBARA J NIESE S SATP T WESENBERG G R MURAMATSU Y PARR

R M The significance of hair mineral analysis as a means for assessing internal body

burdens of environmental pollutants results from an IAEA co-ordinated research

programme Journal of Radionalytical and Nuclear Chemistry 1993 167 (2) 413-421

[6] CLAYTON E WOOLER K K Sample preparation and system calibration for

Proton-Induced X-ray Emission analysis of hair from occupationally exposed workers

Anal Chem198557 1075-1079

[7] MIEKELEY N CARNEIRO M T W D SILVEIRA C L P How reliable are

human hair reference intervals for trace elements The Science of the Total Environment

1998 218 9-17

[8] MIEKELEY N FORTES L M C SILVEIRA C L P LIMA M B Elemental

anomalies in hair as indicators of endocrinologic pathologies and deficiencies in calcium

and bone metabolism Journal of Trace Elements in Medicine and Biology 2001 15 46-55

[9] TORIBARA T Y JACKSON D A FRENCH W R THOMPSON A C

JACKLEVIC J M Nondestructive X-Ray Fluorescence Spectrometry for determination

of trace elements along a single strand of hair Anal Chem 1982 54 1844-1849

[10] KHUDER A BAKIR M A HASAN R MOHAMMAD A Determination of

nickel cuper zinc and lead in human scalp hair in Syrian occupationally exposed

workers by total reflection X-Ray Fluorescence Environ Monit Assess 2008 143 67-74

[11] BARANOWSKA I BARCHANSKI L BAK M SMOLEC B MZYK Z X-Ray

Fluorescence Spectrometry in multielemental analysis of hair and teeth Polish Journal of

Environmental Studies 2004 13 (6) 639-646

[12] WATT F LANDSBERG J P Nuclear microscopy biomedical applications

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research 1993 B 77 249-260

[13] PAIXAtildeO P V GOMES L M B Anaacutelise de aacutegua de poccedilos subterracircneos na

localidade Chaacutecaras Arcampo em Duque de Caxias ndash RJ Relatoacuterio Final de Estaacutegio

Iniciaccedilatildeo Cientiacutefica Instituto de Quiacutemica ndash Universidade Federal do Rio de Janeiro ndash UFRJ

Rio de Janeiro 2012

[14] ANUNCIACcedilAtildeO D L R Anaacutelise de elementos maiores menores e traccedilo em

amostras de cabelo aplicado a triagem populacional com elevada incidecircncia de cacircncer

Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Quiacutemica Instituto de Quiacutemica ndash Universidade de Brasiacutelia

Brasiacutelia ndash Distrito Federal 2008

[15] TEGON E C Caracterizaccedilatildeo Quiacutemica do Enxofre e do Caacutelcio presentes em

amostras de cabelos empregando as teacutecnicas XRF e NEXAFS Projeto de Final de Curso

em Quiacutemica com Atribuiccedilotildees Tecnoloacutegicas Instituto de Quiacutemica ndash Universidade Federal do

Rio de Janeiro Rio de Janeiro 2013

[16] Dossiecirc os minerais na alimentaccedilatildeo Food Ingredients Brasil 2008 ndeg 4 48-65

Disponiacutevel em lt wwwrevista-ficommaterias52pdfgt Acesso em 30 de julho de 2015

[17] CEDAE Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos Disponiacutevel em

ltwwwcedaecombrgt Acesso em 30 de julho de 2015

[18] IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatiacutestica Censo Brasileiro de 2010 Rio de

Janeiro 2010 Disponiacutevel em ltwwwcenso2010ibgegovbrgt Acesso em 30 de julho de

2015

[19] RESENDE D ALENCAR E ALMEIDA R BERTA R Principal reservatoacuterio do

Paraiacuteba do Sul Paraibuna chega ao volume morto pela primeira vez Jornal O Globo 22

de janeiro de 2015 Disponiacutevel em httpogloboglobocomrioprincipal-reservatorio-do-

paraiba-do-sul-paraibuna-chega-ao-volume-morto-pela-primeira-vez-gt Acesso em 30 de

julho de 2015

[20] Fundamentos teoacutericos da teacutecnica de anaacutelise espectromeacutetrica por fluorescecircncia de

raios-x PUC-Rio ndash Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em

lthttpwwwmaxwellvracpuc-riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 30 de julho de 2015

[21] TASCH P DAMIANI F OLIVEIRA L C M IE - 607A Teacutecnicas de anaacutelise e

caracterizaccedilatildeo de materiais Universidade Estadual de Campinas ndash UNICAMP Campinas

2000

[22] FILHO V F N Teacutecnicas analiacuteticas nucleares de Fluorescecircncia de Raios ndashX por

Dispersatildeo de Enerdia (ED-XRF) e por Reflexatildeo Total (TXRF) Departamento de Ciecircncias

Exatas ESALQ Laboratoacuterio de Instrumentaccedilatildeo Nuclear CENA Universidade de Satildeo Paulo

ndash USP Satildeo Paulo 1999

[23] PERDONAacute C R Introduccedilatildeo a espectrometria de Fluorescecircncia de Raios-X Manual

Teacutecnico ndash BRUKER 2014

[24] O espectrocircmetro de fluorescecircncia de raios-x Thermo ARL 9900 PUC-Rio ndash

Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em lthttpwwwmaxwellvracpuc-

riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 08 de agosto de 2015

[25] KRUG C Superfiacutecies porosas recobertas com metalocenos anaacutelise multivariada

envolvendo caracterizaccedilatildeo com feixe de iacuteons Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Fiacutesica Instituto

de Fiacutesica Universidade Federal do Rio Grande do Sul ndash UFRGS Porto Alegre 2000

[26] TABACNIKS M H Anaacutelise de filmes finos por PIXE e RBS Instituto de Fiacutesica da

Universidade de Satildeo Paulo Disponiacutevel em ltwww2ifuspbr~lamfipixeamprbspdfgt Acesso

em julho de 2015

[27] ALMEIDA C R Efeito de tratamentos teacutermico e quiacutemico de aerogeacuteis de oacutexido de

estanho Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Engenharia Eleacutetrica Universidade Federal de Santa

Catarina Florianoacutepolis 2013

[28] ATTWOOD D T HENKE B L et al X-Ray Data Booklet Lawrence Berkeley

Laboratory University of California Berkeley California 1986

ANEXO I

MODELO DO QUESTIONAacuteRIO PREENCHIDO ANTES DA COLETA DAS AMOSTRAS

DE CABELO

Coacutedigo da amostra

Nome

Idade (anos)

Endereccedilo

Fuma Sim ( ) Natildeo ( )

Ingere aacutegua de que tipo (poccedilo CEDAE) Poccedilo ( ) CEDAE ( )

Fez algum tipo de tratamento quiacutemico no cabelo

(coloraccedilatildeo alisamento etc)Sim ( ) Natildeo ( )

Qual Quando foi a uacuteltima vez

Esteve bem de sauacutede nos uacuteltimos 6 meses Sim ( ) Natildeo ( )

Data da coleta

Responsaacutevel pela coleta

COLETA DE AMOSTRA DE CABELO

ANEXO II

INFORMACcedilOtildeES ADICIONAIS SOBRE OS DOADORES E AS AMOSTRAS DE

CABELO COLETADAS

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

1 Feminino 62 Cacheado Castanho Escuro

2 Feminino 27 Cacheado Castanho Escuro

3 Feminino 17 Liso Castanho Escuro

4 Feminino 10 Cacheado Castanho Escuro

5 Feminino 58 Liso Castanho Escuro

6 Feminino 7 Cacheado Castanho Escuro

7 Masculino 17 Liso Castanho Claro

8 Feminino 39 Liso Castanho Escuro

Pessoas que Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

9 Feminino 41 Cacheado Castanho Escuro

10 Feminino 17 Ondulado Castanho Claro

11 Masculino 1 Cacheado Castanho Escuro

12 Feminino 11 Liso Castanho Escuro

13 Masculino 21 Liso Castanho Escuro

14 Masculino 42 Cacheado Preto

15 Masculino 6 Liso Preto

16 Masculino 14 Liso Preto

Pessoas que Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

ANEXO III

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DE POCcedilO (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 1

Amostra 2

Amostra 3

Amostra 4

Amostra 5

Amostra 6

Amostra 7

Amostra 8

ANEXO IV

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DISTRIBUIacuteDA PELA CEDAE (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 9

Amostra 10

Amostra 11

Amostra 12

Amostra 13

Amostra 14

Amostra 15

Amostra 16

Page 47: Dissertação Priscilla Velasco da Paixão

Tabela 4 Energia em keV das principais linhas de emissatildeo de raios x dos elementos

analisados Adaptado de [26]

Os elementos observados e as concentraccedilotildees semiquantitativas das amostras de

cabelo das pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo e das amostras de cabelo das pessoas que

ingerem aacutegua distribuiacuteda pela CEDAE satildeo apresentados respectivamente nas Tabelas 5 e 6

Kα Kβ

Al 1487 1557

Si 1740 1836

P 2014 2139

S 2308 2464

Cl 2622 2816

Ca 3692 4013

Mn 5899 6490

Fe 6404 7058

Cu 8048 8905

Zn 8639 9572

Pb (Linhas Lα e Lβ) 10552 12614

Elementos

Analisados

Energia (keV) das Linhas de

Emissatildeo de Raios X

Tabela 5 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (1 a 8) que

ingerem aacutegua de poccedilo As concentraccedilotildees dos elementos foram normalizadas de modo que a

soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da matriz orgacircnica em conjunto

seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo ldquoa b c drdquo correlacionam a amostra

de cabelo com o poccedilo do qual o indiviacuteduo ingere aacutegua

1 2 3 4 5 6 7 8

Al 002 003 003 34 ppm natildeo det 006 natildeo det 001

Si 001 54 ppm 006 46 ppm 005 002 002 54 ppm

P 003 003 54 ppm 002 001 46 ppm natildeo det 004

S 117 071 115 118 166 135 151 098

Cl 003 65 ppm 002 002 natildeo det 003 natildeo det 61 ppm

Ca 003 003 80 ppm 002 004 002 008 008

Mn 73 ppm 78 ppm 58 ppm 10 ppm natildeo det 91 ppm natildeo det 54 ppm

Fe 001 001 92 ppm 29 ppm 38 ppm 001 27 ppm 83 ppm

Cu 44 ppm 41 ppm 46 ppm 31 ppm natildeo det 44 ppm 37 ppm 36 ppm

Zn 77 ppm 002 91 ppm 82 ppm 41 ppm 92 ppm 40 ppm 98 ppm

Pb 10 ppm 9 ppm 12 ppm 10 ppm natildeo det 10 ppm natildeo det 9 ppm

a b c d

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Elementos

Tabela 6 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (9 a 16)

que ingerem aacutegua tratada e distribuiacuteda pela CEDAE As concentraccedilotildees dos elementos foram

normalizadas de modo que a soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da

matriz orgacircnica em conjunto seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo

9 10 11 12 13 14 15 16

Al 001 36 ppm natildeo det 002 61 ppm 90 ppm 002 natildeo det

Si natildeo det 35 ppm natildeo det 40 ppm 79 ppm 60 ppm natildeo det natildeo det

P 003 34 ppm 003 002 natildeo det 46 ppm natildeo det 41 ppm

S 111 106 116 152 136 145 155 128

Cl 52 ppm 001 002 003 004 005 014 009

Ca 006 004 002 002 001 001 001 001

Mn 51 ppm 9 ppm 32 ppm natildeo det 24 ppm 57 ppm natildeo det 30 ppm

Fe 82 ppm 30 ppm 57 ppm 56 ppm 59 ppm 90 ppm 52 ppm 54 ppm

Cu 31 ppm 51 ppm 28 ppm 27 ppm 31 ppm 44 ppm 14 ppm 29 ppm

Zn 001 001 92 ppm 86 ppm 001 001 42 ppm 001

Pb natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det

Elementos

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

Na anaacutelise semiquantitativa por XRF pode-se verificar a presenccedila de elevadas

concentraccedilotildees de enxofre o que jaacute era esperado visto que este elemento faz parte da estrutura

da cisteiacutena o aminoaacutecido em maior quantidade na composiccedilatildeo do cabelo

Os elementos Ca Zn e Fe foram detectados em todas as amostras dos dois grupos O

Ca aparece na maior parte das amostras em concentraccedilotildees da ordem de enquanto que o Zn

e o Fe da ordem de ppm Os elementos Al P Mn Cl Si e Cu aparecem na maioria das

amostras em ambos os grupos No entanto o Pb foi observado em concentraccedilotildees da ordem de

ppm somente em amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo

Para as amostras 5 7 e 15 utilizou-se um porta amostra com maacutescara de 8 mm de

diacircmetro ao inveacutes da maacutescara de 34 mm utilizada para as outras amostras devido a pouca

quantidade de cabelo coletado Agrave vantagem de poder utilizar menos amostra com a maacutescara

de 8 mm contrapotildee-se um aumento do ruiacutedo de fundo e a consequente perda da sensibilidade

na anaacutelise Tal fato pode provavelmente justificar a quantidade menor de elementos

observados nessas amostras em comparaccedilatildeo com as demais incluindo a ausecircncia do elemento

chumbo nas amostras 5 e 7 jaacute que o mesmo aparece nas amostras 6 e 8 das pessoas que

bebem a mesma aacutegua dos poccedilos c e d respectivamente

52 Anaacutelise por RBS

Apresenta-se na Figura 22 o espectro de RBS da amostra 2 adquirido durante 8

horas de anaacutelise e apoacutes tratamento dos dados atraveacutes do programa computacional OriginPro 8

Duas ampliaccedilotildees (I e II) nas regiotildees de mais alta energia satildeo apresentadas nas Figuras 23 e

24 Observou-se a presenccedila dos elementos C N O Si S Cl Ti Cu Zn e Pb

As energias dos iacuteons He+ retroespalhados a partir da interaccedilatildeo com os nuacutecleos de Pb

e Hg satildeo muito proacuteximas tornando difiacutecil a resoluccedilatildeo dos sinais No entanto o Hg natildeo foi

observado em nenhuma das amostras por XRF enquanto o Pb pode ser detectado claramente

Conclui-se portanto que o degrau no espectro eacute correspondente ao Pb

Utilizando-se o caacutelculo da seccedilatildeo de choque de espalhamento Rutherford foi possiacutevel

obter uma anaacutelise quantitativa relativa da amostra 2 Para isso foi escolhido o enxofre como

elemento padratildeo devido ao fato do S estar presente em todas as amostras de cabelo e ser

facilmente detectaacutevel por ambas as teacutecnicas Para cada aacutetomo de S na amostra de cabelo as

seguintes proporccedilotildees atocircmicas foram obtidas 115 x 102 C 274 x 10

1 N 157 x 10

1 O 479 x

10-1

Si 641 x 10-1

Cl 454 x 10-2

Ti 162 x 10-2

Cu 265 x 10-2

Zn e 504 x 10-4

Pb

Figura 22 Espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da amostra 2

(grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 23 Ampliaccedilatildeo I do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 24 Ampliaccedilatildeo II do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

60 CONCLUSOtildeES

As teacutecnicas de XRF e RBS mostraram-se eficientes e complementares na

determinaccedilatildeo de vaacuterios elementos presentes em amostras de cabelo humano Atraveacutes das duas

teacutecnicas foi possiacutevel detectar de forma semiquantitativa a presenccedila de elementos desde o Al

ateacute o Pb Por RBS tambeacutem foram detectados elementos mais leves como C N e O A

utilizaccedilatildeo conjunta das duas teacutecnicas permitiu a identificaccedilatildeo inequiacutevoca de Pb no espectro de

RBS

Eacute evidente que as concentraccedilotildees dos elementos nas amostras de cabelo dependem de

diversos fatores tais como o tipo de alimentaccedilatildeo idade sexo ambiente em que o indiviacuteduo

vive e podem ser provenientes de meios exoacutegenos e endoacutegenos Entretanto considerando o

natildeo aparecimento do Pb em nenhuma das amostras de cabelo das pessoas que ingerem aacutegua

distribuiacuteda pela CEDAE aleacutem das anaacutelises preacutevias da aacutegua dos poccedilos da aacuterea em estudo eacute

possiacutevel afirmar que existe uma elevada possibilidade da aacutegua de poccedilo estaacute atuando como

uma fonte de contaminaccedilatildeo de Pb para as pessoas Como o Pb eacute um elemento toacutexico com

propriedade de bioacumulaccedilatildeo sua presenccedila pode gerar danos irreversiacuteveis aos organismos

vivos

70 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS

Como sugestotildees deste estudo podemos indicar

Realizar uma anaacutelise quantitativa de um nuacutemero mais amplo de amostras

Efetuar uma comparaccedilatildeo com materiais de referecircncia certificados a fim de

determinar com um grau de confiabilidade mais elevado se as quantidades de

chumbo detectadas nas amostras de cabelo estatildeo acima do intervalo de valores

considerados aceitaacuteveis

80 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

[1] POZEBON D DRESSLER V L CURTIUS A J Anaacutelise de cabelo uma revisatildeo

dos procedimentos para a determinaccedilatildeo de elementos traccedilo e aplicaccedilotildees Quiacutem Nova

1999 22 (6) 838-846

[2] FRAZAtildeO S V Estudo da determinaccedilatildeo de elementos traccedilo em cabelos humanos

pelo meacutetodo de anaacutelise por ativaccedilatildeo de necircutrons Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Ciecircncias na

Aacuterea de Tecnologia Nuclear ndash Aplicaccedilotildees Instituto de Pesquisas Energeacuteticas e Nucleares ndash

Universidade de Satildeo Paulo - USP Satildeo Paulo 2008

[3] CARNEIRO M T W D SILVEIRA C L P MIEKELEY N FORTES L M C

Reference intervals for minor and trace elements in human hair for the population of

Rio de Janeiro city Brazil Quiacutem Nova 2002 25 (1) 37-45

[4] KEMPSON I M SKINNER W M KIRKBRIDE K P The ocurrence and

incorporation of copper and zinc in hair and their potential role as bioindicators a

review Journal of Toxicology and Environmental Health 2007 B 10 611-622

[5] CORTES-TORO E DE GOEIJ J J M BASCO J CHENG Y KINOVA L

MATSUBARA J NIESE S SATP T WESENBERG G R MURAMATSU Y PARR

R M The significance of hair mineral analysis as a means for assessing internal body

burdens of environmental pollutants results from an IAEA co-ordinated research

programme Journal of Radionalytical and Nuclear Chemistry 1993 167 (2) 413-421

[6] CLAYTON E WOOLER K K Sample preparation and system calibration for

Proton-Induced X-ray Emission analysis of hair from occupationally exposed workers

Anal Chem198557 1075-1079

[7] MIEKELEY N CARNEIRO M T W D SILVEIRA C L P How reliable are

human hair reference intervals for trace elements The Science of the Total Environment

1998 218 9-17

[8] MIEKELEY N FORTES L M C SILVEIRA C L P LIMA M B Elemental

anomalies in hair as indicators of endocrinologic pathologies and deficiencies in calcium

and bone metabolism Journal of Trace Elements in Medicine and Biology 2001 15 46-55

[9] TORIBARA T Y JACKSON D A FRENCH W R THOMPSON A C

JACKLEVIC J M Nondestructive X-Ray Fluorescence Spectrometry for determination

of trace elements along a single strand of hair Anal Chem 1982 54 1844-1849

[10] KHUDER A BAKIR M A HASAN R MOHAMMAD A Determination of

nickel cuper zinc and lead in human scalp hair in Syrian occupationally exposed

workers by total reflection X-Ray Fluorescence Environ Monit Assess 2008 143 67-74

[11] BARANOWSKA I BARCHANSKI L BAK M SMOLEC B MZYK Z X-Ray

Fluorescence Spectrometry in multielemental analysis of hair and teeth Polish Journal of

Environmental Studies 2004 13 (6) 639-646

[12] WATT F LANDSBERG J P Nuclear microscopy biomedical applications

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research 1993 B 77 249-260

[13] PAIXAtildeO P V GOMES L M B Anaacutelise de aacutegua de poccedilos subterracircneos na

localidade Chaacutecaras Arcampo em Duque de Caxias ndash RJ Relatoacuterio Final de Estaacutegio

Iniciaccedilatildeo Cientiacutefica Instituto de Quiacutemica ndash Universidade Federal do Rio de Janeiro ndash UFRJ

Rio de Janeiro 2012

[14] ANUNCIACcedilAtildeO D L R Anaacutelise de elementos maiores menores e traccedilo em

amostras de cabelo aplicado a triagem populacional com elevada incidecircncia de cacircncer

Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Quiacutemica Instituto de Quiacutemica ndash Universidade de Brasiacutelia

Brasiacutelia ndash Distrito Federal 2008

[15] TEGON E C Caracterizaccedilatildeo Quiacutemica do Enxofre e do Caacutelcio presentes em

amostras de cabelos empregando as teacutecnicas XRF e NEXAFS Projeto de Final de Curso

em Quiacutemica com Atribuiccedilotildees Tecnoloacutegicas Instituto de Quiacutemica ndash Universidade Federal do

Rio de Janeiro Rio de Janeiro 2013

[16] Dossiecirc os minerais na alimentaccedilatildeo Food Ingredients Brasil 2008 ndeg 4 48-65

Disponiacutevel em lt wwwrevista-ficommaterias52pdfgt Acesso em 30 de julho de 2015

[17] CEDAE Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos Disponiacutevel em

ltwwwcedaecombrgt Acesso em 30 de julho de 2015

[18] IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatiacutestica Censo Brasileiro de 2010 Rio de

Janeiro 2010 Disponiacutevel em ltwwwcenso2010ibgegovbrgt Acesso em 30 de julho de

2015

[19] RESENDE D ALENCAR E ALMEIDA R BERTA R Principal reservatoacuterio do

Paraiacuteba do Sul Paraibuna chega ao volume morto pela primeira vez Jornal O Globo 22

de janeiro de 2015 Disponiacutevel em httpogloboglobocomrioprincipal-reservatorio-do-

paraiba-do-sul-paraibuna-chega-ao-volume-morto-pela-primeira-vez-gt Acesso em 30 de

julho de 2015

[20] Fundamentos teoacutericos da teacutecnica de anaacutelise espectromeacutetrica por fluorescecircncia de

raios-x PUC-Rio ndash Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em

lthttpwwwmaxwellvracpuc-riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 30 de julho de 2015

[21] TASCH P DAMIANI F OLIVEIRA L C M IE - 607A Teacutecnicas de anaacutelise e

caracterizaccedilatildeo de materiais Universidade Estadual de Campinas ndash UNICAMP Campinas

2000

[22] FILHO V F N Teacutecnicas analiacuteticas nucleares de Fluorescecircncia de Raios ndashX por

Dispersatildeo de Enerdia (ED-XRF) e por Reflexatildeo Total (TXRF) Departamento de Ciecircncias

Exatas ESALQ Laboratoacuterio de Instrumentaccedilatildeo Nuclear CENA Universidade de Satildeo Paulo

ndash USP Satildeo Paulo 1999

[23] PERDONAacute C R Introduccedilatildeo a espectrometria de Fluorescecircncia de Raios-X Manual

Teacutecnico ndash BRUKER 2014

[24] O espectrocircmetro de fluorescecircncia de raios-x Thermo ARL 9900 PUC-Rio ndash

Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em lthttpwwwmaxwellvracpuc-

riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 08 de agosto de 2015

[25] KRUG C Superfiacutecies porosas recobertas com metalocenos anaacutelise multivariada

envolvendo caracterizaccedilatildeo com feixe de iacuteons Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Fiacutesica Instituto

de Fiacutesica Universidade Federal do Rio Grande do Sul ndash UFRGS Porto Alegre 2000

[26] TABACNIKS M H Anaacutelise de filmes finos por PIXE e RBS Instituto de Fiacutesica da

Universidade de Satildeo Paulo Disponiacutevel em ltwww2ifuspbr~lamfipixeamprbspdfgt Acesso

em julho de 2015

[27] ALMEIDA C R Efeito de tratamentos teacutermico e quiacutemico de aerogeacuteis de oacutexido de

estanho Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Engenharia Eleacutetrica Universidade Federal de Santa

Catarina Florianoacutepolis 2013

[28] ATTWOOD D T HENKE B L et al X-Ray Data Booklet Lawrence Berkeley

Laboratory University of California Berkeley California 1986

ANEXO I

MODELO DO QUESTIONAacuteRIO PREENCHIDO ANTES DA COLETA DAS AMOSTRAS

DE CABELO

Coacutedigo da amostra

Nome

Idade (anos)

Endereccedilo

Fuma Sim ( ) Natildeo ( )

Ingere aacutegua de que tipo (poccedilo CEDAE) Poccedilo ( ) CEDAE ( )

Fez algum tipo de tratamento quiacutemico no cabelo

(coloraccedilatildeo alisamento etc)Sim ( ) Natildeo ( )

Qual Quando foi a uacuteltima vez

Esteve bem de sauacutede nos uacuteltimos 6 meses Sim ( ) Natildeo ( )

Data da coleta

Responsaacutevel pela coleta

COLETA DE AMOSTRA DE CABELO

ANEXO II

INFORMACcedilOtildeES ADICIONAIS SOBRE OS DOADORES E AS AMOSTRAS DE

CABELO COLETADAS

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

1 Feminino 62 Cacheado Castanho Escuro

2 Feminino 27 Cacheado Castanho Escuro

3 Feminino 17 Liso Castanho Escuro

4 Feminino 10 Cacheado Castanho Escuro

5 Feminino 58 Liso Castanho Escuro

6 Feminino 7 Cacheado Castanho Escuro

7 Masculino 17 Liso Castanho Claro

8 Feminino 39 Liso Castanho Escuro

Pessoas que Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

9 Feminino 41 Cacheado Castanho Escuro

10 Feminino 17 Ondulado Castanho Claro

11 Masculino 1 Cacheado Castanho Escuro

12 Feminino 11 Liso Castanho Escuro

13 Masculino 21 Liso Castanho Escuro

14 Masculino 42 Cacheado Preto

15 Masculino 6 Liso Preto

16 Masculino 14 Liso Preto

Pessoas que Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

ANEXO III

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DE POCcedilO (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 1

Amostra 2

Amostra 3

Amostra 4

Amostra 5

Amostra 6

Amostra 7

Amostra 8

ANEXO IV

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DISTRIBUIacuteDA PELA CEDAE (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 9

Amostra 10

Amostra 11

Amostra 12

Amostra 13

Amostra 14

Amostra 15

Amostra 16

Page 48: Dissertação Priscilla Velasco da Paixão

Tabela 5 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (1 a 8) que

ingerem aacutegua de poccedilo As concentraccedilotildees dos elementos foram normalizadas de modo que a

soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da matriz orgacircnica em conjunto

seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo ldquoa b c drdquo correlacionam a amostra

de cabelo com o poccedilo do qual o indiviacuteduo ingere aacutegua

1 2 3 4 5 6 7 8

Al 002 003 003 34 ppm natildeo det 006 natildeo det 001

Si 001 54 ppm 006 46 ppm 005 002 002 54 ppm

P 003 003 54 ppm 002 001 46 ppm natildeo det 004

S 117 071 115 118 166 135 151 098

Cl 003 65 ppm 002 002 natildeo det 003 natildeo det 61 ppm

Ca 003 003 80 ppm 002 004 002 008 008

Mn 73 ppm 78 ppm 58 ppm 10 ppm natildeo det 91 ppm natildeo det 54 ppm

Fe 001 001 92 ppm 29 ppm 38 ppm 001 27 ppm 83 ppm

Cu 44 ppm 41 ppm 46 ppm 31 ppm natildeo det 44 ppm 37 ppm 36 ppm

Zn 77 ppm 002 91 ppm 82 ppm 41 ppm 92 ppm 40 ppm 98 ppm

Pb 10 ppm 9 ppm 12 ppm 10 ppm natildeo det 10 ppm natildeo det 9 ppm

a b c d

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Elementos

Tabela 6 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (9 a 16)

que ingerem aacutegua tratada e distribuiacuteda pela CEDAE As concentraccedilotildees dos elementos foram

normalizadas de modo que a soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da

matriz orgacircnica em conjunto seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo

9 10 11 12 13 14 15 16

Al 001 36 ppm natildeo det 002 61 ppm 90 ppm 002 natildeo det

Si natildeo det 35 ppm natildeo det 40 ppm 79 ppm 60 ppm natildeo det natildeo det

P 003 34 ppm 003 002 natildeo det 46 ppm natildeo det 41 ppm

S 111 106 116 152 136 145 155 128

Cl 52 ppm 001 002 003 004 005 014 009

Ca 006 004 002 002 001 001 001 001

Mn 51 ppm 9 ppm 32 ppm natildeo det 24 ppm 57 ppm natildeo det 30 ppm

Fe 82 ppm 30 ppm 57 ppm 56 ppm 59 ppm 90 ppm 52 ppm 54 ppm

Cu 31 ppm 51 ppm 28 ppm 27 ppm 31 ppm 44 ppm 14 ppm 29 ppm

Zn 001 001 92 ppm 86 ppm 001 001 42 ppm 001

Pb natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det

Elementos

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

Na anaacutelise semiquantitativa por XRF pode-se verificar a presenccedila de elevadas

concentraccedilotildees de enxofre o que jaacute era esperado visto que este elemento faz parte da estrutura

da cisteiacutena o aminoaacutecido em maior quantidade na composiccedilatildeo do cabelo

Os elementos Ca Zn e Fe foram detectados em todas as amostras dos dois grupos O

Ca aparece na maior parte das amostras em concentraccedilotildees da ordem de enquanto que o Zn

e o Fe da ordem de ppm Os elementos Al P Mn Cl Si e Cu aparecem na maioria das

amostras em ambos os grupos No entanto o Pb foi observado em concentraccedilotildees da ordem de

ppm somente em amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo

Para as amostras 5 7 e 15 utilizou-se um porta amostra com maacutescara de 8 mm de

diacircmetro ao inveacutes da maacutescara de 34 mm utilizada para as outras amostras devido a pouca

quantidade de cabelo coletado Agrave vantagem de poder utilizar menos amostra com a maacutescara

de 8 mm contrapotildee-se um aumento do ruiacutedo de fundo e a consequente perda da sensibilidade

na anaacutelise Tal fato pode provavelmente justificar a quantidade menor de elementos

observados nessas amostras em comparaccedilatildeo com as demais incluindo a ausecircncia do elemento

chumbo nas amostras 5 e 7 jaacute que o mesmo aparece nas amostras 6 e 8 das pessoas que

bebem a mesma aacutegua dos poccedilos c e d respectivamente

52 Anaacutelise por RBS

Apresenta-se na Figura 22 o espectro de RBS da amostra 2 adquirido durante 8

horas de anaacutelise e apoacutes tratamento dos dados atraveacutes do programa computacional OriginPro 8

Duas ampliaccedilotildees (I e II) nas regiotildees de mais alta energia satildeo apresentadas nas Figuras 23 e

24 Observou-se a presenccedila dos elementos C N O Si S Cl Ti Cu Zn e Pb

As energias dos iacuteons He+ retroespalhados a partir da interaccedilatildeo com os nuacutecleos de Pb

e Hg satildeo muito proacuteximas tornando difiacutecil a resoluccedilatildeo dos sinais No entanto o Hg natildeo foi

observado em nenhuma das amostras por XRF enquanto o Pb pode ser detectado claramente

Conclui-se portanto que o degrau no espectro eacute correspondente ao Pb

Utilizando-se o caacutelculo da seccedilatildeo de choque de espalhamento Rutherford foi possiacutevel

obter uma anaacutelise quantitativa relativa da amostra 2 Para isso foi escolhido o enxofre como

elemento padratildeo devido ao fato do S estar presente em todas as amostras de cabelo e ser

facilmente detectaacutevel por ambas as teacutecnicas Para cada aacutetomo de S na amostra de cabelo as

seguintes proporccedilotildees atocircmicas foram obtidas 115 x 102 C 274 x 10

1 N 157 x 10

1 O 479 x

10-1

Si 641 x 10-1

Cl 454 x 10-2

Ti 162 x 10-2

Cu 265 x 10-2

Zn e 504 x 10-4

Pb

Figura 22 Espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da amostra 2

(grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 23 Ampliaccedilatildeo I do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 24 Ampliaccedilatildeo II do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

60 CONCLUSOtildeES

As teacutecnicas de XRF e RBS mostraram-se eficientes e complementares na

determinaccedilatildeo de vaacuterios elementos presentes em amostras de cabelo humano Atraveacutes das duas

teacutecnicas foi possiacutevel detectar de forma semiquantitativa a presenccedila de elementos desde o Al

ateacute o Pb Por RBS tambeacutem foram detectados elementos mais leves como C N e O A

utilizaccedilatildeo conjunta das duas teacutecnicas permitiu a identificaccedilatildeo inequiacutevoca de Pb no espectro de

RBS

Eacute evidente que as concentraccedilotildees dos elementos nas amostras de cabelo dependem de

diversos fatores tais como o tipo de alimentaccedilatildeo idade sexo ambiente em que o indiviacuteduo

vive e podem ser provenientes de meios exoacutegenos e endoacutegenos Entretanto considerando o

natildeo aparecimento do Pb em nenhuma das amostras de cabelo das pessoas que ingerem aacutegua

distribuiacuteda pela CEDAE aleacutem das anaacutelises preacutevias da aacutegua dos poccedilos da aacuterea em estudo eacute

possiacutevel afirmar que existe uma elevada possibilidade da aacutegua de poccedilo estaacute atuando como

uma fonte de contaminaccedilatildeo de Pb para as pessoas Como o Pb eacute um elemento toacutexico com

propriedade de bioacumulaccedilatildeo sua presenccedila pode gerar danos irreversiacuteveis aos organismos

vivos

70 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS

Como sugestotildees deste estudo podemos indicar

Realizar uma anaacutelise quantitativa de um nuacutemero mais amplo de amostras

Efetuar uma comparaccedilatildeo com materiais de referecircncia certificados a fim de

determinar com um grau de confiabilidade mais elevado se as quantidades de

chumbo detectadas nas amostras de cabelo estatildeo acima do intervalo de valores

considerados aceitaacuteveis

80 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

[1] POZEBON D DRESSLER V L CURTIUS A J Anaacutelise de cabelo uma revisatildeo

dos procedimentos para a determinaccedilatildeo de elementos traccedilo e aplicaccedilotildees Quiacutem Nova

1999 22 (6) 838-846

[2] FRAZAtildeO S V Estudo da determinaccedilatildeo de elementos traccedilo em cabelos humanos

pelo meacutetodo de anaacutelise por ativaccedilatildeo de necircutrons Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Ciecircncias na

Aacuterea de Tecnologia Nuclear ndash Aplicaccedilotildees Instituto de Pesquisas Energeacuteticas e Nucleares ndash

Universidade de Satildeo Paulo - USP Satildeo Paulo 2008

[3] CARNEIRO M T W D SILVEIRA C L P MIEKELEY N FORTES L M C

Reference intervals for minor and trace elements in human hair for the population of

Rio de Janeiro city Brazil Quiacutem Nova 2002 25 (1) 37-45

[4] KEMPSON I M SKINNER W M KIRKBRIDE K P The ocurrence and

incorporation of copper and zinc in hair and their potential role as bioindicators a

review Journal of Toxicology and Environmental Health 2007 B 10 611-622

[5] CORTES-TORO E DE GOEIJ J J M BASCO J CHENG Y KINOVA L

MATSUBARA J NIESE S SATP T WESENBERG G R MURAMATSU Y PARR

R M The significance of hair mineral analysis as a means for assessing internal body

burdens of environmental pollutants results from an IAEA co-ordinated research

programme Journal of Radionalytical and Nuclear Chemistry 1993 167 (2) 413-421

[6] CLAYTON E WOOLER K K Sample preparation and system calibration for

Proton-Induced X-ray Emission analysis of hair from occupationally exposed workers

Anal Chem198557 1075-1079

[7] MIEKELEY N CARNEIRO M T W D SILVEIRA C L P How reliable are

human hair reference intervals for trace elements The Science of the Total Environment

1998 218 9-17

[8] MIEKELEY N FORTES L M C SILVEIRA C L P LIMA M B Elemental

anomalies in hair as indicators of endocrinologic pathologies and deficiencies in calcium

and bone metabolism Journal of Trace Elements in Medicine and Biology 2001 15 46-55

[9] TORIBARA T Y JACKSON D A FRENCH W R THOMPSON A C

JACKLEVIC J M Nondestructive X-Ray Fluorescence Spectrometry for determination

of trace elements along a single strand of hair Anal Chem 1982 54 1844-1849

[10] KHUDER A BAKIR M A HASAN R MOHAMMAD A Determination of

nickel cuper zinc and lead in human scalp hair in Syrian occupationally exposed

workers by total reflection X-Ray Fluorescence Environ Monit Assess 2008 143 67-74

[11] BARANOWSKA I BARCHANSKI L BAK M SMOLEC B MZYK Z X-Ray

Fluorescence Spectrometry in multielemental analysis of hair and teeth Polish Journal of

Environmental Studies 2004 13 (6) 639-646

[12] WATT F LANDSBERG J P Nuclear microscopy biomedical applications

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research 1993 B 77 249-260

[13] PAIXAtildeO P V GOMES L M B Anaacutelise de aacutegua de poccedilos subterracircneos na

localidade Chaacutecaras Arcampo em Duque de Caxias ndash RJ Relatoacuterio Final de Estaacutegio

Iniciaccedilatildeo Cientiacutefica Instituto de Quiacutemica ndash Universidade Federal do Rio de Janeiro ndash UFRJ

Rio de Janeiro 2012

[14] ANUNCIACcedilAtildeO D L R Anaacutelise de elementos maiores menores e traccedilo em

amostras de cabelo aplicado a triagem populacional com elevada incidecircncia de cacircncer

Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Quiacutemica Instituto de Quiacutemica ndash Universidade de Brasiacutelia

Brasiacutelia ndash Distrito Federal 2008

[15] TEGON E C Caracterizaccedilatildeo Quiacutemica do Enxofre e do Caacutelcio presentes em

amostras de cabelos empregando as teacutecnicas XRF e NEXAFS Projeto de Final de Curso

em Quiacutemica com Atribuiccedilotildees Tecnoloacutegicas Instituto de Quiacutemica ndash Universidade Federal do

Rio de Janeiro Rio de Janeiro 2013

[16] Dossiecirc os minerais na alimentaccedilatildeo Food Ingredients Brasil 2008 ndeg 4 48-65

Disponiacutevel em lt wwwrevista-ficommaterias52pdfgt Acesso em 30 de julho de 2015

[17] CEDAE Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos Disponiacutevel em

ltwwwcedaecombrgt Acesso em 30 de julho de 2015

[18] IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatiacutestica Censo Brasileiro de 2010 Rio de

Janeiro 2010 Disponiacutevel em ltwwwcenso2010ibgegovbrgt Acesso em 30 de julho de

2015

[19] RESENDE D ALENCAR E ALMEIDA R BERTA R Principal reservatoacuterio do

Paraiacuteba do Sul Paraibuna chega ao volume morto pela primeira vez Jornal O Globo 22

de janeiro de 2015 Disponiacutevel em httpogloboglobocomrioprincipal-reservatorio-do-

paraiba-do-sul-paraibuna-chega-ao-volume-morto-pela-primeira-vez-gt Acesso em 30 de

julho de 2015

[20] Fundamentos teoacutericos da teacutecnica de anaacutelise espectromeacutetrica por fluorescecircncia de

raios-x PUC-Rio ndash Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em

lthttpwwwmaxwellvracpuc-riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 30 de julho de 2015

[21] TASCH P DAMIANI F OLIVEIRA L C M IE - 607A Teacutecnicas de anaacutelise e

caracterizaccedilatildeo de materiais Universidade Estadual de Campinas ndash UNICAMP Campinas

2000

[22] FILHO V F N Teacutecnicas analiacuteticas nucleares de Fluorescecircncia de Raios ndashX por

Dispersatildeo de Enerdia (ED-XRF) e por Reflexatildeo Total (TXRF) Departamento de Ciecircncias

Exatas ESALQ Laboratoacuterio de Instrumentaccedilatildeo Nuclear CENA Universidade de Satildeo Paulo

ndash USP Satildeo Paulo 1999

[23] PERDONAacute C R Introduccedilatildeo a espectrometria de Fluorescecircncia de Raios-X Manual

Teacutecnico ndash BRUKER 2014

[24] O espectrocircmetro de fluorescecircncia de raios-x Thermo ARL 9900 PUC-Rio ndash

Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em lthttpwwwmaxwellvracpuc-

riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 08 de agosto de 2015

[25] KRUG C Superfiacutecies porosas recobertas com metalocenos anaacutelise multivariada

envolvendo caracterizaccedilatildeo com feixe de iacuteons Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Fiacutesica Instituto

de Fiacutesica Universidade Federal do Rio Grande do Sul ndash UFRGS Porto Alegre 2000

[26] TABACNIKS M H Anaacutelise de filmes finos por PIXE e RBS Instituto de Fiacutesica da

Universidade de Satildeo Paulo Disponiacutevel em ltwww2ifuspbr~lamfipixeamprbspdfgt Acesso

em julho de 2015

[27] ALMEIDA C R Efeito de tratamentos teacutermico e quiacutemico de aerogeacuteis de oacutexido de

estanho Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Engenharia Eleacutetrica Universidade Federal de Santa

Catarina Florianoacutepolis 2013

[28] ATTWOOD D T HENKE B L et al X-Ray Data Booklet Lawrence Berkeley

Laboratory University of California Berkeley California 1986

ANEXO I

MODELO DO QUESTIONAacuteRIO PREENCHIDO ANTES DA COLETA DAS AMOSTRAS

DE CABELO

Coacutedigo da amostra

Nome

Idade (anos)

Endereccedilo

Fuma Sim ( ) Natildeo ( )

Ingere aacutegua de que tipo (poccedilo CEDAE) Poccedilo ( ) CEDAE ( )

Fez algum tipo de tratamento quiacutemico no cabelo

(coloraccedilatildeo alisamento etc)Sim ( ) Natildeo ( )

Qual Quando foi a uacuteltima vez

Esteve bem de sauacutede nos uacuteltimos 6 meses Sim ( ) Natildeo ( )

Data da coleta

Responsaacutevel pela coleta

COLETA DE AMOSTRA DE CABELO

ANEXO II

INFORMACcedilOtildeES ADICIONAIS SOBRE OS DOADORES E AS AMOSTRAS DE

CABELO COLETADAS

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

1 Feminino 62 Cacheado Castanho Escuro

2 Feminino 27 Cacheado Castanho Escuro

3 Feminino 17 Liso Castanho Escuro

4 Feminino 10 Cacheado Castanho Escuro

5 Feminino 58 Liso Castanho Escuro

6 Feminino 7 Cacheado Castanho Escuro

7 Masculino 17 Liso Castanho Claro

8 Feminino 39 Liso Castanho Escuro

Pessoas que Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

9 Feminino 41 Cacheado Castanho Escuro

10 Feminino 17 Ondulado Castanho Claro

11 Masculino 1 Cacheado Castanho Escuro

12 Feminino 11 Liso Castanho Escuro

13 Masculino 21 Liso Castanho Escuro

14 Masculino 42 Cacheado Preto

15 Masculino 6 Liso Preto

16 Masculino 14 Liso Preto

Pessoas que Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

ANEXO III

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DE POCcedilO (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 1

Amostra 2

Amostra 3

Amostra 4

Amostra 5

Amostra 6

Amostra 7

Amostra 8

ANEXO IV

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DISTRIBUIacuteDA PELA CEDAE (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 9

Amostra 10

Amostra 11

Amostra 12

Amostra 13

Amostra 14

Amostra 15

Amostra 16

Page 49: Dissertação Priscilla Velasco da Paixão

Tabela 6 Resultados da anaacutelise semiquantitativa de amostras de cabelo de pessoas (9 a 16)

que ingerem aacutegua tratada e distribuiacuteda pela CEDAE As concentraccedilotildees dos elementos foram

normalizadas de modo que a soma das concentraccedilotildees (fraccedilotildees em massa) dos elementos e da

matriz orgacircnica em conjunto seja igual a 100 ldquonatildeo detrdquo significa ldquonatildeo detectadordquo

9 10 11 12 13 14 15 16

Al 001 36 ppm natildeo det 002 61 ppm 90 ppm 002 natildeo det

Si natildeo det 35 ppm natildeo det 40 ppm 79 ppm 60 ppm natildeo det natildeo det

P 003 34 ppm 003 002 natildeo det 46 ppm natildeo det 41 ppm

S 111 106 116 152 136 145 155 128

Cl 52 ppm 001 002 003 004 005 014 009

Ca 006 004 002 002 001 001 001 001

Mn 51 ppm 9 ppm 32 ppm natildeo det 24 ppm 57 ppm natildeo det 30 ppm

Fe 82 ppm 30 ppm 57 ppm 56 ppm 59 ppm 90 ppm 52 ppm 54 ppm

Cu 31 ppm 51 ppm 28 ppm 27 ppm 31 ppm 44 ppm 14 ppm 29 ppm

Zn 001 001 92 ppm 86 ppm 001 001 42 ppm 001

Pb natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det natildeo det

Elementos

Concentraccedilatildeo dos Elementos em Amostras de Cabelo de Pessoas que

Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

Na anaacutelise semiquantitativa por XRF pode-se verificar a presenccedila de elevadas

concentraccedilotildees de enxofre o que jaacute era esperado visto que este elemento faz parte da estrutura

da cisteiacutena o aminoaacutecido em maior quantidade na composiccedilatildeo do cabelo

Os elementos Ca Zn e Fe foram detectados em todas as amostras dos dois grupos O

Ca aparece na maior parte das amostras em concentraccedilotildees da ordem de enquanto que o Zn

e o Fe da ordem de ppm Os elementos Al P Mn Cl Si e Cu aparecem na maioria das

amostras em ambos os grupos No entanto o Pb foi observado em concentraccedilotildees da ordem de

ppm somente em amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo

Para as amostras 5 7 e 15 utilizou-se um porta amostra com maacutescara de 8 mm de

diacircmetro ao inveacutes da maacutescara de 34 mm utilizada para as outras amostras devido a pouca

quantidade de cabelo coletado Agrave vantagem de poder utilizar menos amostra com a maacutescara

de 8 mm contrapotildee-se um aumento do ruiacutedo de fundo e a consequente perda da sensibilidade

na anaacutelise Tal fato pode provavelmente justificar a quantidade menor de elementos

observados nessas amostras em comparaccedilatildeo com as demais incluindo a ausecircncia do elemento

chumbo nas amostras 5 e 7 jaacute que o mesmo aparece nas amostras 6 e 8 das pessoas que

bebem a mesma aacutegua dos poccedilos c e d respectivamente

52 Anaacutelise por RBS

Apresenta-se na Figura 22 o espectro de RBS da amostra 2 adquirido durante 8

horas de anaacutelise e apoacutes tratamento dos dados atraveacutes do programa computacional OriginPro 8

Duas ampliaccedilotildees (I e II) nas regiotildees de mais alta energia satildeo apresentadas nas Figuras 23 e

24 Observou-se a presenccedila dos elementos C N O Si S Cl Ti Cu Zn e Pb

As energias dos iacuteons He+ retroespalhados a partir da interaccedilatildeo com os nuacutecleos de Pb

e Hg satildeo muito proacuteximas tornando difiacutecil a resoluccedilatildeo dos sinais No entanto o Hg natildeo foi

observado em nenhuma das amostras por XRF enquanto o Pb pode ser detectado claramente

Conclui-se portanto que o degrau no espectro eacute correspondente ao Pb

Utilizando-se o caacutelculo da seccedilatildeo de choque de espalhamento Rutherford foi possiacutevel

obter uma anaacutelise quantitativa relativa da amostra 2 Para isso foi escolhido o enxofre como

elemento padratildeo devido ao fato do S estar presente em todas as amostras de cabelo e ser

facilmente detectaacutevel por ambas as teacutecnicas Para cada aacutetomo de S na amostra de cabelo as

seguintes proporccedilotildees atocircmicas foram obtidas 115 x 102 C 274 x 10

1 N 157 x 10

1 O 479 x

10-1

Si 641 x 10-1

Cl 454 x 10-2

Ti 162 x 10-2

Cu 265 x 10-2

Zn e 504 x 10-4

Pb

Figura 22 Espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da amostra 2

(grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 23 Ampliaccedilatildeo I do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 24 Ampliaccedilatildeo II do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

60 CONCLUSOtildeES

As teacutecnicas de XRF e RBS mostraram-se eficientes e complementares na

determinaccedilatildeo de vaacuterios elementos presentes em amostras de cabelo humano Atraveacutes das duas

teacutecnicas foi possiacutevel detectar de forma semiquantitativa a presenccedila de elementos desde o Al

ateacute o Pb Por RBS tambeacutem foram detectados elementos mais leves como C N e O A

utilizaccedilatildeo conjunta das duas teacutecnicas permitiu a identificaccedilatildeo inequiacutevoca de Pb no espectro de

RBS

Eacute evidente que as concentraccedilotildees dos elementos nas amostras de cabelo dependem de

diversos fatores tais como o tipo de alimentaccedilatildeo idade sexo ambiente em que o indiviacuteduo

vive e podem ser provenientes de meios exoacutegenos e endoacutegenos Entretanto considerando o

natildeo aparecimento do Pb em nenhuma das amostras de cabelo das pessoas que ingerem aacutegua

distribuiacuteda pela CEDAE aleacutem das anaacutelises preacutevias da aacutegua dos poccedilos da aacuterea em estudo eacute

possiacutevel afirmar que existe uma elevada possibilidade da aacutegua de poccedilo estaacute atuando como

uma fonte de contaminaccedilatildeo de Pb para as pessoas Como o Pb eacute um elemento toacutexico com

propriedade de bioacumulaccedilatildeo sua presenccedila pode gerar danos irreversiacuteveis aos organismos

vivos

70 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS

Como sugestotildees deste estudo podemos indicar

Realizar uma anaacutelise quantitativa de um nuacutemero mais amplo de amostras

Efetuar uma comparaccedilatildeo com materiais de referecircncia certificados a fim de

determinar com um grau de confiabilidade mais elevado se as quantidades de

chumbo detectadas nas amostras de cabelo estatildeo acima do intervalo de valores

considerados aceitaacuteveis

80 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

[1] POZEBON D DRESSLER V L CURTIUS A J Anaacutelise de cabelo uma revisatildeo

dos procedimentos para a determinaccedilatildeo de elementos traccedilo e aplicaccedilotildees Quiacutem Nova

1999 22 (6) 838-846

[2] FRAZAtildeO S V Estudo da determinaccedilatildeo de elementos traccedilo em cabelos humanos

pelo meacutetodo de anaacutelise por ativaccedilatildeo de necircutrons Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Ciecircncias na

Aacuterea de Tecnologia Nuclear ndash Aplicaccedilotildees Instituto de Pesquisas Energeacuteticas e Nucleares ndash

Universidade de Satildeo Paulo - USP Satildeo Paulo 2008

[3] CARNEIRO M T W D SILVEIRA C L P MIEKELEY N FORTES L M C

Reference intervals for minor and trace elements in human hair for the population of

Rio de Janeiro city Brazil Quiacutem Nova 2002 25 (1) 37-45

[4] KEMPSON I M SKINNER W M KIRKBRIDE K P The ocurrence and

incorporation of copper and zinc in hair and their potential role as bioindicators a

review Journal of Toxicology and Environmental Health 2007 B 10 611-622

[5] CORTES-TORO E DE GOEIJ J J M BASCO J CHENG Y KINOVA L

MATSUBARA J NIESE S SATP T WESENBERG G R MURAMATSU Y PARR

R M The significance of hair mineral analysis as a means for assessing internal body

burdens of environmental pollutants results from an IAEA co-ordinated research

programme Journal of Radionalytical and Nuclear Chemistry 1993 167 (2) 413-421

[6] CLAYTON E WOOLER K K Sample preparation and system calibration for

Proton-Induced X-ray Emission analysis of hair from occupationally exposed workers

Anal Chem198557 1075-1079

[7] MIEKELEY N CARNEIRO M T W D SILVEIRA C L P How reliable are

human hair reference intervals for trace elements The Science of the Total Environment

1998 218 9-17

[8] MIEKELEY N FORTES L M C SILVEIRA C L P LIMA M B Elemental

anomalies in hair as indicators of endocrinologic pathologies and deficiencies in calcium

and bone metabolism Journal of Trace Elements in Medicine and Biology 2001 15 46-55

[9] TORIBARA T Y JACKSON D A FRENCH W R THOMPSON A C

JACKLEVIC J M Nondestructive X-Ray Fluorescence Spectrometry for determination

of trace elements along a single strand of hair Anal Chem 1982 54 1844-1849

[10] KHUDER A BAKIR M A HASAN R MOHAMMAD A Determination of

nickel cuper zinc and lead in human scalp hair in Syrian occupationally exposed

workers by total reflection X-Ray Fluorescence Environ Monit Assess 2008 143 67-74

[11] BARANOWSKA I BARCHANSKI L BAK M SMOLEC B MZYK Z X-Ray

Fluorescence Spectrometry in multielemental analysis of hair and teeth Polish Journal of

Environmental Studies 2004 13 (6) 639-646

[12] WATT F LANDSBERG J P Nuclear microscopy biomedical applications

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research 1993 B 77 249-260

[13] PAIXAtildeO P V GOMES L M B Anaacutelise de aacutegua de poccedilos subterracircneos na

localidade Chaacutecaras Arcampo em Duque de Caxias ndash RJ Relatoacuterio Final de Estaacutegio

Iniciaccedilatildeo Cientiacutefica Instituto de Quiacutemica ndash Universidade Federal do Rio de Janeiro ndash UFRJ

Rio de Janeiro 2012

[14] ANUNCIACcedilAtildeO D L R Anaacutelise de elementos maiores menores e traccedilo em

amostras de cabelo aplicado a triagem populacional com elevada incidecircncia de cacircncer

Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Quiacutemica Instituto de Quiacutemica ndash Universidade de Brasiacutelia

Brasiacutelia ndash Distrito Federal 2008

[15] TEGON E C Caracterizaccedilatildeo Quiacutemica do Enxofre e do Caacutelcio presentes em

amostras de cabelos empregando as teacutecnicas XRF e NEXAFS Projeto de Final de Curso

em Quiacutemica com Atribuiccedilotildees Tecnoloacutegicas Instituto de Quiacutemica ndash Universidade Federal do

Rio de Janeiro Rio de Janeiro 2013

[16] Dossiecirc os minerais na alimentaccedilatildeo Food Ingredients Brasil 2008 ndeg 4 48-65

Disponiacutevel em lt wwwrevista-ficommaterias52pdfgt Acesso em 30 de julho de 2015

[17] CEDAE Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos Disponiacutevel em

ltwwwcedaecombrgt Acesso em 30 de julho de 2015

[18] IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatiacutestica Censo Brasileiro de 2010 Rio de

Janeiro 2010 Disponiacutevel em ltwwwcenso2010ibgegovbrgt Acesso em 30 de julho de

2015

[19] RESENDE D ALENCAR E ALMEIDA R BERTA R Principal reservatoacuterio do

Paraiacuteba do Sul Paraibuna chega ao volume morto pela primeira vez Jornal O Globo 22

de janeiro de 2015 Disponiacutevel em httpogloboglobocomrioprincipal-reservatorio-do-

paraiba-do-sul-paraibuna-chega-ao-volume-morto-pela-primeira-vez-gt Acesso em 30 de

julho de 2015

[20] Fundamentos teoacutericos da teacutecnica de anaacutelise espectromeacutetrica por fluorescecircncia de

raios-x PUC-Rio ndash Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em

lthttpwwwmaxwellvracpuc-riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 30 de julho de 2015

[21] TASCH P DAMIANI F OLIVEIRA L C M IE - 607A Teacutecnicas de anaacutelise e

caracterizaccedilatildeo de materiais Universidade Estadual de Campinas ndash UNICAMP Campinas

2000

[22] FILHO V F N Teacutecnicas analiacuteticas nucleares de Fluorescecircncia de Raios ndashX por

Dispersatildeo de Enerdia (ED-XRF) e por Reflexatildeo Total (TXRF) Departamento de Ciecircncias

Exatas ESALQ Laboratoacuterio de Instrumentaccedilatildeo Nuclear CENA Universidade de Satildeo Paulo

ndash USP Satildeo Paulo 1999

[23] PERDONAacute C R Introduccedilatildeo a espectrometria de Fluorescecircncia de Raios-X Manual

Teacutecnico ndash BRUKER 2014

[24] O espectrocircmetro de fluorescecircncia de raios-x Thermo ARL 9900 PUC-Rio ndash

Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em lthttpwwwmaxwellvracpuc-

riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 08 de agosto de 2015

[25] KRUG C Superfiacutecies porosas recobertas com metalocenos anaacutelise multivariada

envolvendo caracterizaccedilatildeo com feixe de iacuteons Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Fiacutesica Instituto

de Fiacutesica Universidade Federal do Rio Grande do Sul ndash UFRGS Porto Alegre 2000

[26] TABACNIKS M H Anaacutelise de filmes finos por PIXE e RBS Instituto de Fiacutesica da

Universidade de Satildeo Paulo Disponiacutevel em ltwww2ifuspbr~lamfipixeamprbspdfgt Acesso

em julho de 2015

[27] ALMEIDA C R Efeito de tratamentos teacutermico e quiacutemico de aerogeacuteis de oacutexido de

estanho Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Engenharia Eleacutetrica Universidade Federal de Santa

Catarina Florianoacutepolis 2013

[28] ATTWOOD D T HENKE B L et al X-Ray Data Booklet Lawrence Berkeley

Laboratory University of California Berkeley California 1986

ANEXO I

MODELO DO QUESTIONAacuteRIO PREENCHIDO ANTES DA COLETA DAS AMOSTRAS

DE CABELO

Coacutedigo da amostra

Nome

Idade (anos)

Endereccedilo

Fuma Sim ( ) Natildeo ( )

Ingere aacutegua de que tipo (poccedilo CEDAE) Poccedilo ( ) CEDAE ( )

Fez algum tipo de tratamento quiacutemico no cabelo

(coloraccedilatildeo alisamento etc)Sim ( ) Natildeo ( )

Qual Quando foi a uacuteltima vez

Esteve bem de sauacutede nos uacuteltimos 6 meses Sim ( ) Natildeo ( )

Data da coleta

Responsaacutevel pela coleta

COLETA DE AMOSTRA DE CABELO

ANEXO II

INFORMACcedilOtildeES ADICIONAIS SOBRE OS DOADORES E AS AMOSTRAS DE

CABELO COLETADAS

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

1 Feminino 62 Cacheado Castanho Escuro

2 Feminino 27 Cacheado Castanho Escuro

3 Feminino 17 Liso Castanho Escuro

4 Feminino 10 Cacheado Castanho Escuro

5 Feminino 58 Liso Castanho Escuro

6 Feminino 7 Cacheado Castanho Escuro

7 Masculino 17 Liso Castanho Claro

8 Feminino 39 Liso Castanho Escuro

Pessoas que Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

9 Feminino 41 Cacheado Castanho Escuro

10 Feminino 17 Ondulado Castanho Claro

11 Masculino 1 Cacheado Castanho Escuro

12 Feminino 11 Liso Castanho Escuro

13 Masculino 21 Liso Castanho Escuro

14 Masculino 42 Cacheado Preto

15 Masculino 6 Liso Preto

16 Masculino 14 Liso Preto

Pessoas que Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

ANEXO III

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DE POCcedilO (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 1

Amostra 2

Amostra 3

Amostra 4

Amostra 5

Amostra 6

Amostra 7

Amostra 8

ANEXO IV

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DISTRIBUIacuteDA PELA CEDAE (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 9

Amostra 10

Amostra 11

Amostra 12

Amostra 13

Amostra 14

Amostra 15

Amostra 16

Page 50: Dissertação Priscilla Velasco da Paixão

Na anaacutelise semiquantitativa por XRF pode-se verificar a presenccedila de elevadas

concentraccedilotildees de enxofre o que jaacute era esperado visto que este elemento faz parte da estrutura

da cisteiacutena o aminoaacutecido em maior quantidade na composiccedilatildeo do cabelo

Os elementos Ca Zn e Fe foram detectados em todas as amostras dos dois grupos O

Ca aparece na maior parte das amostras em concentraccedilotildees da ordem de enquanto que o Zn

e o Fe da ordem de ppm Os elementos Al P Mn Cl Si e Cu aparecem na maioria das

amostras em ambos os grupos No entanto o Pb foi observado em concentraccedilotildees da ordem de

ppm somente em amostras de cabelo de pessoas que ingerem aacutegua de poccedilo

Para as amostras 5 7 e 15 utilizou-se um porta amostra com maacutescara de 8 mm de

diacircmetro ao inveacutes da maacutescara de 34 mm utilizada para as outras amostras devido a pouca

quantidade de cabelo coletado Agrave vantagem de poder utilizar menos amostra com a maacutescara

de 8 mm contrapotildee-se um aumento do ruiacutedo de fundo e a consequente perda da sensibilidade

na anaacutelise Tal fato pode provavelmente justificar a quantidade menor de elementos

observados nessas amostras em comparaccedilatildeo com as demais incluindo a ausecircncia do elemento

chumbo nas amostras 5 e 7 jaacute que o mesmo aparece nas amostras 6 e 8 das pessoas que

bebem a mesma aacutegua dos poccedilos c e d respectivamente

52 Anaacutelise por RBS

Apresenta-se na Figura 22 o espectro de RBS da amostra 2 adquirido durante 8

horas de anaacutelise e apoacutes tratamento dos dados atraveacutes do programa computacional OriginPro 8

Duas ampliaccedilotildees (I e II) nas regiotildees de mais alta energia satildeo apresentadas nas Figuras 23 e

24 Observou-se a presenccedila dos elementos C N O Si S Cl Ti Cu Zn e Pb

As energias dos iacuteons He+ retroespalhados a partir da interaccedilatildeo com os nuacutecleos de Pb

e Hg satildeo muito proacuteximas tornando difiacutecil a resoluccedilatildeo dos sinais No entanto o Hg natildeo foi

observado em nenhuma das amostras por XRF enquanto o Pb pode ser detectado claramente

Conclui-se portanto que o degrau no espectro eacute correspondente ao Pb

Utilizando-se o caacutelculo da seccedilatildeo de choque de espalhamento Rutherford foi possiacutevel

obter uma anaacutelise quantitativa relativa da amostra 2 Para isso foi escolhido o enxofre como

elemento padratildeo devido ao fato do S estar presente em todas as amostras de cabelo e ser

facilmente detectaacutevel por ambas as teacutecnicas Para cada aacutetomo de S na amostra de cabelo as

seguintes proporccedilotildees atocircmicas foram obtidas 115 x 102 C 274 x 10

1 N 157 x 10

1 O 479 x

10-1

Si 641 x 10-1

Cl 454 x 10-2

Ti 162 x 10-2

Cu 265 x 10-2

Zn e 504 x 10-4

Pb

Figura 22 Espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da amostra 2

(grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 23 Ampliaccedilatildeo I do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 24 Ampliaccedilatildeo II do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

60 CONCLUSOtildeES

As teacutecnicas de XRF e RBS mostraram-se eficientes e complementares na

determinaccedilatildeo de vaacuterios elementos presentes em amostras de cabelo humano Atraveacutes das duas

teacutecnicas foi possiacutevel detectar de forma semiquantitativa a presenccedila de elementos desde o Al

ateacute o Pb Por RBS tambeacutem foram detectados elementos mais leves como C N e O A

utilizaccedilatildeo conjunta das duas teacutecnicas permitiu a identificaccedilatildeo inequiacutevoca de Pb no espectro de

RBS

Eacute evidente que as concentraccedilotildees dos elementos nas amostras de cabelo dependem de

diversos fatores tais como o tipo de alimentaccedilatildeo idade sexo ambiente em que o indiviacuteduo

vive e podem ser provenientes de meios exoacutegenos e endoacutegenos Entretanto considerando o

natildeo aparecimento do Pb em nenhuma das amostras de cabelo das pessoas que ingerem aacutegua

distribuiacuteda pela CEDAE aleacutem das anaacutelises preacutevias da aacutegua dos poccedilos da aacuterea em estudo eacute

possiacutevel afirmar que existe uma elevada possibilidade da aacutegua de poccedilo estaacute atuando como

uma fonte de contaminaccedilatildeo de Pb para as pessoas Como o Pb eacute um elemento toacutexico com

propriedade de bioacumulaccedilatildeo sua presenccedila pode gerar danos irreversiacuteveis aos organismos

vivos

70 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS

Como sugestotildees deste estudo podemos indicar

Realizar uma anaacutelise quantitativa de um nuacutemero mais amplo de amostras

Efetuar uma comparaccedilatildeo com materiais de referecircncia certificados a fim de

determinar com um grau de confiabilidade mais elevado se as quantidades de

chumbo detectadas nas amostras de cabelo estatildeo acima do intervalo de valores

considerados aceitaacuteveis

80 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

[1] POZEBON D DRESSLER V L CURTIUS A J Anaacutelise de cabelo uma revisatildeo

dos procedimentos para a determinaccedilatildeo de elementos traccedilo e aplicaccedilotildees Quiacutem Nova

1999 22 (6) 838-846

[2] FRAZAtildeO S V Estudo da determinaccedilatildeo de elementos traccedilo em cabelos humanos

pelo meacutetodo de anaacutelise por ativaccedilatildeo de necircutrons Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Ciecircncias na

Aacuterea de Tecnologia Nuclear ndash Aplicaccedilotildees Instituto de Pesquisas Energeacuteticas e Nucleares ndash

Universidade de Satildeo Paulo - USP Satildeo Paulo 2008

[3] CARNEIRO M T W D SILVEIRA C L P MIEKELEY N FORTES L M C

Reference intervals for minor and trace elements in human hair for the population of

Rio de Janeiro city Brazil Quiacutem Nova 2002 25 (1) 37-45

[4] KEMPSON I M SKINNER W M KIRKBRIDE K P The ocurrence and

incorporation of copper and zinc in hair and their potential role as bioindicators a

review Journal of Toxicology and Environmental Health 2007 B 10 611-622

[5] CORTES-TORO E DE GOEIJ J J M BASCO J CHENG Y KINOVA L

MATSUBARA J NIESE S SATP T WESENBERG G R MURAMATSU Y PARR

R M The significance of hair mineral analysis as a means for assessing internal body

burdens of environmental pollutants results from an IAEA co-ordinated research

programme Journal of Radionalytical and Nuclear Chemistry 1993 167 (2) 413-421

[6] CLAYTON E WOOLER K K Sample preparation and system calibration for

Proton-Induced X-ray Emission analysis of hair from occupationally exposed workers

Anal Chem198557 1075-1079

[7] MIEKELEY N CARNEIRO M T W D SILVEIRA C L P How reliable are

human hair reference intervals for trace elements The Science of the Total Environment

1998 218 9-17

[8] MIEKELEY N FORTES L M C SILVEIRA C L P LIMA M B Elemental

anomalies in hair as indicators of endocrinologic pathologies and deficiencies in calcium

and bone metabolism Journal of Trace Elements in Medicine and Biology 2001 15 46-55

[9] TORIBARA T Y JACKSON D A FRENCH W R THOMPSON A C

JACKLEVIC J M Nondestructive X-Ray Fluorescence Spectrometry for determination

of trace elements along a single strand of hair Anal Chem 1982 54 1844-1849

[10] KHUDER A BAKIR M A HASAN R MOHAMMAD A Determination of

nickel cuper zinc and lead in human scalp hair in Syrian occupationally exposed

workers by total reflection X-Ray Fluorescence Environ Monit Assess 2008 143 67-74

[11] BARANOWSKA I BARCHANSKI L BAK M SMOLEC B MZYK Z X-Ray

Fluorescence Spectrometry in multielemental analysis of hair and teeth Polish Journal of

Environmental Studies 2004 13 (6) 639-646

[12] WATT F LANDSBERG J P Nuclear microscopy biomedical applications

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research 1993 B 77 249-260

[13] PAIXAtildeO P V GOMES L M B Anaacutelise de aacutegua de poccedilos subterracircneos na

localidade Chaacutecaras Arcampo em Duque de Caxias ndash RJ Relatoacuterio Final de Estaacutegio

Iniciaccedilatildeo Cientiacutefica Instituto de Quiacutemica ndash Universidade Federal do Rio de Janeiro ndash UFRJ

Rio de Janeiro 2012

[14] ANUNCIACcedilAtildeO D L R Anaacutelise de elementos maiores menores e traccedilo em

amostras de cabelo aplicado a triagem populacional com elevada incidecircncia de cacircncer

Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Quiacutemica Instituto de Quiacutemica ndash Universidade de Brasiacutelia

Brasiacutelia ndash Distrito Federal 2008

[15] TEGON E C Caracterizaccedilatildeo Quiacutemica do Enxofre e do Caacutelcio presentes em

amostras de cabelos empregando as teacutecnicas XRF e NEXAFS Projeto de Final de Curso

em Quiacutemica com Atribuiccedilotildees Tecnoloacutegicas Instituto de Quiacutemica ndash Universidade Federal do

Rio de Janeiro Rio de Janeiro 2013

[16] Dossiecirc os minerais na alimentaccedilatildeo Food Ingredients Brasil 2008 ndeg 4 48-65

Disponiacutevel em lt wwwrevista-ficommaterias52pdfgt Acesso em 30 de julho de 2015

[17] CEDAE Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos Disponiacutevel em

ltwwwcedaecombrgt Acesso em 30 de julho de 2015

[18] IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatiacutestica Censo Brasileiro de 2010 Rio de

Janeiro 2010 Disponiacutevel em ltwwwcenso2010ibgegovbrgt Acesso em 30 de julho de

2015

[19] RESENDE D ALENCAR E ALMEIDA R BERTA R Principal reservatoacuterio do

Paraiacuteba do Sul Paraibuna chega ao volume morto pela primeira vez Jornal O Globo 22

de janeiro de 2015 Disponiacutevel em httpogloboglobocomrioprincipal-reservatorio-do-

paraiba-do-sul-paraibuna-chega-ao-volume-morto-pela-primeira-vez-gt Acesso em 30 de

julho de 2015

[20] Fundamentos teoacutericos da teacutecnica de anaacutelise espectromeacutetrica por fluorescecircncia de

raios-x PUC-Rio ndash Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em

lthttpwwwmaxwellvracpuc-riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 30 de julho de 2015

[21] TASCH P DAMIANI F OLIVEIRA L C M IE - 607A Teacutecnicas de anaacutelise e

caracterizaccedilatildeo de materiais Universidade Estadual de Campinas ndash UNICAMP Campinas

2000

[22] FILHO V F N Teacutecnicas analiacuteticas nucleares de Fluorescecircncia de Raios ndashX por

Dispersatildeo de Enerdia (ED-XRF) e por Reflexatildeo Total (TXRF) Departamento de Ciecircncias

Exatas ESALQ Laboratoacuterio de Instrumentaccedilatildeo Nuclear CENA Universidade de Satildeo Paulo

ndash USP Satildeo Paulo 1999

[23] PERDONAacute C R Introduccedilatildeo a espectrometria de Fluorescecircncia de Raios-X Manual

Teacutecnico ndash BRUKER 2014

[24] O espectrocircmetro de fluorescecircncia de raios-x Thermo ARL 9900 PUC-Rio ndash

Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em lthttpwwwmaxwellvracpuc-

riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 08 de agosto de 2015

[25] KRUG C Superfiacutecies porosas recobertas com metalocenos anaacutelise multivariada

envolvendo caracterizaccedilatildeo com feixe de iacuteons Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Fiacutesica Instituto

de Fiacutesica Universidade Federal do Rio Grande do Sul ndash UFRGS Porto Alegre 2000

[26] TABACNIKS M H Anaacutelise de filmes finos por PIXE e RBS Instituto de Fiacutesica da

Universidade de Satildeo Paulo Disponiacutevel em ltwww2ifuspbr~lamfipixeamprbspdfgt Acesso

em julho de 2015

[27] ALMEIDA C R Efeito de tratamentos teacutermico e quiacutemico de aerogeacuteis de oacutexido de

estanho Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Engenharia Eleacutetrica Universidade Federal de Santa

Catarina Florianoacutepolis 2013

[28] ATTWOOD D T HENKE B L et al X-Ray Data Booklet Lawrence Berkeley

Laboratory University of California Berkeley California 1986

ANEXO I

MODELO DO QUESTIONAacuteRIO PREENCHIDO ANTES DA COLETA DAS AMOSTRAS

DE CABELO

Coacutedigo da amostra

Nome

Idade (anos)

Endereccedilo

Fuma Sim ( ) Natildeo ( )

Ingere aacutegua de que tipo (poccedilo CEDAE) Poccedilo ( ) CEDAE ( )

Fez algum tipo de tratamento quiacutemico no cabelo

(coloraccedilatildeo alisamento etc)Sim ( ) Natildeo ( )

Qual Quando foi a uacuteltima vez

Esteve bem de sauacutede nos uacuteltimos 6 meses Sim ( ) Natildeo ( )

Data da coleta

Responsaacutevel pela coleta

COLETA DE AMOSTRA DE CABELO

ANEXO II

INFORMACcedilOtildeES ADICIONAIS SOBRE OS DOADORES E AS AMOSTRAS DE

CABELO COLETADAS

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

1 Feminino 62 Cacheado Castanho Escuro

2 Feminino 27 Cacheado Castanho Escuro

3 Feminino 17 Liso Castanho Escuro

4 Feminino 10 Cacheado Castanho Escuro

5 Feminino 58 Liso Castanho Escuro

6 Feminino 7 Cacheado Castanho Escuro

7 Masculino 17 Liso Castanho Claro

8 Feminino 39 Liso Castanho Escuro

Pessoas que Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

9 Feminino 41 Cacheado Castanho Escuro

10 Feminino 17 Ondulado Castanho Claro

11 Masculino 1 Cacheado Castanho Escuro

12 Feminino 11 Liso Castanho Escuro

13 Masculino 21 Liso Castanho Escuro

14 Masculino 42 Cacheado Preto

15 Masculino 6 Liso Preto

16 Masculino 14 Liso Preto

Pessoas que Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

ANEXO III

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DE POCcedilO (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 1

Amostra 2

Amostra 3

Amostra 4

Amostra 5

Amostra 6

Amostra 7

Amostra 8

ANEXO IV

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DISTRIBUIacuteDA PELA CEDAE (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 9

Amostra 10

Amostra 11

Amostra 12

Amostra 13

Amostra 14

Amostra 15

Amostra 16

Page 51: Dissertação Priscilla Velasco da Paixão

Figura 22 Espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da amostra 2

(grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 23 Ampliaccedilatildeo I do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

Figura 24 Ampliaccedilatildeo II do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

60 CONCLUSOtildeES

As teacutecnicas de XRF e RBS mostraram-se eficientes e complementares na

determinaccedilatildeo de vaacuterios elementos presentes em amostras de cabelo humano Atraveacutes das duas

teacutecnicas foi possiacutevel detectar de forma semiquantitativa a presenccedila de elementos desde o Al

ateacute o Pb Por RBS tambeacutem foram detectados elementos mais leves como C N e O A

utilizaccedilatildeo conjunta das duas teacutecnicas permitiu a identificaccedilatildeo inequiacutevoca de Pb no espectro de

RBS

Eacute evidente que as concentraccedilotildees dos elementos nas amostras de cabelo dependem de

diversos fatores tais como o tipo de alimentaccedilatildeo idade sexo ambiente em que o indiviacuteduo

vive e podem ser provenientes de meios exoacutegenos e endoacutegenos Entretanto considerando o

natildeo aparecimento do Pb em nenhuma das amostras de cabelo das pessoas que ingerem aacutegua

distribuiacuteda pela CEDAE aleacutem das anaacutelises preacutevias da aacutegua dos poccedilos da aacuterea em estudo eacute

possiacutevel afirmar que existe uma elevada possibilidade da aacutegua de poccedilo estaacute atuando como

uma fonte de contaminaccedilatildeo de Pb para as pessoas Como o Pb eacute um elemento toacutexico com

propriedade de bioacumulaccedilatildeo sua presenccedila pode gerar danos irreversiacuteveis aos organismos

vivos

70 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS

Como sugestotildees deste estudo podemos indicar

Realizar uma anaacutelise quantitativa de um nuacutemero mais amplo de amostras

Efetuar uma comparaccedilatildeo com materiais de referecircncia certificados a fim de

determinar com um grau de confiabilidade mais elevado se as quantidades de

chumbo detectadas nas amostras de cabelo estatildeo acima do intervalo de valores

considerados aceitaacuteveis

80 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

[1] POZEBON D DRESSLER V L CURTIUS A J Anaacutelise de cabelo uma revisatildeo

dos procedimentos para a determinaccedilatildeo de elementos traccedilo e aplicaccedilotildees Quiacutem Nova

1999 22 (6) 838-846

[2] FRAZAtildeO S V Estudo da determinaccedilatildeo de elementos traccedilo em cabelos humanos

pelo meacutetodo de anaacutelise por ativaccedilatildeo de necircutrons Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Ciecircncias na

Aacuterea de Tecnologia Nuclear ndash Aplicaccedilotildees Instituto de Pesquisas Energeacuteticas e Nucleares ndash

Universidade de Satildeo Paulo - USP Satildeo Paulo 2008

[3] CARNEIRO M T W D SILVEIRA C L P MIEKELEY N FORTES L M C

Reference intervals for minor and trace elements in human hair for the population of

Rio de Janeiro city Brazil Quiacutem Nova 2002 25 (1) 37-45

[4] KEMPSON I M SKINNER W M KIRKBRIDE K P The ocurrence and

incorporation of copper and zinc in hair and their potential role as bioindicators a

review Journal of Toxicology and Environmental Health 2007 B 10 611-622

[5] CORTES-TORO E DE GOEIJ J J M BASCO J CHENG Y KINOVA L

MATSUBARA J NIESE S SATP T WESENBERG G R MURAMATSU Y PARR

R M The significance of hair mineral analysis as a means for assessing internal body

burdens of environmental pollutants results from an IAEA co-ordinated research

programme Journal of Radionalytical and Nuclear Chemistry 1993 167 (2) 413-421

[6] CLAYTON E WOOLER K K Sample preparation and system calibration for

Proton-Induced X-ray Emission analysis of hair from occupationally exposed workers

Anal Chem198557 1075-1079

[7] MIEKELEY N CARNEIRO M T W D SILVEIRA C L P How reliable are

human hair reference intervals for trace elements The Science of the Total Environment

1998 218 9-17

[8] MIEKELEY N FORTES L M C SILVEIRA C L P LIMA M B Elemental

anomalies in hair as indicators of endocrinologic pathologies and deficiencies in calcium

and bone metabolism Journal of Trace Elements in Medicine and Biology 2001 15 46-55

[9] TORIBARA T Y JACKSON D A FRENCH W R THOMPSON A C

JACKLEVIC J M Nondestructive X-Ray Fluorescence Spectrometry for determination

of trace elements along a single strand of hair Anal Chem 1982 54 1844-1849

[10] KHUDER A BAKIR M A HASAN R MOHAMMAD A Determination of

nickel cuper zinc and lead in human scalp hair in Syrian occupationally exposed

workers by total reflection X-Ray Fluorescence Environ Monit Assess 2008 143 67-74

[11] BARANOWSKA I BARCHANSKI L BAK M SMOLEC B MZYK Z X-Ray

Fluorescence Spectrometry in multielemental analysis of hair and teeth Polish Journal of

Environmental Studies 2004 13 (6) 639-646

[12] WATT F LANDSBERG J P Nuclear microscopy biomedical applications

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research 1993 B 77 249-260

[13] PAIXAtildeO P V GOMES L M B Anaacutelise de aacutegua de poccedilos subterracircneos na

localidade Chaacutecaras Arcampo em Duque de Caxias ndash RJ Relatoacuterio Final de Estaacutegio

Iniciaccedilatildeo Cientiacutefica Instituto de Quiacutemica ndash Universidade Federal do Rio de Janeiro ndash UFRJ

Rio de Janeiro 2012

[14] ANUNCIACcedilAtildeO D L R Anaacutelise de elementos maiores menores e traccedilo em

amostras de cabelo aplicado a triagem populacional com elevada incidecircncia de cacircncer

Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Quiacutemica Instituto de Quiacutemica ndash Universidade de Brasiacutelia

Brasiacutelia ndash Distrito Federal 2008

[15] TEGON E C Caracterizaccedilatildeo Quiacutemica do Enxofre e do Caacutelcio presentes em

amostras de cabelos empregando as teacutecnicas XRF e NEXAFS Projeto de Final de Curso

em Quiacutemica com Atribuiccedilotildees Tecnoloacutegicas Instituto de Quiacutemica ndash Universidade Federal do

Rio de Janeiro Rio de Janeiro 2013

[16] Dossiecirc os minerais na alimentaccedilatildeo Food Ingredients Brasil 2008 ndeg 4 48-65

Disponiacutevel em lt wwwrevista-ficommaterias52pdfgt Acesso em 30 de julho de 2015

[17] CEDAE Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos Disponiacutevel em

ltwwwcedaecombrgt Acesso em 30 de julho de 2015

[18] IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatiacutestica Censo Brasileiro de 2010 Rio de

Janeiro 2010 Disponiacutevel em ltwwwcenso2010ibgegovbrgt Acesso em 30 de julho de

2015

[19] RESENDE D ALENCAR E ALMEIDA R BERTA R Principal reservatoacuterio do

Paraiacuteba do Sul Paraibuna chega ao volume morto pela primeira vez Jornal O Globo 22

de janeiro de 2015 Disponiacutevel em httpogloboglobocomrioprincipal-reservatorio-do-

paraiba-do-sul-paraibuna-chega-ao-volume-morto-pela-primeira-vez-gt Acesso em 30 de

julho de 2015

[20] Fundamentos teoacutericos da teacutecnica de anaacutelise espectromeacutetrica por fluorescecircncia de

raios-x PUC-Rio ndash Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em

lthttpwwwmaxwellvracpuc-riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 30 de julho de 2015

[21] TASCH P DAMIANI F OLIVEIRA L C M IE - 607A Teacutecnicas de anaacutelise e

caracterizaccedilatildeo de materiais Universidade Estadual de Campinas ndash UNICAMP Campinas

2000

[22] FILHO V F N Teacutecnicas analiacuteticas nucleares de Fluorescecircncia de Raios ndashX por

Dispersatildeo de Enerdia (ED-XRF) e por Reflexatildeo Total (TXRF) Departamento de Ciecircncias

Exatas ESALQ Laboratoacuterio de Instrumentaccedilatildeo Nuclear CENA Universidade de Satildeo Paulo

ndash USP Satildeo Paulo 1999

[23] PERDONAacute C R Introduccedilatildeo a espectrometria de Fluorescecircncia de Raios-X Manual

Teacutecnico ndash BRUKER 2014

[24] O espectrocircmetro de fluorescecircncia de raios-x Thermo ARL 9900 PUC-Rio ndash

Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em lthttpwwwmaxwellvracpuc-

riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 08 de agosto de 2015

[25] KRUG C Superfiacutecies porosas recobertas com metalocenos anaacutelise multivariada

envolvendo caracterizaccedilatildeo com feixe de iacuteons Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Fiacutesica Instituto

de Fiacutesica Universidade Federal do Rio Grande do Sul ndash UFRGS Porto Alegre 2000

[26] TABACNIKS M H Anaacutelise de filmes finos por PIXE e RBS Instituto de Fiacutesica da

Universidade de Satildeo Paulo Disponiacutevel em ltwww2ifuspbr~lamfipixeamprbspdfgt Acesso

em julho de 2015

[27] ALMEIDA C R Efeito de tratamentos teacutermico e quiacutemico de aerogeacuteis de oacutexido de

estanho Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Engenharia Eleacutetrica Universidade Federal de Santa

Catarina Florianoacutepolis 2013

[28] ATTWOOD D T HENKE B L et al X-Ray Data Booklet Lawrence Berkeley

Laboratory University of California Berkeley California 1986

ANEXO I

MODELO DO QUESTIONAacuteRIO PREENCHIDO ANTES DA COLETA DAS AMOSTRAS

DE CABELO

Coacutedigo da amostra

Nome

Idade (anos)

Endereccedilo

Fuma Sim ( ) Natildeo ( )

Ingere aacutegua de que tipo (poccedilo CEDAE) Poccedilo ( ) CEDAE ( )

Fez algum tipo de tratamento quiacutemico no cabelo

(coloraccedilatildeo alisamento etc)Sim ( ) Natildeo ( )

Qual Quando foi a uacuteltima vez

Esteve bem de sauacutede nos uacuteltimos 6 meses Sim ( ) Natildeo ( )

Data da coleta

Responsaacutevel pela coleta

COLETA DE AMOSTRA DE CABELO

ANEXO II

INFORMACcedilOtildeES ADICIONAIS SOBRE OS DOADORES E AS AMOSTRAS DE

CABELO COLETADAS

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

1 Feminino 62 Cacheado Castanho Escuro

2 Feminino 27 Cacheado Castanho Escuro

3 Feminino 17 Liso Castanho Escuro

4 Feminino 10 Cacheado Castanho Escuro

5 Feminino 58 Liso Castanho Escuro

6 Feminino 7 Cacheado Castanho Escuro

7 Masculino 17 Liso Castanho Claro

8 Feminino 39 Liso Castanho Escuro

Pessoas que Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

9 Feminino 41 Cacheado Castanho Escuro

10 Feminino 17 Ondulado Castanho Claro

11 Masculino 1 Cacheado Castanho Escuro

12 Feminino 11 Liso Castanho Escuro

13 Masculino 21 Liso Castanho Escuro

14 Masculino 42 Cacheado Preto

15 Masculino 6 Liso Preto

16 Masculino 14 Liso Preto

Pessoas que Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

ANEXO III

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DE POCcedilO (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 1

Amostra 2

Amostra 3

Amostra 4

Amostra 5

Amostra 6

Amostra 7

Amostra 8

ANEXO IV

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DISTRIBUIacuteDA PELA CEDAE (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 9

Amostra 10

Amostra 11

Amostra 12

Amostra 13

Amostra 14

Amostra 15

Amostra 16

Page 52: Dissertação Priscilla Velasco da Paixão

Figura 24 Ampliaccedilatildeo II do espectro de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford da

amostra 2 (grupo de pessoas que ingere aacutegua de poccedilo)

60 CONCLUSOtildeES

As teacutecnicas de XRF e RBS mostraram-se eficientes e complementares na

determinaccedilatildeo de vaacuterios elementos presentes em amostras de cabelo humano Atraveacutes das duas

teacutecnicas foi possiacutevel detectar de forma semiquantitativa a presenccedila de elementos desde o Al

ateacute o Pb Por RBS tambeacutem foram detectados elementos mais leves como C N e O A

utilizaccedilatildeo conjunta das duas teacutecnicas permitiu a identificaccedilatildeo inequiacutevoca de Pb no espectro de

RBS

Eacute evidente que as concentraccedilotildees dos elementos nas amostras de cabelo dependem de

diversos fatores tais como o tipo de alimentaccedilatildeo idade sexo ambiente em que o indiviacuteduo

vive e podem ser provenientes de meios exoacutegenos e endoacutegenos Entretanto considerando o

natildeo aparecimento do Pb em nenhuma das amostras de cabelo das pessoas que ingerem aacutegua

distribuiacuteda pela CEDAE aleacutem das anaacutelises preacutevias da aacutegua dos poccedilos da aacuterea em estudo eacute

possiacutevel afirmar que existe uma elevada possibilidade da aacutegua de poccedilo estaacute atuando como

uma fonte de contaminaccedilatildeo de Pb para as pessoas Como o Pb eacute um elemento toacutexico com

propriedade de bioacumulaccedilatildeo sua presenccedila pode gerar danos irreversiacuteveis aos organismos

vivos

70 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS

Como sugestotildees deste estudo podemos indicar

Realizar uma anaacutelise quantitativa de um nuacutemero mais amplo de amostras

Efetuar uma comparaccedilatildeo com materiais de referecircncia certificados a fim de

determinar com um grau de confiabilidade mais elevado se as quantidades de

chumbo detectadas nas amostras de cabelo estatildeo acima do intervalo de valores

considerados aceitaacuteveis

80 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

[1] POZEBON D DRESSLER V L CURTIUS A J Anaacutelise de cabelo uma revisatildeo

dos procedimentos para a determinaccedilatildeo de elementos traccedilo e aplicaccedilotildees Quiacutem Nova

1999 22 (6) 838-846

[2] FRAZAtildeO S V Estudo da determinaccedilatildeo de elementos traccedilo em cabelos humanos

pelo meacutetodo de anaacutelise por ativaccedilatildeo de necircutrons Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Ciecircncias na

Aacuterea de Tecnologia Nuclear ndash Aplicaccedilotildees Instituto de Pesquisas Energeacuteticas e Nucleares ndash

Universidade de Satildeo Paulo - USP Satildeo Paulo 2008

[3] CARNEIRO M T W D SILVEIRA C L P MIEKELEY N FORTES L M C

Reference intervals for minor and trace elements in human hair for the population of

Rio de Janeiro city Brazil Quiacutem Nova 2002 25 (1) 37-45

[4] KEMPSON I M SKINNER W M KIRKBRIDE K P The ocurrence and

incorporation of copper and zinc in hair and their potential role as bioindicators a

review Journal of Toxicology and Environmental Health 2007 B 10 611-622

[5] CORTES-TORO E DE GOEIJ J J M BASCO J CHENG Y KINOVA L

MATSUBARA J NIESE S SATP T WESENBERG G R MURAMATSU Y PARR

R M The significance of hair mineral analysis as a means for assessing internal body

burdens of environmental pollutants results from an IAEA co-ordinated research

programme Journal of Radionalytical and Nuclear Chemistry 1993 167 (2) 413-421

[6] CLAYTON E WOOLER K K Sample preparation and system calibration for

Proton-Induced X-ray Emission analysis of hair from occupationally exposed workers

Anal Chem198557 1075-1079

[7] MIEKELEY N CARNEIRO M T W D SILVEIRA C L P How reliable are

human hair reference intervals for trace elements The Science of the Total Environment

1998 218 9-17

[8] MIEKELEY N FORTES L M C SILVEIRA C L P LIMA M B Elemental

anomalies in hair as indicators of endocrinologic pathologies and deficiencies in calcium

and bone metabolism Journal of Trace Elements in Medicine and Biology 2001 15 46-55

[9] TORIBARA T Y JACKSON D A FRENCH W R THOMPSON A C

JACKLEVIC J M Nondestructive X-Ray Fluorescence Spectrometry for determination

of trace elements along a single strand of hair Anal Chem 1982 54 1844-1849

[10] KHUDER A BAKIR M A HASAN R MOHAMMAD A Determination of

nickel cuper zinc and lead in human scalp hair in Syrian occupationally exposed

workers by total reflection X-Ray Fluorescence Environ Monit Assess 2008 143 67-74

[11] BARANOWSKA I BARCHANSKI L BAK M SMOLEC B MZYK Z X-Ray

Fluorescence Spectrometry in multielemental analysis of hair and teeth Polish Journal of

Environmental Studies 2004 13 (6) 639-646

[12] WATT F LANDSBERG J P Nuclear microscopy biomedical applications

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research 1993 B 77 249-260

[13] PAIXAtildeO P V GOMES L M B Anaacutelise de aacutegua de poccedilos subterracircneos na

localidade Chaacutecaras Arcampo em Duque de Caxias ndash RJ Relatoacuterio Final de Estaacutegio

Iniciaccedilatildeo Cientiacutefica Instituto de Quiacutemica ndash Universidade Federal do Rio de Janeiro ndash UFRJ

Rio de Janeiro 2012

[14] ANUNCIACcedilAtildeO D L R Anaacutelise de elementos maiores menores e traccedilo em

amostras de cabelo aplicado a triagem populacional com elevada incidecircncia de cacircncer

Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Quiacutemica Instituto de Quiacutemica ndash Universidade de Brasiacutelia

Brasiacutelia ndash Distrito Federal 2008

[15] TEGON E C Caracterizaccedilatildeo Quiacutemica do Enxofre e do Caacutelcio presentes em

amostras de cabelos empregando as teacutecnicas XRF e NEXAFS Projeto de Final de Curso

em Quiacutemica com Atribuiccedilotildees Tecnoloacutegicas Instituto de Quiacutemica ndash Universidade Federal do

Rio de Janeiro Rio de Janeiro 2013

[16] Dossiecirc os minerais na alimentaccedilatildeo Food Ingredients Brasil 2008 ndeg 4 48-65

Disponiacutevel em lt wwwrevista-ficommaterias52pdfgt Acesso em 30 de julho de 2015

[17] CEDAE Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos Disponiacutevel em

ltwwwcedaecombrgt Acesso em 30 de julho de 2015

[18] IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatiacutestica Censo Brasileiro de 2010 Rio de

Janeiro 2010 Disponiacutevel em ltwwwcenso2010ibgegovbrgt Acesso em 30 de julho de

2015

[19] RESENDE D ALENCAR E ALMEIDA R BERTA R Principal reservatoacuterio do

Paraiacuteba do Sul Paraibuna chega ao volume morto pela primeira vez Jornal O Globo 22

de janeiro de 2015 Disponiacutevel em httpogloboglobocomrioprincipal-reservatorio-do-

paraiba-do-sul-paraibuna-chega-ao-volume-morto-pela-primeira-vez-gt Acesso em 30 de

julho de 2015

[20] Fundamentos teoacutericos da teacutecnica de anaacutelise espectromeacutetrica por fluorescecircncia de

raios-x PUC-Rio ndash Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em

lthttpwwwmaxwellvracpuc-riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 30 de julho de 2015

[21] TASCH P DAMIANI F OLIVEIRA L C M IE - 607A Teacutecnicas de anaacutelise e

caracterizaccedilatildeo de materiais Universidade Estadual de Campinas ndash UNICAMP Campinas

2000

[22] FILHO V F N Teacutecnicas analiacuteticas nucleares de Fluorescecircncia de Raios ndashX por

Dispersatildeo de Enerdia (ED-XRF) e por Reflexatildeo Total (TXRF) Departamento de Ciecircncias

Exatas ESALQ Laboratoacuterio de Instrumentaccedilatildeo Nuclear CENA Universidade de Satildeo Paulo

ndash USP Satildeo Paulo 1999

[23] PERDONAacute C R Introduccedilatildeo a espectrometria de Fluorescecircncia de Raios-X Manual

Teacutecnico ndash BRUKER 2014

[24] O espectrocircmetro de fluorescecircncia de raios-x Thermo ARL 9900 PUC-Rio ndash

Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em lthttpwwwmaxwellvracpuc-

riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 08 de agosto de 2015

[25] KRUG C Superfiacutecies porosas recobertas com metalocenos anaacutelise multivariada

envolvendo caracterizaccedilatildeo com feixe de iacuteons Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Fiacutesica Instituto

de Fiacutesica Universidade Federal do Rio Grande do Sul ndash UFRGS Porto Alegre 2000

[26] TABACNIKS M H Anaacutelise de filmes finos por PIXE e RBS Instituto de Fiacutesica da

Universidade de Satildeo Paulo Disponiacutevel em ltwww2ifuspbr~lamfipixeamprbspdfgt Acesso

em julho de 2015

[27] ALMEIDA C R Efeito de tratamentos teacutermico e quiacutemico de aerogeacuteis de oacutexido de

estanho Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Engenharia Eleacutetrica Universidade Federal de Santa

Catarina Florianoacutepolis 2013

[28] ATTWOOD D T HENKE B L et al X-Ray Data Booklet Lawrence Berkeley

Laboratory University of California Berkeley California 1986

ANEXO I

MODELO DO QUESTIONAacuteRIO PREENCHIDO ANTES DA COLETA DAS AMOSTRAS

DE CABELO

Coacutedigo da amostra

Nome

Idade (anos)

Endereccedilo

Fuma Sim ( ) Natildeo ( )

Ingere aacutegua de que tipo (poccedilo CEDAE) Poccedilo ( ) CEDAE ( )

Fez algum tipo de tratamento quiacutemico no cabelo

(coloraccedilatildeo alisamento etc)Sim ( ) Natildeo ( )

Qual Quando foi a uacuteltima vez

Esteve bem de sauacutede nos uacuteltimos 6 meses Sim ( ) Natildeo ( )

Data da coleta

Responsaacutevel pela coleta

COLETA DE AMOSTRA DE CABELO

ANEXO II

INFORMACcedilOtildeES ADICIONAIS SOBRE OS DOADORES E AS AMOSTRAS DE

CABELO COLETADAS

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

1 Feminino 62 Cacheado Castanho Escuro

2 Feminino 27 Cacheado Castanho Escuro

3 Feminino 17 Liso Castanho Escuro

4 Feminino 10 Cacheado Castanho Escuro

5 Feminino 58 Liso Castanho Escuro

6 Feminino 7 Cacheado Castanho Escuro

7 Masculino 17 Liso Castanho Claro

8 Feminino 39 Liso Castanho Escuro

Pessoas que Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

9 Feminino 41 Cacheado Castanho Escuro

10 Feminino 17 Ondulado Castanho Claro

11 Masculino 1 Cacheado Castanho Escuro

12 Feminino 11 Liso Castanho Escuro

13 Masculino 21 Liso Castanho Escuro

14 Masculino 42 Cacheado Preto

15 Masculino 6 Liso Preto

16 Masculino 14 Liso Preto

Pessoas que Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

ANEXO III

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DE POCcedilO (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 1

Amostra 2

Amostra 3

Amostra 4

Amostra 5

Amostra 6

Amostra 7

Amostra 8

ANEXO IV

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DISTRIBUIacuteDA PELA CEDAE (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 9

Amostra 10

Amostra 11

Amostra 12

Amostra 13

Amostra 14

Amostra 15

Amostra 16

Page 53: Dissertação Priscilla Velasco da Paixão

possiacutevel afirmar que existe uma elevada possibilidade da aacutegua de poccedilo estaacute atuando como

uma fonte de contaminaccedilatildeo de Pb para as pessoas Como o Pb eacute um elemento toacutexico com

propriedade de bioacumulaccedilatildeo sua presenccedila pode gerar danos irreversiacuteveis aos organismos

vivos

70 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS

Como sugestotildees deste estudo podemos indicar

Realizar uma anaacutelise quantitativa de um nuacutemero mais amplo de amostras

Efetuar uma comparaccedilatildeo com materiais de referecircncia certificados a fim de

determinar com um grau de confiabilidade mais elevado se as quantidades de

chumbo detectadas nas amostras de cabelo estatildeo acima do intervalo de valores

considerados aceitaacuteveis

80 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

[1] POZEBON D DRESSLER V L CURTIUS A J Anaacutelise de cabelo uma revisatildeo

dos procedimentos para a determinaccedilatildeo de elementos traccedilo e aplicaccedilotildees Quiacutem Nova

1999 22 (6) 838-846

[2] FRAZAtildeO S V Estudo da determinaccedilatildeo de elementos traccedilo em cabelos humanos

pelo meacutetodo de anaacutelise por ativaccedilatildeo de necircutrons Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Ciecircncias na

Aacuterea de Tecnologia Nuclear ndash Aplicaccedilotildees Instituto de Pesquisas Energeacuteticas e Nucleares ndash

Universidade de Satildeo Paulo - USP Satildeo Paulo 2008

[3] CARNEIRO M T W D SILVEIRA C L P MIEKELEY N FORTES L M C

Reference intervals for minor and trace elements in human hair for the population of

Rio de Janeiro city Brazil Quiacutem Nova 2002 25 (1) 37-45

[4] KEMPSON I M SKINNER W M KIRKBRIDE K P The ocurrence and

incorporation of copper and zinc in hair and their potential role as bioindicators a

review Journal of Toxicology and Environmental Health 2007 B 10 611-622

[5] CORTES-TORO E DE GOEIJ J J M BASCO J CHENG Y KINOVA L

MATSUBARA J NIESE S SATP T WESENBERG G R MURAMATSU Y PARR

R M The significance of hair mineral analysis as a means for assessing internal body

burdens of environmental pollutants results from an IAEA co-ordinated research

programme Journal of Radionalytical and Nuclear Chemistry 1993 167 (2) 413-421

[6] CLAYTON E WOOLER K K Sample preparation and system calibration for

Proton-Induced X-ray Emission analysis of hair from occupationally exposed workers

Anal Chem198557 1075-1079

[7] MIEKELEY N CARNEIRO M T W D SILVEIRA C L P How reliable are

human hair reference intervals for trace elements The Science of the Total Environment

1998 218 9-17

[8] MIEKELEY N FORTES L M C SILVEIRA C L P LIMA M B Elemental

anomalies in hair as indicators of endocrinologic pathologies and deficiencies in calcium

and bone metabolism Journal of Trace Elements in Medicine and Biology 2001 15 46-55

[9] TORIBARA T Y JACKSON D A FRENCH W R THOMPSON A C

JACKLEVIC J M Nondestructive X-Ray Fluorescence Spectrometry for determination

of trace elements along a single strand of hair Anal Chem 1982 54 1844-1849

[10] KHUDER A BAKIR M A HASAN R MOHAMMAD A Determination of

nickel cuper zinc and lead in human scalp hair in Syrian occupationally exposed

workers by total reflection X-Ray Fluorescence Environ Monit Assess 2008 143 67-74

[11] BARANOWSKA I BARCHANSKI L BAK M SMOLEC B MZYK Z X-Ray

Fluorescence Spectrometry in multielemental analysis of hair and teeth Polish Journal of

Environmental Studies 2004 13 (6) 639-646

[12] WATT F LANDSBERG J P Nuclear microscopy biomedical applications

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research 1993 B 77 249-260

[13] PAIXAtildeO P V GOMES L M B Anaacutelise de aacutegua de poccedilos subterracircneos na

localidade Chaacutecaras Arcampo em Duque de Caxias ndash RJ Relatoacuterio Final de Estaacutegio

Iniciaccedilatildeo Cientiacutefica Instituto de Quiacutemica ndash Universidade Federal do Rio de Janeiro ndash UFRJ

Rio de Janeiro 2012

[14] ANUNCIACcedilAtildeO D L R Anaacutelise de elementos maiores menores e traccedilo em

amostras de cabelo aplicado a triagem populacional com elevada incidecircncia de cacircncer

Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Quiacutemica Instituto de Quiacutemica ndash Universidade de Brasiacutelia

Brasiacutelia ndash Distrito Federal 2008

[15] TEGON E C Caracterizaccedilatildeo Quiacutemica do Enxofre e do Caacutelcio presentes em

amostras de cabelos empregando as teacutecnicas XRF e NEXAFS Projeto de Final de Curso

em Quiacutemica com Atribuiccedilotildees Tecnoloacutegicas Instituto de Quiacutemica ndash Universidade Federal do

Rio de Janeiro Rio de Janeiro 2013

[16] Dossiecirc os minerais na alimentaccedilatildeo Food Ingredients Brasil 2008 ndeg 4 48-65

Disponiacutevel em lt wwwrevista-ficommaterias52pdfgt Acesso em 30 de julho de 2015

[17] CEDAE Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos Disponiacutevel em

ltwwwcedaecombrgt Acesso em 30 de julho de 2015

[18] IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatiacutestica Censo Brasileiro de 2010 Rio de

Janeiro 2010 Disponiacutevel em ltwwwcenso2010ibgegovbrgt Acesso em 30 de julho de

2015

[19] RESENDE D ALENCAR E ALMEIDA R BERTA R Principal reservatoacuterio do

Paraiacuteba do Sul Paraibuna chega ao volume morto pela primeira vez Jornal O Globo 22

de janeiro de 2015 Disponiacutevel em httpogloboglobocomrioprincipal-reservatorio-do-

paraiba-do-sul-paraibuna-chega-ao-volume-morto-pela-primeira-vez-gt Acesso em 30 de

julho de 2015

[20] Fundamentos teoacutericos da teacutecnica de anaacutelise espectromeacutetrica por fluorescecircncia de

raios-x PUC-Rio ndash Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em

lthttpwwwmaxwellvracpuc-riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 30 de julho de 2015

[21] TASCH P DAMIANI F OLIVEIRA L C M IE - 607A Teacutecnicas de anaacutelise e

caracterizaccedilatildeo de materiais Universidade Estadual de Campinas ndash UNICAMP Campinas

2000

[22] FILHO V F N Teacutecnicas analiacuteticas nucleares de Fluorescecircncia de Raios ndashX por

Dispersatildeo de Enerdia (ED-XRF) e por Reflexatildeo Total (TXRF) Departamento de Ciecircncias

Exatas ESALQ Laboratoacuterio de Instrumentaccedilatildeo Nuclear CENA Universidade de Satildeo Paulo

ndash USP Satildeo Paulo 1999

[23] PERDONAacute C R Introduccedilatildeo a espectrometria de Fluorescecircncia de Raios-X Manual

Teacutecnico ndash BRUKER 2014

[24] O espectrocircmetro de fluorescecircncia de raios-x Thermo ARL 9900 PUC-Rio ndash

Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em lthttpwwwmaxwellvracpuc-

riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 08 de agosto de 2015

[25] KRUG C Superfiacutecies porosas recobertas com metalocenos anaacutelise multivariada

envolvendo caracterizaccedilatildeo com feixe de iacuteons Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Fiacutesica Instituto

de Fiacutesica Universidade Federal do Rio Grande do Sul ndash UFRGS Porto Alegre 2000

[26] TABACNIKS M H Anaacutelise de filmes finos por PIXE e RBS Instituto de Fiacutesica da

Universidade de Satildeo Paulo Disponiacutevel em ltwww2ifuspbr~lamfipixeamprbspdfgt Acesso

em julho de 2015

[27] ALMEIDA C R Efeito de tratamentos teacutermico e quiacutemico de aerogeacuteis de oacutexido de

estanho Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Engenharia Eleacutetrica Universidade Federal de Santa

Catarina Florianoacutepolis 2013

[28] ATTWOOD D T HENKE B L et al X-Ray Data Booklet Lawrence Berkeley

Laboratory University of California Berkeley California 1986

ANEXO I

MODELO DO QUESTIONAacuteRIO PREENCHIDO ANTES DA COLETA DAS AMOSTRAS

DE CABELO

Coacutedigo da amostra

Nome

Idade (anos)

Endereccedilo

Fuma Sim ( ) Natildeo ( )

Ingere aacutegua de que tipo (poccedilo CEDAE) Poccedilo ( ) CEDAE ( )

Fez algum tipo de tratamento quiacutemico no cabelo

(coloraccedilatildeo alisamento etc)Sim ( ) Natildeo ( )

Qual Quando foi a uacuteltima vez

Esteve bem de sauacutede nos uacuteltimos 6 meses Sim ( ) Natildeo ( )

Data da coleta

Responsaacutevel pela coleta

COLETA DE AMOSTRA DE CABELO

ANEXO II

INFORMACcedilOtildeES ADICIONAIS SOBRE OS DOADORES E AS AMOSTRAS DE

CABELO COLETADAS

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

1 Feminino 62 Cacheado Castanho Escuro

2 Feminino 27 Cacheado Castanho Escuro

3 Feminino 17 Liso Castanho Escuro

4 Feminino 10 Cacheado Castanho Escuro

5 Feminino 58 Liso Castanho Escuro

6 Feminino 7 Cacheado Castanho Escuro

7 Masculino 17 Liso Castanho Claro

8 Feminino 39 Liso Castanho Escuro

Pessoas que Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

9 Feminino 41 Cacheado Castanho Escuro

10 Feminino 17 Ondulado Castanho Claro

11 Masculino 1 Cacheado Castanho Escuro

12 Feminino 11 Liso Castanho Escuro

13 Masculino 21 Liso Castanho Escuro

14 Masculino 42 Cacheado Preto

15 Masculino 6 Liso Preto

16 Masculino 14 Liso Preto

Pessoas que Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

ANEXO III

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DE POCcedilO (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 1

Amostra 2

Amostra 3

Amostra 4

Amostra 5

Amostra 6

Amostra 7

Amostra 8

ANEXO IV

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DISTRIBUIacuteDA PELA CEDAE (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 9

Amostra 10

Amostra 11

Amostra 12

Amostra 13

Amostra 14

Amostra 15

Amostra 16

Page 54: Dissertação Priscilla Velasco da Paixão

80 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

[1] POZEBON D DRESSLER V L CURTIUS A J Anaacutelise de cabelo uma revisatildeo

dos procedimentos para a determinaccedilatildeo de elementos traccedilo e aplicaccedilotildees Quiacutem Nova

1999 22 (6) 838-846

[2] FRAZAtildeO S V Estudo da determinaccedilatildeo de elementos traccedilo em cabelos humanos

pelo meacutetodo de anaacutelise por ativaccedilatildeo de necircutrons Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Ciecircncias na

Aacuterea de Tecnologia Nuclear ndash Aplicaccedilotildees Instituto de Pesquisas Energeacuteticas e Nucleares ndash

Universidade de Satildeo Paulo - USP Satildeo Paulo 2008

[3] CARNEIRO M T W D SILVEIRA C L P MIEKELEY N FORTES L M C

Reference intervals for minor and trace elements in human hair for the population of

Rio de Janeiro city Brazil Quiacutem Nova 2002 25 (1) 37-45

[4] KEMPSON I M SKINNER W M KIRKBRIDE K P The ocurrence and

incorporation of copper and zinc in hair and their potential role as bioindicators a

review Journal of Toxicology and Environmental Health 2007 B 10 611-622

[5] CORTES-TORO E DE GOEIJ J J M BASCO J CHENG Y KINOVA L

MATSUBARA J NIESE S SATP T WESENBERG G R MURAMATSU Y PARR

R M The significance of hair mineral analysis as a means for assessing internal body

burdens of environmental pollutants results from an IAEA co-ordinated research

programme Journal of Radionalytical and Nuclear Chemistry 1993 167 (2) 413-421

[6] CLAYTON E WOOLER K K Sample preparation and system calibration for

Proton-Induced X-ray Emission analysis of hair from occupationally exposed workers

Anal Chem198557 1075-1079

[7] MIEKELEY N CARNEIRO M T W D SILVEIRA C L P How reliable are

human hair reference intervals for trace elements The Science of the Total Environment

1998 218 9-17

[8] MIEKELEY N FORTES L M C SILVEIRA C L P LIMA M B Elemental

anomalies in hair as indicators of endocrinologic pathologies and deficiencies in calcium

and bone metabolism Journal of Trace Elements in Medicine and Biology 2001 15 46-55

[9] TORIBARA T Y JACKSON D A FRENCH W R THOMPSON A C

JACKLEVIC J M Nondestructive X-Ray Fluorescence Spectrometry for determination

of trace elements along a single strand of hair Anal Chem 1982 54 1844-1849

[10] KHUDER A BAKIR M A HASAN R MOHAMMAD A Determination of

nickel cuper zinc and lead in human scalp hair in Syrian occupationally exposed

workers by total reflection X-Ray Fluorescence Environ Monit Assess 2008 143 67-74

[11] BARANOWSKA I BARCHANSKI L BAK M SMOLEC B MZYK Z X-Ray

Fluorescence Spectrometry in multielemental analysis of hair and teeth Polish Journal of

Environmental Studies 2004 13 (6) 639-646

[12] WATT F LANDSBERG J P Nuclear microscopy biomedical applications

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research 1993 B 77 249-260

[13] PAIXAtildeO P V GOMES L M B Anaacutelise de aacutegua de poccedilos subterracircneos na

localidade Chaacutecaras Arcampo em Duque de Caxias ndash RJ Relatoacuterio Final de Estaacutegio

Iniciaccedilatildeo Cientiacutefica Instituto de Quiacutemica ndash Universidade Federal do Rio de Janeiro ndash UFRJ

Rio de Janeiro 2012

[14] ANUNCIACcedilAtildeO D L R Anaacutelise de elementos maiores menores e traccedilo em

amostras de cabelo aplicado a triagem populacional com elevada incidecircncia de cacircncer

Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Quiacutemica Instituto de Quiacutemica ndash Universidade de Brasiacutelia

Brasiacutelia ndash Distrito Federal 2008

[15] TEGON E C Caracterizaccedilatildeo Quiacutemica do Enxofre e do Caacutelcio presentes em

amostras de cabelos empregando as teacutecnicas XRF e NEXAFS Projeto de Final de Curso

em Quiacutemica com Atribuiccedilotildees Tecnoloacutegicas Instituto de Quiacutemica ndash Universidade Federal do

Rio de Janeiro Rio de Janeiro 2013

[16] Dossiecirc os minerais na alimentaccedilatildeo Food Ingredients Brasil 2008 ndeg 4 48-65

Disponiacutevel em lt wwwrevista-ficommaterias52pdfgt Acesso em 30 de julho de 2015

[17] CEDAE Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos Disponiacutevel em

ltwwwcedaecombrgt Acesso em 30 de julho de 2015

[18] IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatiacutestica Censo Brasileiro de 2010 Rio de

Janeiro 2010 Disponiacutevel em ltwwwcenso2010ibgegovbrgt Acesso em 30 de julho de

2015

[19] RESENDE D ALENCAR E ALMEIDA R BERTA R Principal reservatoacuterio do

Paraiacuteba do Sul Paraibuna chega ao volume morto pela primeira vez Jornal O Globo 22

de janeiro de 2015 Disponiacutevel em httpogloboglobocomrioprincipal-reservatorio-do-

paraiba-do-sul-paraibuna-chega-ao-volume-morto-pela-primeira-vez-gt Acesso em 30 de

julho de 2015

[20] Fundamentos teoacutericos da teacutecnica de anaacutelise espectromeacutetrica por fluorescecircncia de

raios-x PUC-Rio ndash Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em

lthttpwwwmaxwellvracpuc-riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 30 de julho de 2015

[21] TASCH P DAMIANI F OLIVEIRA L C M IE - 607A Teacutecnicas de anaacutelise e

caracterizaccedilatildeo de materiais Universidade Estadual de Campinas ndash UNICAMP Campinas

2000

[22] FILHO V F N Teacutecnicas analiacuteticas nucleares de Fluorescecircncia de Raios ndashX por

Dispersatildeo de Enerdia (ED-XRF) e por Reflexatildeo Total (TXRF) Departamento de Ciecircncias

Exatas ESALQ Laboratoacuterio de Instrumentaccedilatildeo Nuclear CENA Universidade de Satildeo Paulo

ndash USP Satildeo Paulo 1999

[23] PERDONAacute C R Introduccedilatildeo a espectrometria de Fluorescecircncia de Raios-X Manual

Teacutecnico ndash BRUKER 2014

[24] O espectrocircmetro de fluorescecircncia de raios-x Thermo ARL 9900 PUC-Rio ndash

Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em lthttpwwwmaxwellvracpuc-

riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 08 de agosto de 2015

[25] KRUG C Superfiacutecies porosas recobertas com metalocenos anaacutelise multivariada

envolvendo caracterizaccedilatildeo com feixe de iacuteons Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Fiacutesica Instituto

de Fiacutesica Universidade Federal do Rio Grande do Sul ndash UFRGS Porto Alegre 2000

[26] TABACNIKS M H Anaacutelise de filmes finos por PIXE e RBS Instituto de Fiacutesica da

Universidade de Satildeo Paulo Disponiacutevel em ltwww2ifuspbr~lamfipixeamprbspdfgt Acesso

em julho de 2015

[27] ALMEIDA C R Efeito de tratamentos teacutermico e quiacutemico de aerogeacuteis de oacutexido de

estanho Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Engenharia Eleacutetrica Universidade Federal de Santa

Catarina Florianoacutepolis 2013

[28] ATTWOOD D T HENKE B L et al X-Ray Data Booklet Lawrence Berkeley

Laboratory University of California Berkeley California 1986

ANEXO I

MODELO DO QUESTIONAacuteRIO PREENCHIDO ANTES DA COLETA DAS AMOSTRAS

DE CABELO

Coacutedigo da amostra

Nome

Idade (anos)

Endereccedilo

Fuma Sim ( ) Natildeo ( )

Ingere aacutegua de que tipo (poccedilo CEDAE) Poccedilo ( ) CEDAE ( )

Fez algum tipo de tratamento quiacutemico no cabelo

(coloraccedilatildeo alisamento etc)Sim ( ) Natildeo ( )

Qual Quando foi a uacuteltima vez

Esteve bem de sauacutede nos uacuteltimos 6 meses Sim ( ) Natildeo ( )

Data da coleta

Responsaacutevel pela coleta

COLETA DE AMOSTRA DE CABELO

ANEXO II

INFORMACcedilOtildeES ADICIONAIS SOBRE OS DOADORES E AS AMOSTRAS DE

CABELO COLETADAS

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

1 Feminino 62 Cacheado Castanho Escuro

2 Feminino 27 Cacheado Castanho Escuro

3 Feminino 17 Liso Castanho Escuro

4 Feminino 10 Cacheado Castanho Escuro

5 Feminino 58 Liso Castanho Escuro

6 Feminino 7 Cacheado Castanho Escuro

7 Masculino 17 Liso Castanho Claro

8 Feminino 39 Liso Castanho Escuro

Pessoas que Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

9 Feminino 41 Cacheado Castanho Escuro

10 Feminino 17 Ondulado Castanho Claro

11 Masculino 1 Cacheado Castanho Escuro

12 Feminino 11 Liso Castanho Escuro

13 Masculino 21 Liso Castanho Escuro

14 Masculino 42 Cacheado Preto

15 Masculino 6 Liso Preto

16 Masculino 14 Liso Preto

Pessoas que Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

ANEXO III

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DE POCcedilO (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 1

Amostra 2

Amostra 3

Amostra 4

Amostra 5

Amostra 6

Amostra 7

Amostra 8

ANEXO IV

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DISTRIBUIacuteDA PELA CEDAE (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 9

Amostra 10

Amostra 11

Amostra 12

Amostra 13

Amostra 14

Amostra 15

Amostra 16

Page 55: Dissertação Priscilla Velasco da Paixão

[8] MIEKELEY N FORTES L M C SILVEIRA C L P LIMA M B Elemental

anomalies in hair as indicators of endocrinologic pathologies and deficiencies in calcium

and bone metabolism Journal of Trace Elements in Medicine and Biology 2001 15 46-55

[9] TORIBARA T Y JACKSON D A FRENCH W R THOMPSON A C

JACKLEVIC J M Nondestructive X-Ray Fluorescence Spectrometry for determination

of trace elements along a single strand of hair Anal Chem 1982 54 1844-1849

[10] KHUDER A BAKIR M A HASAN R MOHAMMAD A Determination of

nickel cuper zinc and lead in human scalp hair in Syrian occupationally exposed

workers by total reflection X-Ray Fluorescence Environ Monit Assess 2008 143 67-74

[11] BARANOWSKA I BARCHANSKI L BAK M SMOLEC B MZYK Z X-Ray

Fluorescence Spectrometry in multielemental analysis of hair and teeth Polish Journal of

Environmental Studies 2004 13 (6) 639-646

[12] WATT F LANDSBERG J P Nuclear microscopy biomedical applications

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research 1993 B 77 249-260

[13] PAIXAtildeO P V GOMES L M B Anaacutelise de aacutegua de poccedilos subterracircneos na

localidade Chaacutecaras Arcampo em Duque de Caxias ndash RJ Relatoacuterio Final de Estaacutegio

Iniciaccedilatildeo Cientiacutefica Instituto de Quiacutemica ndash Universidade Federal do Rio de Janeiro ndash UFRJ

Rio de Janeiro 2012

[14] ANUNCIACcedilAtildeO D L R Anaacutelise de elementos maiores menores e traccedilo em

amostras de cabelo aplicado a triagem populacional com elevada incidecircncia de cacircncer

Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Quiacutemica Instituto de Quiacutemica ndash Universidade de Brasiacutelia

Brasiacutelia ndash Distrito Federal 2008

[15] TEGON E C Caracterizaccedilatildeo Quiacutemica do Enxofre e do Caacutelcio presentes em

amostras de cabelos empregando as teacutecnicas XRF e NEXAFS Projeto de Final de Curso

em Quiacutemica com Atribuiccedilotildees Tecnoloacutegicas Instituto de Quiacutemica ndash Universidade Federal do

Rio de Janeiro Rio de Janeiro 2013

[16] Dossiecirc os minerais na alimentaccedilatildeo Food Ingredients Brasil 2008 ndeg 4 48-65

Disponiacutevel em lt wwwrevista-ficommaterias52pdfgt Acesso em 30 de julho de 2015

[17] CEDAE Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos Disponiacutevel em

ltwwwcedaecombrgt Acesso em 30 de julho de 2015

[18] IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatiacutestica Censo Brasileiro de 2010 Rio de

Janeiro 2010 Disponiacutevel em ltwwwcenso2010ibgegovbrgt Acesso em 30 de julho de

2015

[19] RESENDE D ALENCAR E ALMEIDA R BERTA R Principal reservatoacuterio do

Paraiacuteba do Sul Paraibuna chega ao volume morto pela primeira vez Jornal O Globo 22

de janeiro de 2015 Disponiacutevel em httpogloboglobocomrioprincipal-reservatorio-do-

paraiba-do-sul-paraibuna-chega-ao-volume-morto-pela-primeira-vez-gt Acesso em 30 de

julho de 2015

[20] Fundamentos teoacutericos da teacutecnica de anaacutelise espectromeacutetrica por fluorescecircncia de

raios-x PUC-Rio ndash Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em

lthttpwwwmaxwellvracpuc-riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 30 de julho de 2015

[21] TASCH P DAMIANI F OLIVEIRA L C M IE - 607A Teacutecnicas de anaacutelise e

caracterizaccedilatildeo de materiais Universidade Estadual de Campinas ndash UNICAMP Campinas

2000

[22] FILHO V F N Teacutecnicas analiacuteticas nucleares de Fluorescecircncia de Raios ndashX por

Dispersatildeo de Enerdia (ED-XRF) e por Reflexatildeo Total (TXRF) Departamento de Ciecircncias

Exatas ESALQ Laboratoacuterio de Instrumentaccedilatildeo Nuclear CENA Universidade de Satildeo Paulo

ndash USP Satildeo Paulo 1999

[23] PERDONAacute C R Introduccedilatildeo a espectrometria de Fluorescecircncia de Raios-X Manual

Teacutecnico ndash BRUKER 2014

[24] O espectrocircmetro de fluorescecircncia de raios-x Thermo ARL 9900 PUC-Rio ndash

Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em lthttpwwwmaxwellvracpuc-

riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 08 de agosto de 2015

[25] KRUG C Superfiacutecies porosas recobertas com metalocenos anaacutelise multivariada

envolvendo caracterizaccedilatildeo com feixe de iacuteons Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Fiacutesica Instituto

de Fiacutesica Universidade Federal do Rio Grande do Sul ndash UFRGS Porto Alegre 2000

[26] TABACNIKS M H Anaacutelise de filmes finos por PIXE e RBS Instituto de Fiacutesica da

Universidade de Satildeo Paulo Disponiacutevel em ltwww2ifuspbr~lamfipixeamprbspdfgt Acesso

em julho de 2015

[27] ALMEIDA C R Efeito de tratamentos teacutermico e quiacutemico de aerogeacuteis de oacutexido de

estanho Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Engenharia Eleacutetrica Universidade Federal de Santa

Catarina Florianoacutepolis 2013

[28] ATTWOOD D T HENKE B L et al X-Ray Data Booklet Lawrence Berkeley

Laboratory University of California Berkeley California 1986

ANEXO I

MODELO DO QUESTIONAacuteRIO PREENCHIDO ANTES DA COLETA DAS AMOSTRAS

DE CABELO

Coacutedigo da amostra

Nome

Idade (anos)

Endereccedilo

Fuma Sim ( ) Natildeo ( )

Ingere aacutegua de que tipo (poccedilo CEDAE) Poccedilo ( ) CEDAE ( )

Fez algum tipo de tratamento quiacutemico no cabelo

(coloraccedilatildeo alisamento etc)Sim ( ) Natildeo ( )

Qual Quando foi a uacuteltima vez

Esteve bem de sauacutede nos uacuteltimos 6 meses Sim ( ) Natildeo ( )

Data da coleta

Responsaacutevel pela coleta

COLETA DE AMOSTRA DE CABELO

ANEXO II

INFORMACcedilOtildeES ADICIONAIS SOBRE OS DOADORES E AS AMOSTRAS DE

CABELO COLETADAS

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

1 Feminino 62 Cacheado Castanho Escuro

2 Feminino 27 Cacheado Castanho Escuro

3 Feminino 17 Liso Castanho Escuro

4 Feminino 10 Cacheado Castanho Escuro

5 Feminino 58 Liso Castanho Escuro

6 Feminino 7 Cacheado Castanho Escuro

7 Masculino 17 Liso Castanho Claro

8 Feminino 39 Liso Castanho Escuro

Pessoas que Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

9 Feminino 41 Cacheado Castanho Escuro

10 Feminino 17 Ondulado Castanho Claro

11 Masculino 1 Cacheado Castanho Escuro

12 Feminino 11 Liso Castanho Escuro

13 Masculino 21 Liso Castanho Escuro

14 Masculino 42 Cacheado Preto

15 Masculino 6 Liso Preto

16 Masculino 14 Liso Preto

Pessoas que Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

ANEXO III

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DE POCcedilO (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 1

Amostra 2

Amostra 3

Amostra 4

Amostra 5

Amostra 6

Amostra 7

Amostra 8

ANEXO IV

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DISTRIBUIacuteDA PELA CEDAE (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 9

Amostra 10

Amostra 11

Amostra 12

Amostra 13

Amostra 14

Amostra 15

Amostra 16

Page 56: Dissertação Priscilla Velasco da Paixão

[16] Dossiecirc os minerais na alimentaccedilatildeo Food Ingredients Brasil 2008 ndeg 4 48-65

Disponiacutevel em lt wwwrevista-ficommaterias52pdfgt Acesso em 30 de julho de 2015

[17] CEDAE Companhia Estadual de Aacuteguas e Esgotos Disponiacutevel em

ltwwwcedaecombrgt Acesso em 30 de julho de 2015

[18] IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatiacutestica Censo Brasileiro de 2010 Rio de

Janeiro 2010 Disponiacutevel em ltwwwcenso2010ibgegovbrgt Acesso em 30 de julho de

2015

[19] RESENDE D ALENCAR E ALMEIDA R BERTA R Principal reservatoacuterio do

Paraiacuteba do Sul Paraibuna chega ao volume morto pela primeira vez Jornal O Globo 22

de janeiro de 2015 Disponiacutevel em httpogloboglobocomrioprincipal-reservatorio-do-

paraiba-do-sul-paraibuna-chega-ao-volume-morto-pela-primeira-vez-gt Acesso em 30 de

julho de 2015

[20] Fundamentos teoacutericos da teacutecnica de anaacutelise espectromeacutetrica por fluorescecircncia de

raios-x PUC-Rio ndash Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em

lthttpwwwmaxwellvracpuc-riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 30 de julho de 2015

[21] TASCH P DAMIANI F OLIVEIRA L C M IE - 607A Teacutecnicas de anaacutelise e

caracterizaccedilatildeo de materiais Universidade Estadual de Campinas ndash UNICAMP Campinas

2000

[22] FILHO V F N Teacutecnicas analiacuteticas nucleares de Fluorescecircncia de Raios ndashX por

Dispersatildeo de Enerdia (ED-XRF) e por Reflexatildeo Total (TXRF) Departamento de Ciecircncias

Exatas ESALQ Laboratoacuterio de Instrumentaccedilatildeo Nuclear CENA Universidade de Satildeo Paulo

ndash USP Satildeo Paulo 1999

[23] PERDONAacute C R Introduccedilatildeo a espectrometria de Fluorescecircncia de Raios-X Manual

Teacutecnico ndash BRUKER 2014

[24] O espectrocircmetro de fluorescecircncia de raios-x Thermo ARL 9900 PUC-Rio ndash

Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em lthttpwwwmaxwellvracpuc-

riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 08 de agosto de 2015

[25] KRUG C Superfiacutecies porosas recobertas com metalocenos anaacutelise multivariada

envolvendo caracterizaccedilatildeo com feixe de iacuteons Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Fiacutesica Instituto

de Fiacutesica Universidade Federal do Rio Grande do Sul ndash UFRGS Porto Alegre 2000

[26] TABACNIKS M H Anaacutelise de filmes finos por PIXE e RBS Instituto de Fiacutesica da

Universidade de Satildeo Paulo Disponiacutevel em ltwww2ifuspbr~lamfipixeamprbspdfgt Acesso

em julho de 2015

[27] ALMEIDA C R Efeito de tratamentos teacutermico e quiacutemico de aerogeacuteis de oacutexido de

estanho Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Engenharia Eleacutetrica Universidade Federal de Santa

Catarina Florianoacutepolis 2013

[28] ATTWOOD D T HENKE B L et al X-Ray Data Booklet Lawrence Berkeley

Laboratory University of California Berkeley California 1986

ANEXO I

MODELO DO QUESTIONAacuteRIO PREENCHIDO ANTES DA COLETA DAS AMOSTRAS

DE CABELO

Coacutedigo da amostra

Nome

Idade (anos)

Endereccedilo

Fuma Sim ( ) Natildeo ( )

Ingere aacutegua de que tipo (poccedilo CEDAE) Poccedilo ( ) CEDAE ( )

Fez algum tipo de tratamento quiacutemico no cabelo

(coloraccedilatildeo alisamento etc)Sim ( ) Natildeo ( )

Qual Quando foi a uacuteltima vez

Esteve bem de sauacutede nos uacuteltimos 6 meses Sim ( ) Natildeo ( )

Data da coleta

Responsaacutevel pela coleta

COLETA DE AMOSTRA DE CABELO

ANEXO II

INFORMACcedilOtildeES ADICIONAIS SOBRE OS DOADORES E AS AMOSTRAS DE

CABELO COLETADAS

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

1 Feminino 62 Cacheado Castanho Escuro

2 Feminino 27 Cacheado Castanho Escuro

3 Feminino 17 Liso Castanho Escuro

4 Feminino 10 Cacheado Castanho Escuro

5 Feminino 58 Liso Castanho Escuro

6 Feminino 7 Cacheado Castanho Escuro

7 Masculino 17 Liso Castanho Claro

8 Feminino 39 Liso Castanho Escuro

Pessoas que Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

9 Feminino 41 Cacheado Castanho Escuro

10 Feminino 17 Ondulado Castanho Claro

11 Masculino 1 Cacheado Castanho Escuro

12 Feminino 11 Liso Castanho Escuro

13 Masculino 21 Liso Castanho Escuro

14 Masculino 42 Cacheado Preto

15 Masculino 6 Liso Preto

16 Masculino 14 Liso Preto

Pessoas que Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

ANEXO III

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DE POCcedilO (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 1

Amostra 2

Amostra 3

Amostra 4

Amostra 5

Amostra 6

Amostra 7

Amostra 8

ANEXO IV

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DISTRIBUIacuteDA PELA CEDAE (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 9

Amostra 10

Amostra 11

Amostra 12

Amostra 13

Amostra 14

Amostra 15

Amostra 16

Page 57: Dissertação Priscilla Velasco da Paixão

[24] O espectrocircmetro de fluorescecircncia de raios-x Thermo ARL 9900 PUC-Rio ndash

Certificado Digital Ndeg 0813396CA Disponiacutevel em lthttpwwwmaxwellvracpuc-

riobr1879918799_6PDFgt Acesso em 08 de agosto de 2015

[25] KRUG C Superfiacutecies porosas recobertas com metalocenos anaacutelise multivariada

envolvendo caracterizaccedilatildeo com feixe de iacuteons Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Fiacutesica Instituto

de Fiacutesica Universidade Federal do Rio Grande do Sul ndash UFRGS Porto Alegre 2000

[26] TABACNIKS M H Anaacutelise de filmes finos por PIXE e RBS Instituto de Fiacutesica da

Universidade de Satildeo Paulo Disponiacutevel em ltwww2ifuspbr~lamfipixeamprbspdfgt Acesso

em julho de 2015

[27] ALMEIDA C R Efeito de tratamentos teacutermico e quiacutemico de aerogeacuteis de oacutexido de

estanho Dissertaccedilatildeo de Mestrado em Engenharia Eleacutetrica Universidade Federal de Santa

Catarina Florianoacutepolis 2013

[28] ATTWOOD D T HENKE B L et al X-Ray Data Booklet Lawrence Berkeley

Laboratory University of California Berkeley California 1986

ANEXO I

MODELO DO QUESTIONAacuteRIO PREENCHIDO ANTES DA COLETA DAS AMOSTRAS

DE CABELO

Coacutedigo da amostra

Nome

Idade (anos)

Endereccedilo

Fuma Sim ( ) Natildeo ( )

Ingere aacutegua de que tipo (poccedilo CEDAE) Poccedilo ( ) CEDAE ( )

Fez algum tipo de tratamento quiacutemico no cabelo

(coloraccedilatildeo alisamento etc)Sim ( ) Natildeo ( )

Qual Quando foi a uacuteltima vez

Esteve bem de sauacutede nos uacuteltimos 6 meses Sim ( ) Natildeo ( )

Data da coleta

Responsaacutevel pela coleta

COLETA DE AMOSTRA DE CABELO

ANEXO II

INFORMACcedilOtildeES ADICIONAIS SOBRE OS DOADORES E AS AMOSTRAS DE

CABELO COLETADAS

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

1 Feminino 62 Cacheado Castanho Escuro

2 Feminino 27 Cacheado Castanho Escuro

3 Feminino 17 Liso Castanho Escuro

4 Feminino 10 Cacheado Castanho Escuro

5 Feminino 58 Liso Castanho Escuro

6 Feminino 7 Cacheado Castanho Escuro

7 Masculino 17 Liso Castanho Claro

8 Feminino 39 Liso Castanho Escuro

Pessoas que Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

9 Feminino 41 Cacheado Castanho Escuro

10 Feminino 17 Ondulado Castanho Claro

11 Masculino 1 Cacheado Castanho Escuro

12 Feminino 11 Liso Castanho Escuro

13 Masculino 21 Liso Castanho Escuro

14 Masculino 42 Cacheado Preto

15 Masculino 6 Liso Preto

16 Masculino 14 Liso Preto

Pessoas que Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

ANEXO III

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DE POCcedilO (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 1

Amostra 2

Amostra 3

Amostra 4

Amostra 5

Amostra 6

Amostra 7

Amostra 8

ANEXO IV

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DISTRIBUIacuteDA PELA CEDAE (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 9

Amostra 10

Amostra 11

Amostra 12

Amostra 13

Amostra 14

Amostra 15

Amostra 16

Page 58: Dissertação Priscilla Velasco da Paixão

ANEXO I

MODELO DO QUESTIONAacuteRIO PREENCHIDO ANTES DA COLETA DAS AMOSTRAS

DE CABELO

Coacutedigo da amostra

Nome

Idade (anos)

Endereccedilo

Fuma Sim ( ) Natildeo ( )

Ingere aacutegua de que tipo (poccedilo CEDAE) Poccedilo ( ) CEDAE ( )

Fez algum tipo de tratamento quiacutemico no cabelo

(coloraccedilatildeo alisamento etc)Sim ( ) Natildeo ( )

Qual Quando foi a uacuteltima vez

Esteve bem de sauacutede nos uacuteltimos 6 meses Sim ( ) Natildeo ( )

Data da coleta

Responsaacutevel pela coleta

COLETA DE AMOSTRA DE CABELO

ANEXO II

INFORMACcedilOtildeES ADICIONAIS SOBRE OS DOADORES E AS AMOSTRAS DE

CABELO COLETADAS

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

1 Feminino 62 Cacheado Castanho Escuro

2 Feminino 27 Cacheado Castanho Escuro

3 Feminino 17 Liso Castanho Escuro

4 Feminino 10 Cacheado Castanho Escuro

5 Feminino 58 Liso Castanho Escuro

6 Feminino 7 Cacheado Castanho Escuro

7 Masculino 17 Liso Castanho Claro

8 Feminino 39 Liso Castanho Escuro

Pessoas que Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

9 Feminino 41 Cacheado Castanho Escuro

10 Feminino 17 Ondulado Castanho Claro

11 Masculino 1 Cacheado Castanho Escuro

12 Feminino 11 Liso Castanho Escuro

13 Masculino 21 Liso Castanho Escuro

14 Masculino 42 Cacheado Preto

15 Masculino 6 Liso Preto

16 Masculino 14 Liso Preto

Pessoas que Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

ANEXO III

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DE POCcedilO (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 1

Amostra 2

Amostra 3

Amostra 4

Amostra 5

Amostra 6

Amostra 7

Amostra 8

ANEXO IV

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DISTRIBUIacuteDA PELA CEDAE (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 9

Amostra 10

Amostra 11

Amostra 12

Amostra 13

Amostra 14

Amostra 15

Amostra 16

Page 59: Dissertação Priscilla Velasco da Paixão

Coacutedigo da amostra

Nome

Idade (anos)

Endereccedilo

Fuma Sim ( ) Natildeo ( )

Ingere aacutegua de que tipo (poccedilo CEDAE) Poccedilo ( ) CEDAE ( )

Fez algum tipo de tratamento quiacutemico no cabelo

(coloraccedilatildeo alisamento etc)Sim ( ) Natildeo ( )

Qual Quando foi a uacuteltima vez

Esteve bem de sauacutede nos uacuteltimos 6 meses Sim ( ) Natildeo ( )

Data da coleta

Responsaacutevel pela coleta

COLETA DE AMOSTRA DE CABELO

ANEXO II

INFORMACcedilOtildeES ADICIONAIS SOBRE OS DOADORES E AS AMOSTRAS DE

CABELO COLETADAS

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

1 Feminino 62 Cacheado Castanho Escuro

2 Feminino 27 Cacheado Castanho Escuro

3 Feminino 17 Liso Castanho Escuro

4 Feminino 10 Cacheado Castanho Escuro

5 Feminino 58 Liso Castanho Escuro

6 Feminino 7 Cacheado Castanho Escuro

7 Masculino 17 Liso Castanho Claro

8 Feminino 39 Liso Castanho Escuro

Pessoas que Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

9 Feminino 41 Cacheado Castanho Escuro

10 Feminino 17 Ondulado Castanho Claro

11 Masculino 1 Cacheado Castanho Escuro

12 Feminino 11 Liso Castanho Escuro

13 Masculino 21 Liso Castanho Escuro

14 Masculino 42 Cacheado Preto

15 Masculino 6 Liso Preto

16 Masculino 14 Liso Preto

Pessoas que Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

ANEXO III

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DE POCcedilO (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 1

Amostra 2

Amostra 3

Amostra 4

Amostra 5

Amostra 6

Amostra 7

Amostra 8

ANEXO IV

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DISTRIBUIacuteDA PELA CEDAE (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 9

Amostra 10

Amostra 11

Amostra 12

Amostra 13

Amostra 14

Amostra 15

Amostra 16

Page 60: Dissertação Priscilla Velasco da Paixão

ANEXO II

INFORMACcedilOtildeES ADICIONAIS SOBRE OS DOADORES E AS AMOSTRAS DE

CABELO COLETADAS

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

1 Feminino 62 Cacheado Castanho Escuro

2 Feminino 27 Cacheado Castanho Escuro

3 Feminino 17 Liso Castanho Escuro

4 Feminino 10 Cacheado Castanho Escuro

5 Feminino 58 Liso Castanho Escuro

6 Feminino 7 Cacheado Castanho Escuro

7 Masculino 17 Liso Castanho Claro

8 Feminino 39 Liso Castanho Escuro

Pessoas que Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

9 Feminino 41 Cacheado Castanho Escuro

10 Feminino 17 Ondulado Castanho Claro

11 Masculino 1 Cacheado Castanho Escuro

12 Feminino 11 Liso Castanho Escuro

13 Masculino 21 Liso Castanho Escuro

14 Masculino 42 Cacheado Preto

15 Masculino 6 Liso Preto

16 Masculino 14 Liso Preto

Pessoas que Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

ANEXO III

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DE POCcedilO (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 1

Amostra 2

Amostra 3

Amostra 4

Amostra 5

Amostra 6

Amostra 7

Amostra 8

ANEXO IV

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DISTRIBUIacuteDA PELA CEDAE (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 9

Amostra 10

Amostra 11

Amostra 12

Amostra 13

Amostra 14

Amostra 15

Amostra 16

Page 61: Dissertação Priscilla Velasco da Paixão

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

1 Feminino 62 Cacheado Castanho Escuro

2 Feminino 27 Cacheado Castanho Escuro

3 Feminino 17 Liso Castanho Escuro

4 Feminino 10 Cacheado Castanho Escuro

5 Feminino 58 Liso Castanho Escuro

6 Feminino 7 Cacheado Castanho Escuro

7 Masculino 17 Liso Castanho Claro

8 Feminino 39 Liso Castanho Escuro

Pessoas que Ingerem Aacutegua de Poccedilo

Amostra Sexo Idade (anos) Tipo do Cabelo Cor do Cabelo

9 Feminino 41 Cacheado Castanho Escuro

10 Feminino 17 Ondulado Castanho Claro

11 Masculino 1 Cacheado Castanho Escuro

12 Feminino 11 Liso Castanho Escuro

13 Masculino 21 Liso Castanho Escuro

14 Masculino 42 Cacheado Preto

15 Masculino 6 Liso Preto

16 Masculino 14 Liso Preto

Pessoas que Ingerem Aacutegua Distribuiacuteda pela CEDAE

ANEXO III

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DE POCcedilO (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 1

Amostra 2

Amostra 3

Amostra 4

Amostra 5

Amostra 6

Amostra 7

Amostra 8

ANEXO IV

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DISTRIBUIacuteDA PELA CEDAE (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 9

Amostra 10

Amostra 11

Amostra 12

Amostra 13

Amostra 14

Amostra 15

Amostra 16

Page 62: Dissertação Priscilla Velasco da Paixão

ANEXO III

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DE POCcedilO (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 1

Amostra 2

Amostra 3

Amostra 4

Amostra 5

Amostra 6

Amostra 7

Amostra 8

ANEXO IV

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DISTRIBUIacuteDA PELA CEDAE (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 9

Amostra 10

Amostra 11

Amostra 12

Amostra 13

Amostra 14

Amostra 15

Amostra 16

Page 63: Dissertação Priscilla Velasco da Paixão

Amostra 1

Amostra 2

Amostra 3

Amostra 4

Amostra 5

Amostra 6

Amostra 7

Amostra 8

ANEXO IV

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DISTRIBUIacuteDA PELA CEDAE (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 9

Amostra 10

Amostra 11

Amostra 12

Amostra 13

Amostra 14

Amostra 15

Amostra 16

Page 64: Dissertação Priscilla Velasco da Paixão

Amostra 3

Amostra 4

Amostra 5

Amostra 6

Amostra 7

Amostra 8

ANEXO IV

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DISTRIBUIacuteDA PELA CEDAE (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 9

Amostra 10

Amostra 11

Amostra 12

Amostra 13

Amostra 14

Amostra 15

Amostra 16

Page 65: Dissertação Priscilla Velasco da Paixão

Amostra 5

Amostra 6

Amostra 7

Amostra 8

ANEXO IV

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DISTRIBUIacuteDA PELA CEDAE (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 9

Amostra 10

Amostra 11

Amostra 12

Amostra 13

Amostra 14

Amostra 15

Amostra 16

Page 66: Dissertação Priscilla Velasco da Paixão

Amostra 7

Amostra 8

ANEXO IV

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DISTRIBUIacuteDA PELA CEDAE (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 9

Amostra 10

Amostra 11

Amostra 12

Amostra 13

Amostra 14

Amostra 15

Amostra 16

Page 67: Dissertação Priscilla Velasco da Paixão

ANEXO IV

ESPECTROS DE XRF DAS AMOSTRAS DE CABELO DAS PESSOAS QUE INGEREM

AacuteGUA DISTRIBUIacuteDA PELA CEDAE (AMPLIACcedilAtildeO NA REGIAtildeO DE INTERESSE)

Amostra 9

Amostra 10

Amostra 11

Amostra 12

Amostra 13

Amostra 14

Amostra 15

Amostra 16

Page 68: Dissertação Priscilla Velasco da Paixão

Amostra 9

Amostra 10

Amostra 11

Amostra 12

Amostra 13

Amostra 14

Amostra 15

Amostra 16

Page 69: Dissertação Priscilla Velasco da Paixão

Amostra 11

Amostra 12

Amostra 13

Amostra 14

Amostra 15

Amostra 16

Page 70: Dissertação Priscilla Velasco da Paixão

Amostra 13

Amostra 14

Amostra 15

Amostra 16

Page 71: Dissertação Priscilla Velasco da Paixão

Amostra 15

Amostra 16