elsa andrade cardoso efeito de ácidos fúlvicos e nitrato na … · prolol em solução aquosa,...

Universidade de Aveiro

Ano 2012

Departamento de Qumica

Elsa Andrade Cardoso

gon Gonalves

Efeito de cidos flvicos e nitrato na fotode-

gradao do metoprolol

Universidade de Aveiro

Ano 2012

Departamento de Qumica

Elsa Andrade Cardoso

gon Gonalves

Efeito de cidos flvicos e nitrato na fotode-

gradao do metoprolol

Dissertao apresentada Universidade de Aveiro para cumprimento

dos requisitos necessrios obteno do grau de Mestre em Qumica

Analtica e Qualidade, realizada sob a orientao cientfica da Doutora

Maria Eduarda Bastos Henriques dos Santos, Professora Auxiliar do

Departamento de Qumica da Universidade de Aveiro e da Doutora

Marta Otero Cabero, Investigadora do Departamento de Qumica e

Fsica Aplicadas da Universidade de Len (Espanha).

Dedico este trabalho aos meus pais, irmos e tia

Minha pela amizade e incansvel apoio, ainda que de longe,

fizeram-me superar o desafio desta longa caminhada.

O jri

presidente

Prof. Doutor Artur Manuel Soares da Silva

Professor Catedrtico do Departamento de Qumica da Universidade de Aveiro

Prof. Doutor Vtor Jorge Pais Vilar

Investigador Auxiliar do Departamento de Engenharia Qumica da Faculdade de Engenha-

ria da Universidade do Porto

Prof. Doutora Maria Eduarda Bastos Henriques dos Santos

Professora Auxiliar do Departamento de Qumica da Universidade de Aveiro

Prof. Doutora Marta Otero Cabero

Professora Auxiliar do Departamento de Qumica e Fsica Aplicadas da Universidade de

Len (Espanha)

agradecimentos

Prof. Doutora Maria Eduarda B.H. Santos, pela orientao, apoio, disponibili-

dade, e ainda pelos conhecimentos transmitidos durante a realizao deste

trabalho. Agradeo ainda pelas infindveis horas, pela pacincia e compreenso

dedicadas, sempre no sentido do meu crescimento pessoal, intelectual e profis-

sional que foram sem dvida importantes para a concluso deste trabalho.

Doutora Marta Otero Cabero, pela sua orientao, amizade, dedicao, e

esclarecimentos, que sem dvida contriburam para o desenvolvimento deste

trabalho.

Dr. Teresa M. Caldeira, pela disponibilidade e amizade que sempre me mos-

trou durante a realizao das experincias.

Olga M. S. Filipe, pelo apoio constante na resoluo dos problemas no HPLC,

e sobretudo pelos conhecimentos transmitidos durante a realizao das expe-

rincias.

A todos os meus colegas de laboratrio, em especial a Bruna, o Antnio, e a

Joana pela convivncia, amizade, e pelo incentivo e apoio nas horas mais dif-

ceis.

Aos meus amigos, Alector, Tuy, Djudj e Sandra, pela amizade, carinho e pelos

bons momentos partilhados.

A toda a minha famlia, mas no menos importante, um especial agradecimento

aos meus pais e tia Minha, pela amizade, amor, carinho e incentivo que mesmo

estando longe, nunca deixaram de acreditar, e pela confiana que em mim

depositaram. Agradeo a eles ainda pelo apoio financeiro, e por terem contri-

budo mais uma vez para a realizao dos meus projetos.

A todos os que no foram citados aqui, mas que de uma forma ou de outra,

contriburam para a realizao deste trabalho.

palavras-chave

resumo

Fotodegradao; beta-bloqueadores; metoprolol; cidos flvicos; nitrato.

O metoprolol um beta-bloqueador utilizado no tratamento de vrias doenas

como hipertenso, arritmias, angina do peito, glaucoma e outros distrbios rela-

cionados com o sistema cardiovascular. Devido ao seu elevado consumo e baixa

biodegradabilidade em particular nas estaes de tratamento de guas residuais,

(ETARs) torna-se importante conhecer o seu comportamento no meio ambiente.

Uma das principais vias de degradao de contaminantes em guas naturais a

fotodegradao pela luz solar, a qual pode ser fortemente influenciada pelas subs-

tncias hmicas e os ies nitrato. Assim, o objetivo deste trabalho o estudo da

fotodegradao do metoprolol em gua e na presena de sensibilizadores,

nomeadamente cidos flvicos, e ies nitrato. Para este estudo foram utilizados

cidos flvicos extrados do Rio Vouga.

Aps uma primeira etapa para a escolha das melhores condies de anlise do

metoprolol por HPLC-UV, foram efetuados estudos de fotodegradao do meto-

prolol em soluo aquosa, usando um simulador de luz solar. A seguir, estudou-se

o efeito da presena de cidos flvicos e ies nitrato nas solues. Verificou-se

que a fotodegradao direta do metoprolol praticamente nula ao fim de 48 horas

de irradiao, no entanto as substncias hmicas funcionam como fotossensibili-

zadores acelerando a degradao. Os resultados experimentais ajustaram-se

satisfatoriamente a uma cintica de pseudo - primeira ordem.

Foi possvel detetar por HPLC-UV a formao de trs produtos de degradao do

metoprolol.

A fim de identificar a via pela qual as substncias hmicas promovem a degrada-

o do metoprolol em solues aquosas, foram utilizados sequestradores espec-

ficos de 1O2 e radicais OH, verificando-se que a principal via de ao das subs-

tncias hmicas envolve o 1O2, formado na presena das mesmas, sob ao da

luz solar. No entanto, os radicais OH esto tambm envolvidos.

No que diz respeito influncia do nitrato, verificou-se que acelerava a fotodegra-

dao do metoprolol, mas o seu efeito muito menos acentuado do que o efeito

das substncias hmicas.

keywords

abstract

Photo-degradation; beta-blockers; metoprolol; fulvic acids; nitrate.

Metoprolol is a beta-blocker used for treatment of various diseases such as

hypertension, arrhythmia, angina, glaucoma and other diseases related to

cardiovascular system. Due to its high consumption and low biodegradability

especially in sewage treatment plants (STPs), it is important to know its be-

havior in the environment. One of the main degradation pathways of contami-

nants in natural waters is the photo-degradation by sunlight. In natural waters,

humic substances and ions (nitrate) may play an important role in the photo-

degradation of contaminants. The objective of this work is the study of photo-

degradation of metoprolol in water and in the presence of sensitizers including

fulvic acid, and nitrate ions.

After a first step for choosing the best conditions of analysis of metoprolol by

HPLC-UV, metoprolol photo-degradation studies were made in aqueous solu-

tion, using a sunlight simulator. Next, the effects of the presence of fulvic ac-

ids and nitrate ion in the solution were studied. For this purpose fulvic acids

extracted from River Vouga were used.

It was found that the direct photo-degradation of metoprolol is practically zero

after 48 hours of irradiation. However, humic substances act as photosensi-

tizes accelerating the degradation. The experimental results were satisfactori-

ly fitted to pseudo-first order kinetics. It was possible to detect by HPLC-UV

the formation of three degradation products. In order to identify the route by

which the humic substances promote the degradation of metoprolol in aque-

ous solutions specific scavengers of 1O2 and OH radicals were used and it

was verified that the main pathway of action of the humic substances involves

1O2, formed in their presence, under sunlight. However, OH radicals are also

involved.

In what concerns the effect of nitrate, it was observed that it promotes the

photo-degradation of metoprolol, but its effect is much less notorious than the

effect the humic substances.

Universidade de Aveiro Pgina | VIII

ndice

ndice de Figuras ........................................................................................................................ X

Glossrio De Smbolos e Abreviaturas ................................................................................. XIII

1 Objetivos e Estrutura da Dissertao ................................................................................ 1

2 Introduo ............................................................................................................................ 5

2.1 Enquadramento geral do tema ..................................................................................... 7

2.2 Beta-bloqueadores: Contaminantes Emergentes ......................................................... 8

2.2.1 Produo e consumo ............................................................................................. 9

2.2.2 Ocorrncia dos beta-bloqueadores no meio ambiente ...................................... 10

2.3 Metoprolol .................................................................................................................. 15

2.4 Fotodegradao de beta-bloqueadores no meio ambiente ....................................... 16

2.5 Efeito das substncias hmicas e de ies presentes em guas naturais na

fotodegradao de contaminantes ......................................................................................... 19

2.5.1 cidos Flvicos .................................................................................................... 19

2.5.2 O nitrato (NO3-) .................................................................................................... 22

2.6 Uso de sequestradores de espcies reativas de oxignio na elucidao de vias de

fotodegradao indireta de contaminantes na presena de substncias hmicas. ............... 23

3 Material e mtodos ............................................................................................................ 25

3.1 Lavagem do material de laboratrio ........................................................................... 27

3.2 Reagentes .................................................................................................................... 27

3.3 Equipamentos ............................................................................................................. 28

3.4 Preparao das solues padro de metoprolol ......................................................... 28

3.5 Preparao das solues para o estudo da fotodegradao de metoprolol .............. 29

3.5.1 Solues metoprolol em gua ............................................................................. 29

3.5.2 Preparao de solues de metoprolol com cidos flvicos .............................. 29

3.5.3 Preparao de solues de metoprolol com nitrato ........................................... 30

3.5.4 Preparao de solues de metoprolol na presena de cidos flvicos com

sequestradores de radicais OH e 1O2. ................................................................................ 30

3.6 Irradiao das solues ............................................................................................... 31

4 Resultados e Discusso ...................................................................................................... 33

4.1 Optimizao das condies de anlise no HPLC ......................................................... 35

4.2 Quantificao do metoprolol por HPLC: Retas de calibrao e limites de deteo .... 38

4.3 Fotodegradao de solues de metoprolol 50 mg/L em gua .................................. 39

Universidade de Aveiro Pgina | IX

4.4 Efeito do nitrato na degradao do metoprolol em gua........................................... 43

4.5 Efeito de cidos flvicos na degradao do metoprolol em gua .............................. 47

4.6 Deteo de produtos de degradao do metoprolol na presena de cidos flvicos 51

4.7 Efeito dos sequestradores de radicais OH e de 1O2 na fotodegradao do metoprolol

na presena de cidos flvicos. ............................................................................................... 55

4.8 Estudo do efeito da concentrao na degradao do metoprolol na presena de

cidos flvicos ......................................................................................................................... 59

5 Concluso ........................................................................................................................... 63

6 Referncias bibliogrficas ................................................................................................. 67

Universidade de Aveiro Pgina | X

ndice de Figuras

Figura 1: Estrutura bsica comum dos beta-bloqueadores. .......................................................... 9

Figura 2: Cromatograma obtido da soluo padro de metoprolol 50 mg/L para as seguintes

composies de fase mvel: acetonitrilo/soluo tampo (20:80) V/V. ............................ 36

Figura 3: Cromatograma da soluo padro de metoprolol 50 mg/L para a fase mvel:

acetonitrilo/ gua (10:90) V/V, acidificado com 0,1% de HCOOH. ...................................... 37

Figura 4: Reta de calibrao para a quantificao do metoprolol em soluo aquosa para a fase

mvel acetonitrilo: gua, acidificado com HCOOH 0,1% (10:90) V/V. ................................ 38

Figura 5: Razo entre as concentraes das solues de controlo (CT) e a concentrao inicial (C0)

ao longo do tempo para os ensaios, 1, 2 e 3 respetivamente. ............................................ 40

Figura 6: Variao da concentrao do metoprolol normalizada em relao a concentrao inicial

(C/C0) ao longo do tempo de irradiao (h). ........................................................................ 41

Figura 7: Comparao da fotodegradao do metoprolol na ausncia (SM 1ensaio, SM 2ensaio e

SM 3ensaio) e na presena do NO3- (SM+N 1ensaio, SM+N 2ensaio e SM+N 3ensaio), ao

longo do tempo de irradiao. ............................................................................................ 44

Figura 8: Resultados experimentais referentes a degradao do metoprolol (C0 ~ 50 mg/L) na

presena de NO3- (10 mg/L), ajustados aos modelos cinticos de pseudo - primeira ordem

param os respetivos ensaios (1, 2 e 3). ............................................................................... 45

Figura 9: Comparao da degradao do metoprolol na ausncia (SM 1ensaio, SM 2ensaio e SM

3ensaio) e na presena dos cidos flvicos (SM+AF 1ensaio, SM+AF 2ensaio e SM+AF

3ensaio) ao longo do tempo de irradiao. ....................................................................... 47

Figura 10: Resultados experimentais referentes a degradao do metoprolol (C0 ~ 50 mg/L) na

presena de cidos flvicos (10 mg/L), ajustados aos modelos cinticos de pseudo - primeira

ordem param os respetivos ensaios (1, 2 e 3). .................................................................... 48

Figura 11: Estruturas propostas para a degradao do metoprolol em gua dos rios: m/z 226 e m/z

254 (adaptado por Liu et al. 2009). ..................................................................................... 50

Figura 12: Cromatograma da soluo de metoprolol na presena dos flvicos com ao fim de 12 h

de irradiao. ....................................................................................................................... 51

Figura 13: Espectro do produto correspondente ao pico 1 (tr = 3,65 min) da soluo metoprolol na

presena de cidos flvicos ao fim de 12 h de irradiao. .................................................. 52



Universidade de Aveiro Pgina | XI



Figura 16: Cromatograma (expandido) da soluo de metoprolol na presena dos flvicos ao fim

de 12 h de irradiao. .......................................................................................................... 53

Figura 17: Cromatograma com deteo a 222 nm da soluo de cidos flvicos ao fim de 48 h de

irradiao. ............................................................................................................................ 54

Figura 18: Cromatograma com deteo a 222 nm da soluo de metoprolol na ausncia de cidos

flvicos ao fim de 12 h de irradiao. .................................................................................. 55

Figura 19: Comparao da degradao do metoprolol com cidos flvicos na ausncia (SM+F) e na

presena do manitol (SM+F+MAN). .................................................................................... 56

Figura 20: Comparao da degradao do metoprolol com cidos flvicos na ausncia (SM+F) e na

presena (SM+F e SM+F+NaN3) de NaN3. ............................................................................ 56

Figura 21: Comparao da degradao do metoprolol com cidos flvicos 50 mg/L e 250 mg/L.60

Figura 22: Cromatograma com deteo a 222 nm da soluo de metoprolol (C0 ~ 250 mg/L) na


Universidade de Aveiro Pgina | XII

ndice de Tabelas

Tabela 1: Consumo anual de beta-bloqueadores em vrios pases (kg/ano). ............................ 10

Tabela 2: Ocorrncia de beta-bloqueadores em ETARs e em guas superficiais. ....................... 12

Tabela 3: Propriedades fsico-qumicas do metoprolol ............................................................... 15

Tabela 4: Estudos de fotodegradao de beta - bloqueadores em guas. ................................. 18

Tabela 5: ANOVA a uma dimenso referente a mdia da concentrao normalizada C/C0 da

soluo de metoprolol em gua. ......................................................................................... 41


soluo de metoprolol na presena de nitrato. .................................................................. 44

Tabela 7: Coeficientes de correlao (R2) e constantes cinticas (K) da soluo metoprolol na

presena de NO3-para cada um dos ensaios ........................................................................ 46

Tabela 8: Coeficiente de correlao (R2) e constantes cinticas (k) das solues metoprolol na

presena de cidos flvicos para cada um dos ensaios. ...................................................... 48

Universidade de Aveiro Pgina | XIII

Glossrio De Smbolos e Abreviaturas

- Marca registada

AF - cidos Flvicos

C18 Octadecil

CEs Contaminantes emergentes

ETARs - Estao de tratamento de guas residuais

HPLC-UV High Performance Liquid Chromatography: Cromatografia lquida de alta eficincia

com deteo UV

hv - Energia de radiao incidente

IMS Health Companhia de produtos farmacuticos

Kow Coeficiente de partio octanol-gua

LD Limite de Deteo de todo o mtodo

Man - Manitol

pKa Constante de ionizao

SH Substncias Hmicas

SM- Soluo metoprolol

t 1/2 Tempo de meia-vida

tr Tempo de reteno

UV-Vis - Ultravioleta e Visvel

V/V volume/volume

Comprimento de onda

1 Objetivos e Estrutura da Disser-

tao

Efeito de cidos flvicos e nitrato na fotodegradao do metoprolol

Universidade de Aveiro Pgina | 3

A preocupao com a presena de beta-bloqueadores no meio ambiente uma

questo relativamente recente. Embora as concentraes referidas na literatura se encon-

trem na ordem dos g - ng/L, alguns estudos referem que, mesmos a essas concentraes,

estes frmacos podem causar efeitos txicos em diversos organismos. Uma vez que a

entrada desses frmacos no ambiente permanente, h uma crescente preocupao em os

identificar no ambiente, e em conhecer melhor o seu comportamento e os seus efeitos no

ambiente.

Sendo a fotodegradao pela luz solar uma das principais vias de degradao abi-

tica de contaminantes orgnicos no ambiente, a realizao deste trabalho teve como princi-

pal objetivo avaliar a fotoestabilidade do metoprolol em guas, e averiguar se os cidos

flvicos e io nitrato atuam como fotossensibilizadores na sua fotodegradao do metopro-

lol na ausncia e na presena de cidos flvicos e nitrato.

Todas as anlises para o seguimento da fotodegradao do metoprolol sozinho e do

metoprolol na presena de sensibilizadores foram efetuadas por HPLC/UV. Assim, a opti-

mizao da fase mvel para a quantificao do metoprolol em gua foi um passo e objetivo

preliminar importante deste trabalho.

Entre os objetivos secundrios do presente trabalho estavam:

Investigar, se a concentrao inicial do metoprolol em fase aquosa tem alguma

influncia na cintica de fotodegradao deste beta-bloqueador.

Verificar se o mecanismo da fotodegradao do metoprolol na presena de cidos

flvicos envolve os radicais OH e/ou, oxignio singleto (1O2), atravs da adio de subs-

tncias sequestradoras especficas.

Esta dissertao est estruturada do seguinte modo:

No primeiro captulo que consta duma introduo geral onde se fez o enquadramen-

to do tema em estudo, a estrutura e os objetivos deste trabalho. No segundo captulo esto

sumariadas, os beta-bloqueadores: contaminantes emergentes, a sua produo e consumo,

bem como a sua ocorrncia no meio ambiente, de onde procedeu-se a escolha do beta-

bloqueador a analisarmos. As principais propriedades fsico-qumicas do metoprolol tam-

bm se encontram resumidas neste captulo.



O terceiro captulo constitudo pela metodologia experimental, onde esto descri-

tos todos os materiais e mtodos utilizados neste estudo.

Os resultados obtidos neste estudo, bem como as discusses dos mesmos encon-

tram-se sumarizados no quarto captulo.

As principais concluses deste estudo, e as referncias bibliogrficas consultadas

que serviram de base para a realizao deste trabalho, encontram-se no quinto e sexto cap-

tulo respetivamente.

2 Introduo



2.1 Enquadramento geral do tema

Atualmente o desenvolvimento tecnolgico e o crescimento industrial so de grande

importncia pois tm proporcionado um aumento na qualidade de vida das populaes,

mas no entanto como consequncia desse aumento de qualidade de vida, tm surgido

alguns problemas ambientais. Uma das maiores consequncias do avano tecnolgico tem

sido o desenvolvimento de inmeras substncias de grande aplicao ao nvel de indstria,

agricultura e medicina. Recentemente, este assunto tornou-se de grande relevncia ambien-

tal uma vez que, devido ao uso indiscriminado destas substncias durante vrias dcadas,

algumas questes relacionadas com a sua persistncia e os seus possveis efeitos txicos no

ambiente tm sido levantadas. Estas substncias comearam a ser chamadas de contami-

nantes emergentes (CEs) (Fent et al., 2006). Os CEs so todo o tipo de substncias de ori-

gem natural ou sinttica, que ao entrarem no meio ambiente constituem um potencial peri-

go para a sade ecolgica ou humana, sendo que para a maioria deles no existem regula-

mentaes (Petrovic et al., 2003).

A relevncia destes CEs est relacionada com o desenvolvimento de metodologias e

tcnicas analticas dos ltimos anos, que tm possibilitado a deteo e a determinao da

concentrao dessas substncias no ambiente, na ordem dos ng/L (Hernando et al., 2006b).

Portanto, cada vez mais se procura implementar novos mtodos para identificar e/ou quan-

tificar estes CEs, pois em muitos casos desconhecem-se as reais consequncias da liberta-

o destas substncias no meio ambiente, sobretudo no que diz respeito sua toxicidade. A

presena de CEs est muitas vezes associada toxicidade crnica, desregulao endcri-

na sobretudo em organismos aquticos, onde a exposio a estes contaminantes se procede

em vrias geraes (Halling-Sorensen et al., 1998). Devido aos efeitos adversos provoca-

dos sade por estes compostos e seus metabolitos, sobretudo em organismos aquticos,

importante estudar o comportamento destes CEs no meio ambiente (Fent et al., 2006).

Entre os CEs, os frmacos constituem um dos grupos que tem merecido uma aten-

o especial, uma vez que so produzidos e consumidos para provocar uma resposta ao

nvel fisiolgico e/ou bioqumico, pelo que a sua presena em guas naturais pode ter efei-

tos indesejveis (Hernando et al., 2006b). Aps a administrao, os frmacos podem ser

excretados de forma natural atravs do organismo (qualquer organismo, humano ou ani-



mal, excreta cerca de 50 a 90% de cada frmaco na sua forma de substncia ativa, isto ,

inalterado), ou ainda sob a forma de metabolitos (Maurer et al., 2007). Uma das principais

fontes pontuais de descarga dos frmacos no meio ambiente atravs dos efluentes das

ETARs (Hernando et al., 2004; Zuccato et al., 2006; Vieno et al., 2007). Uma das famlias

de frmacos frequentemente encontrados nos recursos hdricos, devido sua ampla pres-

crio mundial e tambm sua incompleta biodegradabilidade e remoo nas estaes de

tratamento de guas residuais (ETARs) a dos beta-bloqueadores ou chamados - adre-

nrgicos (Larsson et al., 2006). Estes compostos so drogas utilizadas no tratamento de

vrias doenas como hipertenso, insuficincia cardaca congestiva, arritmias, angina do

peito, entre outros distrbios relacionados com o sistema cardiovascular (Cleuvers et al.,

2005; Lee et al., 2007).

So vrios os tipos de beta-bloqueadores mencionados na literatura que tm sido

detetados no meio aqutico, como por exemplo, atenolol, acebutolol, bisoprolol, entre

outros (Ternes et al., 1998; Bendz et al., 2005;Vieno et al., 2007). O metoprolol um dos

beta-bloqueadores mais importantes devido ao seu elevado consumo e baixa biodegradabi-

lidade principalmente nas estaes de tratamento de guas residuais (ETARs), (Ternes et

al., 1998; Andreozzi et al., 2003; Hugget et al., 2003), assim como em guas superficiais

(Conkle et al., 2008; Alder et al., 2010; Daneshaver et al., 2010). Uma vez que, tem sido

demonstrado que o metoprolol no completamente removido das ETARs (Bendz et al.,

2005; Vieno et al., 2006; Maurer et al., 2007), o estudo da sua fotodegradao importan-

te, porque permite-nos conhecer as reaes qumicas que ocorrem sob a ao solar, e que

podero eventualmente minimizar os efeitos negativos que este composto pode provocar

no meio ambiente, ou pelo contrrio aument-los, se os produtos de degradao forem

mais txicos do que os compostos de origem.

2.2 Beta-bloqueadores: Contaminantes Emergentes

Os beta-bloqueadores subdividem-se em duas classes principais, os chamados seleti-

vos e no seletivos, que se dividem de acordo com as suas propriedades farmacocinticas,

farmacodinmicas e seletividade para bloquear o recetor cardaco 1. Os antogonistas 1 -

no seletivos incluem o metipranolol, nadolol, oxprenolol, penbutolol, pindolol, proprano-

lol, timolol e sotalol e os 1 - seletivos, incluem o atenolol, acebutalol, betaxolol, bisopro-

lol, esmolol, metoprolol e nevibulol. Por ltimo esto os beta-bloqueadores mistos 1/1



como o carvedilol e o labetolol (INFARMED). Uma caracterstica comum na estrutura

qumica dos beta-bloqueadores (figura 1) a presena de pelo menos dois grupos funcio-

nais, um grupo etanol e uma amina ligado a um anel aromtico (a maioria dos compostos

contm CH (OH) - CH2 - NH) na cadeia lateral a que se liga ao anel aromtico (Lee et

al., 2007).

Figura 1: Estrutura bsica comum dos beta-bloqueadores.

2.2.1 Produo e consumo

Quanto produo de beta-bloqueadores ao nvel mundial, os dados disponibiliza-

dos na literatura so referentes ao ano de 2002, na Alemanha, permitiram estimar uma pro-

duo de cerca de 100-250 toneladas de beta-bloqueadores por ano. O clculo, baseia-se no

nmero de doses prescritas, por cada 1000 habitantes num perodo de um ano (Mustchler

et al., 2001; Schwabe e Paffrath, 2004, citado por Cleuvers et al., 2005).

Em relao ao consumo de beta-bloqueadores, os mais consumidos na Europa so o

atenolol e o metoprolol, cujo consumo representa mais de 80% de todos os beta-

bloqueadores. De acordo com os dados reportados na literatura, o Reino Unido, a Sua e a

Finlndia, so os principais consumidores de beta-bloqueadores de acordo com os dados de

venda da IMS Health (Companhia de Produtos Farmacuticos) referentes ao ano de 2001

(Alder et al., 2010). Contudo, outros estudos indicam que na Alemanha, o propranolol o

beta-bloqueador mais consumido alm de se encontrar na lista das trs principais drogas

utilizadas neste pas (Schwabe e Paffrath, 2004, citado por Cleuvers et al., 2005). Mige et

al. (2006) relataram nos seus estudos, que os beta-bloqueadores mais prescritos na Frana

em 1999, foram o acebutolol, propranolol e metoprolol (10-45 t/ano), enquanto outros

beta-bloqueadores como o bisoprolol, oxprenolol, nadolol e betaxolol, estes foram prescri-



tos na ordem de 2 t/ano, de acordo com os dados obtidos da Agence Franaise de Scurit

Sanitaire des Produits de la Sant (AFSSAPS). A prescrio dos beta-bloqueadores em

Frana tem aumentado desde 1991 a 2001, na ordem dos 50% (Mige et al., 2006). A tabe-

la 1 mostra o consumo anual dos beta-bloqueadores em vrios pases.

Tabela 1: Consumo anual de beta-bloqueadores em vrios pases (kg/ano).

Pas Ano Beta-bloqueadores

Acebutolol Atenolol Metoprolol Sotalol Propranolol

Alemanha 1995

1999

2000

2001

- - 5000a

6766b

7915 b

9297 b

- 3000a

ustria 1997 - - 2440 b - -

Inglaterra 2000 - 2898 b 11800

a - -

Itlia 2001 - 2207 b - - -

Sua 2004 - 3200 b 3200

b 800

b 800

b

Finlndia 2004

2005

940c

941d

865c

863d

5340c

5339d

610c

612d

Frana 1999 - - - - 35000e

Fonte: a - Beausse et al., 2004; b - Fent et al., 2006; Maurer et al., 2007; Zuccato et al.,2005; c -

Vieno et al., 2006; d - Vieno et al., 2007 de acordo com Agncia Nacional de Medicina; e - Mige et

al., 2006.

De acordo com esta tabela 1, o consumo anual de beta-bloqueadores varia conside-

ravelmente de uns pases para outros, sendo no geral o metoprolol o beta-bloqueador mais

consumido. Outras referncias, como por exemplo, da Organizao Mundial da Sade

(OMS) apontam a Sua como o principal consumidor de metoprolol entre 1997 e 2008

atingindo um mximo de 4500 kg/ano, de acordo com os dados de venda (citado por Alder

et al., 2010).

2.2.2 Ocorrncia dos beta-bloqueadores no meio ambiente

Conforme j foi anteriormente referido, os beta-bloqueadores aps a ingesto e sub-

sequente excreo, chegam s ETARs, sob a sua forma original, ou metabolitos, atravs

dos efluentes domsticos (Hugget et al., 2003). Os beta-bloqueadores lipoflicos como o

betaxolol, bisoprolol, metoprolol, propranolol e oxprenolol, sofrem metabolizao na

ordem dos 80% enquanto que o atenolol, nadolol e sotalol so excretados parcialmente



metabolizados (taxa de metabolizao inferior a 20%) (Mige et al., 2006). Portanto, devi-

do sua contnua entrada no meio ambiente, estes compostos so frequentemente encon-

trados em afluentes e efluentes das ETARs em concentraes na ordem dos g/L. Aps o

tratamento das guas residuais nas ETARs, que normalmente incluem a remoo dos sli-

dos em suspenso, compostos orgnicos biodegradveis, nutrientes e microrganismos

patognicos atravs de agentes qumicos, fsicos e biolgicos, os efluentes so descarrega-

dos em guas superficiais. Em muitos casos, os efluentes podem infiltrar-se para a terra,

sobretudo em areais onde no h gua superficial disponvel. Em guas superficiais, a con-

centrao de beta-bloqueadores mais baixa do que nos efluentes das ETARs, devido

diluio que ocorre ao misturar-se com outras guas (Vieno et al., 2007).

Na tabela 2 apresentam-se os beta-bloqueadores mais comuns em amostras

ambientais, assim como a sua localizao, nveis de concentrao e tipo de guas onde

so encontrados. De um modo geral, conforme se pode ver na tabela 2, o metoprolol um

dos beta-bloqueadores que apresentam elevada ocorrncia, em efluentes de ETARs, e

tambm em guas superficiais.

Superficiais.



Tabela 2: Ocorrncia de beta-bloqueadores em ETARs e em guas superficiais.

Beta-

bloqueado-

res

Localizao/

Pas

Afluen-

te

(g/L)

Efluente

(g/L)

gua

superfi-

cial (ng/L)

Referncias Beta-

bloqueado-

res

Localiza-

o/

Pas

Afluen-

te

(g/L)

Efluente

(g/L)

gua

superfi-

cial

(ng/L)

Referncias

Acebutolol Europa*

Finlndia

Canad

Frana

Sua

-

0.07b

-

0.38c

0.48

-

0.13a

0.18b

-

0.31c

0.004

0.002d

-

1-8

3-14

-

-

0.5

Andreozzi et al., 2003

Vieno et al., 2006

Vieno et al., 2007b

Lee et al., 2007

Piram et al., 2008b

Daneshvar et al., 2010

Betaxolol

Alemanha

Europa

-

0.006c

-

0.06 -

0.19c

-

-

-

28

Ternes et al., 1998

Wick et al., 2009

Boxall., 2004

Bisoprolol

Alemanha

Europa

USA

Canad

Frana

Alemanha

-

-

-

0.04c

0.07

0.21c

0.06 (0.37)c

-

0.80d

0.03c

0.001

0.21c

-

2.9

-

-

-

-

Ternes et al., 1998

Boxall., 2004

Mige et al., 2006

Lee et al., 2007

Piram et al., 2008b

Wick et al., 2009

Atenolol Itlia

Europa**

Sucia

Itlia

Sucia

Espanha

Espa-

nha/Crocia

Finlndia

Sua

Itlia

Espanha

-

-

0.03

-

-

-

-

(0.23)1.0c

1.15a

-

1.65c

2.23d

-

-

-

(0.19)0.73c

0.16

0.03-1.17

0.47c

3.4d

-

(0.28) 1.20a

0.74a

-

0.99c

0.54d

21.0d

3-241

-

10-60

-

-

250

-

-

12-25

-

-

-

17-55

Calamari et al., 2003

Paxus 2004

Bendz et al., 2005

Castiglioni et al., 2005

Zuccato et al., 2005

Gmez et al., 2006

Gros et al., 2006

Petrovic et al., 2006

Vieno et al., 2006

Lee et al., 2007

Maurer et al., 2007

Radjenovic et al.,2007

Vieno et al., 2007b

Atenolol Finlndia

Finlndia

USA

Canad

Frana

Sua

Espanha

0.69

0.17

0.54c

-

-

-

-

-

0.19

0.02

0.30c

0.27d

-

-

-

-

-

38

50-670

6-200

Conkle et al., 2008

Piram et al., 2008b

Wick et al., 2009


Ginebreda et al., 2010

Lpez-Roldn et al.,

2010



Metoprolol Alemanha

Europa*

USA

Europa**

Sucia

USA

Finlndia

-

-

-

-

-

0.16

-

-

1.13c

-

0.27d

-

0.20d

0.73- 2.20b

45 (2200)c

0.08-0.39

0.02

(1.20)c

0.08

-

-

(0.39)c

0.19

0.51e

-

1.00c

-

-

-

-

-

2241

30-70

-

-

-

4-116

-

39-107

Ternes et al., 1998


Hugget et al., 2003

Paxus 2004

Wiegel et al., 2004

Bendz et al., 2005

Mige et al., 2006

Vieno et al., 2006

Lee et al., 2007

Vieno et al., 2007b

Metoprolol Canad

Sucia

Espanha

USA

Frana

China

Alemanha

Sua

Espanha

-

-

-

0.11

0.81c

-

-

-

-

-

-

-

-

0.24d

0.13d

3.32f

-

0.07d

0.001

0.002c

0.64c

0.28 d

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

47

10-180

1-8041

Maurer et al., 2007

Radjenovic et al., 2007

Conkle et al., 2008

Piram et al., 2008b

Shao et al., 2009

Wick et al., 2009


Ginebreda et al., 2010

Lpez-Roldn et al.,

2010

Propranolol Alemanha

Europa*

USA

USA

Europa

Sucia

Espanha

USA

-

-

-

0.05

-

0.47d

-

-

0.12-

0.38c

0.17

(0.29)c

-

0.01-0.09

0.04

-

(1.90)c

-

0.03

0.29d

-

12(590)c

-

-

10

-



Timolol Europa

Canad

Frana

-

0.007c

0.03

-



2.3 Metoprolol

Conforme j foi citado anteriormente, o metoprolol um dos beta-

bloqueadores mais consumidos na Europa, e apresenta uma elevada ocorrncia tanto

em efluentes de ETARs, como em guas superficiais. usado no tratamento de doen-

as como a hipertenso, a angina de peito e outras perturbaes do ritmo cardaco,

incluindo arritmias e enfarte do miocrdio (Alder et al., 2010; Rivas et al., 2010).

Relativamente metabolizao do metoprolol, este extensamente metaboli-

zado pelas enzimas do sistema citocromo P450 do fgado. Assim sendo, o metabolis-

mo do metoprolol representa cerca de 85% da sua eliminao e envolve trs vias

metablicas principais. De acordo com a literatura foram detetados, trs metablitos

do metoprolol em amostras de afluentes e efluentes de ETARs (Hernando et al., 2007).

Os metablitos formados so o O-desmetil metoprolol (ODM) e cido O-desmetil

metoprolico (AODM), o -hidroxi metoprolol (-OHM) e o N-desaquil metoprolol

(N-DAM) (Mistry et al., 2001).

No que diz respeito ao seu destino e distribuio no meio ambiente, e tambm

na previso e no desenvolvimento de mtodos de deteo analtica, importante

conhecer as propriedades fsico-qumicas. Existem diversas propriedades que se

podem relacionar com a distribuio e o destino dos frmacos no ambiente aqutico,

como, por exemplo, a sua solubilidade em gua, o seu coeficiente de partio octanol-

gua (Kow), e as suas propriedades cido base, entre outras.

Na tabela 3, encontram-se sumariadas as principais propriedades fsico-

qumicas do metoprolol.

Tabela 3: Propriedades fsico-qumicas do metoprolol

Propriedades Referncias

Nome IUPAC {1- Isopropil amino - 3- [4 - (2-

metoxi etilo)

fenoxi]-2-propanol}

Mistry et al., 2001



Estrutura

Alder et al., 2010

Nmero de registo (CAS) 37350-58-6

Frmula molecular C15H25NO3

Classe teraputica Beta-bloqueador

Peso molecular 267,36 g mol-1

Constante de ionizao, pKa 9,7 Alder et al., 2010

Log Kow 1,88

Solubilidade em gua a

25C

1,69 x 104 mg/L

Assim de acordo com os dados apresentados na tabela 3, o metoprolol um

beta-bloqueador bastante solvel em gua, e com um valor de coeficiente de partio

octanol/gua baixo (Log Kow =1,88). Este composto comercializado sob a forma de

sais de tartarato de metoprolol composta por uma mistura racmica de dois ismeros

[R-metoprolol /S-metoprolol: 50/50], ou ainda de sais de sucinato ()-1-amina isopro-

pilico-3 [4- (2-metoxi etil) [fenoxi] -2-propanol] (Mistry et al., 2001; Liu et al., 2009).

2.4 Fotodegradao de beta-bloqueadores no meio ambiente

Conforme j foi referido anteriormente, os beta-bloqueadores tm sido encontra-

dos, tanto em efluentes de ETARs como em guas superficiais (Ternes et al., 1998;

Bendz et al., 2005). Por essa razo, interessante estudar a fotodegradao dos beta-

bloqueadores, a fim de conhecer as reaes qumicas que ocorrem sob a ao da luz

solar a fim de prever o seu comportamento no ambiente.

Os beta-bloqueadores podem ser degradados por vrias vias, tanto biticas como

abiticas. Entre as abiticas encontra-se a fotodegradao, que a degradao de uma

molcula fotodegradvel provocada pela absoro de fotes com os comprimentos de

onda certos. Um cromforo ou grupo cromforo parte ou conjunto de tomos de uma

molcula responsvel pela absoro de fotes. A fotodegradao de qualquer substn-

cia pode ocorrer por dois processos distintos, sendo eles a fotodegradao direta e

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c9/Metoprolol_structure.svg



fotodegradao indireta. A fotodegradao direta, ou a chamada fotlise direta, o

processo no qual ocorre a absoro direta do foto de luz pelo referido composto, ori-

ginando uma molcula excitada que pode sofrer diversas alteraes qumicas, como

por exemplo, a fragmentao, o rearranjo molecular, a dimerizao, entre outros. Na

fotodegradao indireta, a reao iniciada pela absoro de fotes por uma outra

espcie presente na soluo (os fotocatalizadores ou fotossensibilizadores) que ao

absorver estes fotes, fica excitada, transferindo essa energia para o contaminante pro-

vocando a sua excitao e, posteriormente a formao de fotoprodutos. Quando o

cromforo pertence a um fotocatalizador este processo designado por fotocatlise, e

normalmente o cromforo regenerado durante os processos de transferncia de ener-

gia (Peuravuori et al., 2009). Como veremos adiante ao referirmos o papel das subs-

tncias hmicas, pode tambm acontecer que o fotossensibilizador depois de excitado

transfira a sua energia para outra espcie, por exemplo o oxignio dissolvido dando

origem a espcies reativas que podem depois reagir com o contaminante.

FOTODEGRADAO DIRETA

(1.1)

(1.2)

FOTODEGRADAO INDIRETA

(1.3)

(1.4)

(1.5)

RX e S representam, por exemplo, um beta-bloqueador e um sensibilizador respetiva-

mente; as espcies RX* e S* representam os respetivos estados eletrnicos excitados.

Os fotossensibilizadores naturais, no qual tm um papel determinante nas rea-

es fotoqumicas de diversos tipos de contaminantes podem ou no influenciar a

fotodegradao de beta-bloqueadores em guas (Piram et al., 2008a). Entre eles esto

os cidos hmicos e flvicos, e os ies nitratos, nitritos e ferro.

A fotodegradao de diversos beta-bloqueadores, em solues sintticas

efluentes, ou guas naturais, usando diferentes tipos de fontes de radiao e diferentes



condies de degradao (fotossensibilizadores e/ou catalizadores), tem sido estudada

por diversos investigadores, conforme mostra a tabela 4 (Andreozzi et al., 2003; Chen

et al., 2009; Rivas et al., 2010).

Tabela 4: Estudos de fotodegradao de beta - bloqueadores em guas.

-bloqueadores Tipo de guas Fossensibilizadores/

catalizadores

Referncias

Acebutolol

Betaxolol

Metoprolol

Oxprenolol

Propranolol

Efluentes ETARs cidos hmicos/

NO3-


Acebutolol

Alprenolol

Atenolol

Bisoprolol

Metoprolol

Nadolol

Propranolol

Pindolol

Sotalol

Timolol

guas naturais

Efluentes ETARs

Piram et al., 2008a

Atenolol guas naturais Andrisano et al., 1999

Metoprolol

Propranolol

Atenolol

guas naturais

guas superficiais

guas naturais

TiO2

Liu et al., 2007

Liu et al., 2009

Yang et al., 2010

Metoprolol

guas naturais

guas superficiais

UV

UV/H2O2

Benitez et al., 2009

guas naturais

UV

UV/H2O2

UV/2Na2CO2.3H2O2

UV/HOOSO3 UV/TiO2

UV/H2O2/TiO2

Foto-Fenton

Rivas et al., 2010

Metoprolol

Propranolol

Efluentes (rios) UV Romero et al., 2010

Propranolol

guas naturais

guas naturais

guas naturais

UV

UV

UV

cidos hmicos

cidos flvicos

NO3-

Sortino et al., 2002

Uwai et al., 2005

Chen et al., 2009

Labetolol guas naturais UV Andrisano et al.,2001

Conforme se pode ver na tabela anterior, relativamente fotodegradao do

metoprolol em guas naturais, esses estudos so bastante escassos, referindo-se apenas

aos estudos de Liu et al. (2007) e de Benitez et al. (2009). No primeiro caso, estes



autores s estudaram a fotodegradao em gua pura, utilizando um simulador solar

(290-800 nm), de onde concluram que a fotodegradao do sucinato de metoprolol

em gua era muito lenta, seguindo uma cintica de primeira ordem com um tempo de

meia vida (t1/2) estimado de aproximadamente 350 h.

Num outro estudo de degradao do sucinato de metoprolol em gua pura e em

guas dos rios, Liu et al. (2009), verificaram que no havia diferenas significativas na

cintica de degradao do sucinato de metoprolol em gua pura, enquanto que o mes-

mo efeito no foi observado, quando utilizaram gua do rio, o que levou os autores a

admitirem a presena de fotossensibilizadores nas guas naturais. Com estes autores

no estudaram especificamente a influncia de diferentes fotossensibilizadores na

fotodegradao do metoprolol, no presente trabalho prope-se o estudo do efeito das

substncias hmicas e de ies presentes em guas naturais, nomeadamente os cidos

flvicos e ies nitrato.

2.5 Efeito das substncias hmicas e de ies presentes em guas

naturais na fotodegradao de contaminantes

2.5.1 cidos Flvicos

As substncias hmicas (SH) so constitudas por matria orgnica dissolvida

em diferentes e avanados estgios de decomposio. So compostas por uma mistura

heterognea e complexa de molculas com elevado peso molecular, contendo grupos

aromticos, alifticos, carboxlicos, fenlicos e quinnicos, como resultado da degra-

dao biolgica e enzimtica de vegetais no solo (Buffle, 1990). Em guas naturais a

concentrao de substncias hmicas varia de 0,3 -30 mg/C l-1

(Zhan et al., 2006). As

suas propriedades fotossensibilizadoras dependem em grande parte da sua origem (Xia

et al., 2009).

Devido heterogeneidade das SH, a sua anlise e caracterizao so extrema-

mente complicadas, pelo que o seu fracionamento a opo mais comummente utili-

zada para a sua definio. Assim, pela sua solubilidade, as SH podem ser diferenciadas

em cidos flvicos, cidos hmicos e huminas. Os cidos flvicos so a frao solvel

em gua para todos os valores de pH, os cidos hmicos, so a frao de matria org-



nica insolvel em gua em condies cidas pH



As molculas dos cidos flvicos no estado tripleto excitado (3AF*) podem

transferir a sua energia diretamente para outras espcies presentes em soluo, nomea-

damente as molculas de um contaminante orgnico, ficando estas no estado excitado

(RX*) (1.10) e podendo logo, por sua vez, reagir com outra/s molcula/s, ou ainda

quebrar as ligaes destas levando a formao de molculas mais pequenas (Boule et

al., 1999). Alm disso, as molculas de cidos flvicos no estado tripleto excitado

(3AF*) podem dar origem a espcies altamente reativas como o radical hidroxilo

(OH), eletres hidratados (e-) io perxido (O2

-) e ainda o oxignio singleto (

1O2),

conforme se mostra as equaes seguintes (Aguer et al., 1999; Goldstone et al., 2002):

RXAFRXAFhv

3

(1.10)

OHAFhvAF (1.11)

aqeAFAF 3 (1.12)

223 OAFOAF (1.13)

2

1

2

3 OAFOAF (1.14)

De um modo geral, a formao de espcies oxidantes fortes como o oxignio

singleto (1O2), e os radicais hidroxilo (OH), bem como os estados tripletos excitados

da matria orgnica dissolvida 3

DOM* (do termo em ingls, Dissolved organic mat-

ter), desempenham um papel importante na fotodegradao de contaminantes sobre-

tudo em guas naturais. As vias de formao destas espcies altamente reativas, esto

associados a diversos processos que ocorrem em guas naturais como por exemplo, da

degradao de poluentes orgnicos atravs da fotlise direta, e ainda atravs da degra-

dao da matria orgnica natural NOM (do termo em ingls, Natural organic mat-

ter), pela fotlise indireta (Garg et al., 2011).

Entre estas espcies cabe destacar, pela sua elevada reatividade, os radicais

hidroxilo (OH) e o oxignio singleto (1O2), que aparecem como resultado das reaes

(1.10) e (1.14), respetivamente. Os radicais hidroxilo (OH) e o oxignio singleto (1O2)

so considerados (ROS) (do termo em ingls Reactive Oxygen Species e podem



promover a degradao de poluentes em fase aquosa, assunto este que ser discutido

mais frente.

2.5.2 O nitrato (NO3-)

O nitrato desempenha um papel importante na degradao de contaminantes em

guas, podendo acelerar a sua fotodegradao. Encontrando-se nas guas superficiais

em concentraes que variam de 0,2 a 25 mg/L, os ies nitrato, aps absoro da

radiao solar e consequente excitao, so responsveis pela formao de radicais

OH, que por sua vez atacam a maioria dos compostos orgnicos (Boule et al., 1999;

Espinoza et al., 2007). As equaes seguintes (1.15-1.19), mostram a via pela qual o

io nitrato pode dar origem a espcies OH, e consequentemente degradao de con-

taminantes (Neamtu e Frimel 2006).

ONONOhv

23 (1.15)

23 NOONOhv

(1.16)

HNONOOHNO 22 3222 (1.17)

HOOHO 22 (1.18)

HOHOOHO 2 (1.19)

Em relao ao estudo da fotodegradao do metoprolol na presena do io

nitrato no h estudos referenciados na literatura. Contudo, estudos realizados com

outros contaminantes, como por exemplo, o de Neamtu e Frimmel (2006), sobre a

degradao de nonilfenol em guas na presena do io NO3-, mostraram que a fotode-

gradao era acelerada na presena deste io. O mesmo efeito foi verificado no estudo

de Espinoza et al. (2007), que mostraram que o io nitrato, acelerava a fotodegradao

do bisphenol A em guas naturais.

Contudo, outros estudos como o de Li et al. (2011), sobre a fotlise de Enrofla-

xacina em gua, mostraram que um aumento na concentrao de NO3- levava dimi-



nuio da taxa de degradao deste frmaco, o que mostra que o nitrato tambm pode

inibir a fotodegradao de contaminantes. Esta inibio da fotodegradao, devido

ao facto do io nitrato absorver na regio UV.

2.6 Uso de sequestradores de espcies reativas de oxignio na eluci-

dao de vias de fotodegradao indireta de contaminantes na

presena de substncias hmicas.

Conforme j foi referido anteriormente, as substncias hmicas desempenham

um papel importante na fotodegradao dos contaminantes em guas naturais. A fim

elucidar o mecanismo pela qual as substncias hmicas promovem a degradao de

contaminantes em guas naturais, no subcaptulo seguinte, sero discutidos cada uma

dessas vias de degradao, a formao do oxignio singleto (1O2) e/ou dos radicais

OH.

O oxignio sob a forma de oxignio singleto, o (1O2) uma das espcies mais

reativas do oxignio, conforme j foi referido anteriormente. O (1O2) apresenta o esta-

do de energia mais elevada de todas as espcies reativas, o que faz com que este se

encontra envolvido em diversos processos qumicos e bioqumicos (Bancirova, 2011).

Para elucidar o mecanismo pela qual, as substncias hmicas promovem a

degradao de contaminantes em guas, normalmente so adicionados sequestradores.

Os sequestradores so substncias que consomem o 1O2 presente numa soluo, dimi-

nuindo a velocidade de degradao se o1O2 for a via pela qual ocorreu a fotodegrada-

o.

Diversos tipos de compostos so utilizados como sequestradores especficos

para o consumo do 1O2, presente numa soluo, como por exemplo, a rosa bengala,

azul-de-metileno, eosina, azida de sdio (NaN3) entre outros (Czaplick et al., 2005).

A equao seguinte ilustra a formao do 1O2 atravs da transferncia de ener-

gia de estados tripleto e de um sensibilizador (Li et al.,2010):



2

11

2

33 OadorSensibilizOadorSensibiliz (1.20)

A fim de verificar, se o mecanismo pela qual ocorre a fotodegradao do beta-

bloqueador, propranolol em gua envolve a formao do 1O2, Sortino et al. (2002),

realizaram-se experincias na presena de azida de sdio (NaN3). Estes autores con-

cluram que fotodegradao do metoprolol, e consequente formao de foto produtos,

envolve a formao do 1O2.

O manitol um eficiente supressor de radicais OH, e tal como a NaN3 tambm

pode desempenhar um papel importante na fotodegradao de contaminantes em

guas. Quando o manitol est presente, a constante de velocidade de reao dever

diminuir se o mecanismo de degradao da reao for por via de radicais OH.

3 Material e mtodos



3.1 Lavagem do material de laboratrio

Todo o material de vidro utilizado durante a realizao deste trabalho (bales

volumtricos, pipetas volumtricas, copos, tubos de quartzo, entre outros) foi lavado

com gua e imerso numa soluo de detergente concentrado (Derquim 2,5%) durante

aproximadamente 2 horas. Em seguida, o material foi lavado com gua destilada e

colocado numa soluo cida de HNO3 (0,3%) por um perodo de 12-24 horas; passa-

do esse perodo, todo o material foi lavado novamente com gua destilada. Aps este

procedimento, o material foi colocado num recipiente para secar, sendo depois guar-

dado em lugar apropriado. Este procedimento de lavagem foi executado a fim de

minimizar as fontes de contaminao que podem surgir durante o procedimento anal-

tico.

3.2 Reagentes

Os principais reagentes utilizados neste trabalho foram os seguintes: Tartarato

de Metoprolol (Pureza: 98%; Frmula Molecular: C30H50N2O6.C4H6O6; Massa

Molecular: 684,41 g/mol) da Sigma Aldrich; Acetonitrilo (qualidade para HPLC,

pureza: 98%) da Lab-Scan analytical sciences; cido Frmico (Pureza: 98%; Fr-

mula Molecular: HCOOH; Massa Molecular: 46,03 g/mol) da Panreac. Para o estudo

do efeito dos fotossensibilizadores (cidos flvicos e NO3-) na fotodegradao do

metoprolol, foram usados cidos flvicos extrados do Rio Vouga e recolhidos na zona

do Cabo Carvoeiro em 1991, baseada na absoro em resina XAD-8, de acordo com a

metodologia descrito por Santos e Duarte (1998), nitrato de potssio (KNO3).

Com o objetivo de identificar, a via pela qual as substncias hmicas promovem

a degradao do metoprolol em solues aquosas, foram utilizados dois compostos, a

azida de sdio e o D-Manitol, que so sequestradores especficos de 1O2 e de radicais

OH. Para isso, foram utilizados o D-Manitol (Frmula Molecular: (C6H14 (OH)6);

Massa Molecular: 182,17 g/mol ) e a azida de sdio (Frmula Molecular:NaN3); Mas-

sa Molecular: 65,01 g/mol) ambos da Sigma Aldrich.



3.3 Equipamentos

A anlise do metoprolol foi efetuada utilizando um aparelho Cromatgrafo

Lquido de Elevada Eficincia Jasco HPLC, equipado com uma bomba PU-980, um

detetor UV-Vis BarSpec a 222 nm, uma coluna C18 phenomenex (150 x 4.60 mm, 5

m, 110 A) e um loop de 20 L. Aps um estudo prvio para a escolha da fase

mvel, comparando os seguintes eluentes:

Acetonitrilo: gua numa proporo de 80:20 V/V e um caudal de 0,85 ml/min;

Soluo tampo KH2PO4 10 mM, pH 3,0 e acetonitrilo numa proporo de

80:20 V/V e um caudal de 0,5 ml/min;

E por ltimo a combinao de dois solventes gua: acetonitrilo, acidificadas

com HCOOH 0,1%, numa proporo 85:15 V/V e um caudal de 0,7 ml/min.

A fase mvel escolhida foi gua: acetonitrilo 90:10, contendo HCOOH 0,1%

V/V e a velocidade de fluxo foi 0,7 mL/min. A fase mvel foi previamente filtrada por

filtros de membrana 0.2 m NL16 (Schleicher & Schuell).

As amostras foram irradiadas utilizando um simulador solar Solarbox 1500,

equipado com uma lmpada de Xnon, e uma irradincia constante de 550 W/m2.

3.4 Preparao das solues padro de metoprolol

Para a quantificao da concentrao de metoprolol em gua mediante cromato-

grafia lquida de elevada eficincia (HPLC) foi preparada uma reta de calibrao utili-

zando seis solues padro de metoprolol. Para a preparao das solues padro de

metoprolol, em primeiro lugar, pesaram-se 10,0 mg de metoprolol, e transferiu-se o

contedo para um balo volumtrico de 100 mL. Posteriormente aferiu-se o volume

com gua Milli-Q, obtendo-se uma soluo padro com uma concentrao de 100

mg/L que foi posteriormente utilizada na preparao dos padres (Romero et al.,

2010). A partir desta soluo prepararam-se seis solues padro, com concentraes

entre 10 e 60 mg/L por diluio em gua Milli-Q. Tambm preparou-se uma soluo -

me de metoprolol 500 mg/L (pesou-se 125,0 mg do composto para uma balo volu-

mtrico de 250 mL, sendo o volume posteriormente aferido com gua Milli-Q).



Durante a preparao das solues, toda a gua ultra-pura usada como solvente

foi obtida com um sistema Milli-Q (Millipore).

Todas as solues foram revestidas com papel alumnio, de modo a evitar o efeito da

luz.

3.5 Preparao das solues para o estudo da fotodegradao de

metoprolol

Para este estudo, todas as solues de metoprolol, na presena ou no de fotos-

sensibilizadores (cidos flvicos e io NO3-) foram preparadas em gua ultra-pura

(Milli-Q). Uma vez preparadas as solues, os bales que as continham foram revesti-

dos com papel alumnio, de modo a evitar o efeito da luz, at a sua utilizao nas

experincias de irradiao. Previa realizao das experincias de fotodegradao foi

sempre verificado, mediante anlises por cromatografia lquida, que se mantinha a

concentrao inicial de metoprolol em soluo.

3.5.1 Solues metoprolol em gua

O estudo da fotodegradao do metoprolol em gua foi efetuado utilizando uma

soluo de 50 mg/L. Esta soluo foi preparada por diluio da soluo me de 500

mg/L referida anteriormente. A escolha desta concentrao para a irradiao, foi de

acordo com o estudo efetuado por Romero et al. (2010), que compararam o efeito da

oxidao avanada e a fotocatlise na remoo de propranolol e metoprolol da gua,

utilizando solues destes frmacos com concentraes inicias de 50 mg/L.

3.5.2 Preparao de solues de metoprolol com cidos flvicos

Para a preparao destas solues, foi primeiro preparada uma soluo - me de

cidos flvicos de 250 mg/L (pesou-se 12,5 mg de cidos flvicos e transferiu-se para

um balo volumtrico de 50 mL sendo o volume aferido com gua Milli-Q). A seguir,

utilizando a soluo me de metoprolol de 500 mg/L (acima referida) e a soluo -



me de cidos flvicos (250 mg/L) por diluio foi preparada uma soluo de meto-

prolol 50 mg/L na presena de cidos flvicos 10 mg/L. A concentrao de cidos

flvicos 10 mg/L foi escolhida de acordo com o estudo preliminar feito por Guilherme

(2009) sobre efeito da presena dos ies cloreto (Cl-) e nitrato (NO3

-) na fotodegrada-

o de cido flvicos provenientes de uma fbrica de papel.

3.5.3 Preparao de solues de metoprolol com nitrato

A preparao destas solues foi realizada utilizando a soluo me de metopro-

lol (500 mg/L) e uma soluo - me de KNO3 de 163,1 mg/L (pesou-se 16,31 mg do

composto para uma balo volumtrico de 100 mL, sendo o volume posteriormente

aferido com gua Milli-Q). Por diluio destas solues, foi preparada uma soluo de

metoprolol de 50 mg/L na presena de NO3- 16,31 mg/L. A concentrao de KNO3

-

(16,31 mg/L) escolhida, que corresponde mesma utilizada por Espinoza et al. (2007)

para simular o ambiente aqutico natural para o estudo do efeito de NO3- na fotode-

gradao do bisphenol A.

3.5.4 Preparao de solues de metoprolol na presena de cidos fl-

vicos com sequestradores de radicais OH e 1O2.

Para esse estudo, foram preparadas inicialmente as solues stock de dois

sequestradores, o manitol (C6H8 (OH)6) 1M e a azida de sdio (NaN3) 25 mM, respeti-

vamente. Para a soluo stock de manitol, pesou-se aproximadamente 1,8217 mg do

composto, e transferiu-se o contedo para um balo de 500 mL, sendo o volume poste-

riormente completo com gua Milli-Q.

Para a soluo stock de NaN3, pesou-se aproximadamente 0,8130 mg de com-

posto sendo posteriormente transferida para um balo volumtrico de 500 mL, onde

perfizeram-se o volume com gua Milli-Q.



Para as solues a irradiar, prepararam-se duas solues de metoprolol 50

mg/L com cidos flvicos 10 mg/L, em que numa das solues adicionou-se C6H8

(OH)6 20 mM e na outra NaN3 0,5 mM respetivamemte atravs da diluio das solu-

es stock acima referidas.

3.6 Irradiao das solues

Aps a preparao das solues, procedeu-se ao estudo da sua fotodegradao.

Para tal, transferiram-se 20 mL de soluo de cada uma das solues para tubos de

quartzo, que foram tapados com parafilme. Posteriormente, os tubos foram colocados

num suporte adequado e submetidos a irradiao, num simulador solar Solarbox, com

uma irradiao constante de 550 W/m2.

Para estudar o efeito da irradiao ao longo do tempo, todas as solues referi-

das anteriormente foram sujeitas a tempos de irradiao crescentes: 0, 1, 3, 6, 12, 24,

48 e 72 h respetivamente. Para cada experincia, realizaram-se trs rplicas (ensaio 1,

2 e 3), no simultneas sob as mesmas condies. Por outro lado, em paralelo com

cada experincia foi realizado um controlo, o qual foi submetido exatamente s mes-

mas condies que a experiencia, exceto pela ausncia de irradiao, que foi evitada

revestindo os tubos de quartzo correspondentes com folha de alumnio.

Aps a irradiao, as solues foram analisadas por cromatografia lquida de

elevada eficincia, acoplada ao espectrmetro ultravioleta visvel (HPLC/UV-Vis),

conforme as condies descritas no captulo seguinte.

4 Resultados e Discusso



4.1 Optimizao das condies de anlise no HPLC

As condies de anlise por HPLC, sobretudo no que diz respeito ao eluente

foram testadas inicialmente com base no procedimento utilizado por Romero et al.

(2010) para a determinao de metoprolol durante a sua degradao fotocataltica em

gua, usando TiO2 como catalisador. Nesse estudo os autores utilizaram tambm uma

coluna C18 e uma combinao de dois solventes, acetonitrilo e gua, numa proporo

de 80:20, mas no mostraram qualquer cromatograma obtido. Na tentativa de reprodu-

zir as condies mencionadas por Romero et al. (2010) verificou-se que os cromato-

gramas obtidos apresentavam uma banda larga com uma enorme cauda e que sugeria a

presena de dois picos mal resolvidos.

Para resolver o problema, foram experimentadas novas condies de eluio

baseadas no estudo desenvolvido por Basci et al. (1998) sobre a optimizao de dife-

rentes tipos de fase mvel na separao de vrios beta-bloqueadores por HPLC. Estes

autores usaram uma fase mvel com pH ajustado a 3,0. Nesse estudo os autores utili-

zaram uma fase mvel constituda por 3 solventes: metanol, acetonitrilo e soluo

tampo KH2PO4 10 mM, pH 3,0 (15:15:70).

No entanto, no presente trabalho optou-se por testar uma fase mvel com o

mesmo ajuste de pH mas constituda por um sistema binrio de solventes, usando ape-

nas acetonitrilo em vez de acetonitrilo e metanol, dado no se ter metanol de qualidade

HPLC disponvel. Testou-se uma proporo de soluo tampo prxima da usada por

Basci et al. (1998), tendo-se usado uma mistura de acetonitrilo: soluo tampo 20:80.

Em relao ao ajuste do pH da fase mvel no existe nenhum estudo sistemtico, mas

outros autores referidos no artigo de reviso de Ternes et al. (2001), preferiram o uso

de um pH mais elevado 7,5, de forma a garantir que o metoprolol fica sem carga, isto

nem o grupo OH fica desprotonado nem o grupo amnico fica protonado. A existncia

de carga na molcula de metoprolol poder reduzir o seu tempo de reteno, mas este

depende tambm da percentagem de soluo aquosa tampo na mistura eluente. Ao

rever o procedimento experimental verificou-se que tinha havido um erro no procedi-

mento de ajuste do pH, pelo que o pH do tampo era 4,7 e no 3,0. Dado que com a

fase mvel referida anteriormente (acetonitrilo: tampo de pH 4,7 na proporo 20:80)

se conseguiu obter um pico estreito e simtrico para o metoprolol, com tempo de



reteno de aproximadamente 13 minutos, como se pode ver na figura 2, onde se apre-

senta o cromatograma de uma soluo padro 10 mg/L de tartarato de metoprolol, ado-

taram-se ento estas condies de eluio. Fez-se uma reta de calibrao com padres

de concentraes entre 10,087e 60,522 mg/L tendo-se obtido um coeficiente de corre-

lao de 0,9999 e um limite de deteo (LD) de 1,85 mg/L.

Figura 2: Cromatograma obtido da soluo padro de metoprolol 50 mg/L para as

seguintes composies de fase mvel: acetonitrilo/soluo tampo (20:80) V/V.

No entanto, aps algumas experincias preliminares relativas fotodegradao do

metoprolol em gua, comearam a surgir problemas no HPLC associados ao uso de sal

na soluo tampo. Mesmo com um elevado tempo de lavagem da coluna no final de

cada dia de trabalho, a acumulao de sais foi ocorrendo, o que obrigou limpeza do

diafragma da bomba e da vlvula de purga. Por esta razo, tentou-se alterar, mais uma

vez, as condies de eluio substituindo a mistura acetonitrilo: tampo KH2PO4 10

mM por uma mistura acetonitrilo: gua contendo cido frmico (HCOOH) 0,1% V/V,

tendo por base o trabalho de Gmez et al. (2007) que usaram uma fase mvel consti-

tuda por acetonitrilo: gua com pH ajustado com cido frmico 0,1% para separar

vrios produtos farmacuticos incluindo o atenolol, numa coluna cromatogrfica C18.

Note-se que o atenolol, embora tenha diferenas estruturais relativamente ao metopro-

lol, tambm contm o mesmo grupo etanol amina. A adio de HCOOH 0,1% faz com

que o pH final da fase mvel seja aproximadamente 3,0, isto , igual ao utilizado por

Basci et al. (1998), mas sem necessidade de adicionar sais. Aps testar vrias propor-

es acetonitrilo: gua com cido frmico 0,1%, optou-se por usar uma proporo

Pico do metoprolol

Pico do solvente



10:90, com a qual se obteve um pico cromatogrfico estreito e aproximadamente sim-

trico para o metoprolol, com um tempo de reteno de cerca de 10 minutos conforme

mostra na figura 3.

Figura 3: Cromatograma da soluo padro de metoprolol 50 mg/L para a fase mvel:

acetonitrilo/ gua (10:90) V/V, acidificado com 0,1% de HCOOH.

De modo a escolher as melhores condies de eluio, comparou-se a reta de

calibrao obtida usando esta fase mvel com a reta obtida usando a fase mvel aceto-

nitrilo: soluo tampo KH2PO4 10 mM, pH 4,7. Para a reta de calibrao em que foi

usada acetonitrilo: soluo tampo KH2PO4 10 mM, pH 4,7, em que as concentraes

dos padres varariam entre 10,919 e 65,514 mg/L, foi obtido um coeficiente de corre-

lao de 0,9993 e um LD de 3,93 mg/L. Em relao reta de calibrao em que foi

usada acetonitrilo: gua, com pH ajustado com cido frmico 0,1%, as concentraes

dos padres variaram entre 10,388 e 62,328 mg/L tendo-se obtido um coeficiente de

correlao de 0,9994 e um LD de 2,04 mg/L.

Os resultados obtidos mostraram uma boa correlao nas duas condies de

eluio estudadas.

Uma vez que a utilizao de solvente acidificado com HCOOH (0,1% V/V)

um procedimento mais rpido e que oferece menos problemas, optou-se pela sua utili-

zao em relao ao uso da soluo tampo KH2PO4.

0 100 200 300 400 500 600 700 800

Tempo(segundos)

Pico do

solvente

Pico do metoprolol



4.2 Quantificao do metoprolol por HPLC: Retas de calibrao e

limites de deteo

Como j foi indicado, atravs da diluio da soluo padro de metoprolol de

100 mg/L em gua Milli-Q, prepararam-se os padres com as concentraes de 10; 20;

30; 40; 50 e 60 mg/L para construir as retas de calibrao. Na figura 4, a ttulo de

exemplo apresenta-se uma dessas retas de calibrao utilizada na quantificao do

metoprolol em gua, com a fase mvel acetonitrilo: gua 10:90 V/V contendo 0,1% de

cido frmico.

Figura 4: Reta de calibrao para a quantificao do metoprolol em soluo aquosa

para a fase mvel acetonitrilo: gua, acidificado com HCOOH 0,1% (10:90) V/V.

Uma vez que foram efetuadas retas de calibrao sempre que necessrio, foram

obtidos diversos valores do coeficiente de correlao (r) e do limite de deteo (LD),

associados s mesmas. Os coeficientes de correlao (r) determinados foram superio-

res a 0,9995. Os valores de LD calculados a partir da expresso (Miller & Miller):

m

sLD

xy /3 (1.21)

onde xys / o desvio padro residual da reta de calibrao e m o declive da

mesma.

y = 4892,6x - 557,6 R = 0,9988

0

50000

100000

150000

200000

250000

300000

350000

0 10 20 30 40 50 60 70

re

as

Concentrao dos padres (mg/L)



A converso para unidades de concentrao foi feita dividindo o desvio padro

residual pelo declive da reta. O LD calculado variou entre 1,19 e 3,14 mg/L para uma

gama de concentraes de padres de 10-60 mg/L.

Para a anlise da repetibilidade do sistema de HPLC/UV, efetuaram-se injees

consecutivas da mesma soluo padro mantendo as mesmas condies de operao e

equipamento. Tambm se efetuaram injees de soluo padro em diferentes dias,

usando diferentes lotes de solventes (fase mvel preparada em diferentes condies) a

fim de analisar a reprodutibilidade da anlise.

Convm salientar-se que as retas de calibrao no foram feitas todos os dias,

tendo-se feito uma reta de calibrao para cada semana de trabalho. No entanto, todos

os dias foram injetados 2 padres de controlo que eram preparados de fresco, e as res-

petivas concentraes foram determinadas a partir das reas do pico do metoprolol nos

respetivos cromatogramas da equao de reta em uso. Sempre que as concentraes

assim calculadas para os dois padres no diferiam mais de 5,0% em relao ao valor

real da concentrao das solues preparadas, considerava-se que a reta de calibrao

continuava vlida para as anlises desse dia.

4.3 Fotodegradao de solues de metoprolol 50 mg/L em gua

Conforme j foi referido anteriormente, as solues de metoprolol foram sujeitas

a diferentes tempos de irradiao, sendo simultaneamente colocadas no sistema de

irradiao as solues de controlo (tubos com soluo embrulhados em papel alum-

nio), de modo a confirmar que a degradao do composto devida irradiao no

simulador solar SolarBox e no ocorrem no escuro. Todas as solues foram analisa-

das no HPLC-UV em triplicado (3 injees), verificando-se que as variaes de con-

centraes determinadas nas 3 rplicas (3 injees) foram inferiores a 5,0%. Todos os

resultados apresentados em seguida referem-se mdia das concentraes correspon-

dentes a 3 injees.



Como os ensaios (ensaio 1, 2 e 3) foram efetuados em dias diferentes, assim

como as solues a irradiar foram preparadas a partir de solues-me diferentes, com

concentraes aproximadamente 50 mg/L, mas que no foram exatamente iguais, as

concentraes (C) das solues sujeitas a diferentes tempos de irradiao, foram nor-

malizadas em relao concentrao inicial (C0).

Na figura 5 encontra-se representada a variao da concentrao do metoprolol

normalizada em relao concentrao inicial (C/C0), nas solues de controlo ao

longo do tempo de irradiao dos ensaios. Da anlise da figura, conclui-se que no se

observam variaes significativas na concentrao das solues de metoprolol revesti-

das com papel de alumnio e colocadas no sistema de irradiao, estando sujeitas s

mesmas condies do que as solues irradiadas, mas sem receber a radiao. Para

todos os tempos de irradiao, a concentrao de qualquer dos controlos no variou

em relao concentrao inicial (C0) mais de 5,0%. Logo quaisquer variaes obser-

vadas nas solues irradiadas so atribuveis a reaes provocadas pela luz solar simu-

lada.

Figura 5: Razo entre as concentraes das solues de controlo (CT) e a concentra-

o inicial (C0) ao longo do tempo para os ensaios, 1, 2 e 3 respetivamente.

Para as solues sujeitas a radiao solar simulada, a variao da concentrao

de metoprolol normalizada em relao concentrao inicial (C/C0), em funo do

tempo de irradiao (h) encontra-se representada na figura 6. A figura no evidncia

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0 1 3 6 12 24 48

Co

nce

ntr

a

o n

orm

ali

zad

a C

/C0

Tempo de irradiao (h)

1 ensaio CT

2 ensaio CT

3 ensaio CT



qualquer alterao na concentrao do metoprolol ao longo de todo o perodo de irra-

diao.

Figura 6: Variao da concentrao do metoprolol normalizada em relao a concen-

trao inicial (C/C0) ao longo do tempo de irradiao (h).

A fim de confirmar que a degradao do metoprolol no ocorre, ou ocorre em

extenso no detetvel, no perodo de tempo considerado, fez-se uma comparao das

mdias dos valores de C/C0 para diferentes tempos de irradiao atravs de uma anli-

se de varincia (ANOVA) a uma dimenso, cujos resultados esto apresentados na

tabela 5. Os resultados obtidos permitem concluir que no h diferenas significativas

entre os valores mdios de C/C0 para diferentes tempos de irradiao. Com um inter-

valo de confiana de 95% (n = 7) o Fcalculado < Fcrtico, portanto podemos concluir que

no houve degradao da soluo metoprolol at final das 48 horas de irradiao.

Tabela 5: ANOVA a uma dimenso referente a mdia da concentrao normalizada

C/C0 da soluo de metoprolol em gua.

ANOVA Fonte de variao SQ gl MQ F valor P F crtico

Entre grupos 3,20E-03 6 5,20E-04 9,10E-01 5,16E-01 2,847

Dentro de grupos 8,00E-03 14 5,70E-04

Total 1,12E-02 20

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Co

nce

ntr

aa

o n

orm

ali

zad

a C

/C0


1 ensaio 2 ensaio 3 ensaio



De acordo com os resultados experimentais obtidos por Liu et al. (2009), nos

seus estudos de fotodegradao de beta-bloqueadores em guas, o metoprolol apresen-

tava uma degradao lenta em gua desionizada, sob a ao solar e de que seguia uma

cintica de pseudo - primeira ordem com uma constante de velocidade (K) de 4,6x10-3

h-1

e um tempo de meia-vida (t 1/2) de 159 h. A concentrao das solues de metopro-

lol para a irradiao foi de 1 e 100 g/L. Para a irradiao das amostras, Liu et al.

(2009) utilizaram um simulador solar equipado com uma lmpada de Xnon ( 295-

800 nm) e o tempo mximo de irradiao foi de 7 dias.

A partir da constante cintica obtida pelos autores acima referidos, calculou-se

a percentagem de degradao esperada para esta experincia, ou seja:

% de degradao 10010

C

C (1.22)

onde 0C

C calculada atravs da seguinte expresso:

tkC

C

0

ln (1.23)

onde k = 4,6 x10-3

h-1

(de acordo com a experincia de Liu et al., 2009);

Tendo em conta os resultados de Liu et al. (2009), a percentagem de degrada-

o do metoprolol que seria de esperar at ao final de 48h de irradiao (durao

mxima dos ensaios de irradiao no presente trabalho) seria de 22%. Assim, os resul-

tados aqui obtidos nesta experincia no esto de acordo com os resultados obtidos por

Liu et al. (2009), uma vez que no se observou degradao at ao final das 48 h de

irradiao com o simulador solar. de salientar que as condies experimentais usa-

das por Liu et al. (2009) foram diferentes das condies usadas neste presente traba-

lho. Uma vez que Liu et al. (2009) usaram uma irradincia inferior abrangendo sensi-

velmente a mesma zona espectral (295-800 nm) utilizada no presente trabalho por isso

pressupe-se que o facto de no termos observado fotodegradao direta no se deve



diferena na irradincia utilizada, pois nesse caso seria de esperar uma percentagem de

degradao superior no presente trabalho. O facto de no presente trabalho no se ter

observado degradao contrariamente ao que seria de esperar com base nos resultados

de Liu et al. (2009) poder ser atribudo ao facto de estes autores terem usado concen-

traes iniciais do metoprolol bastante mais baixas, uma vez que a concentrao ini-

cial pode influenciar a cintica de degradao, assunto este que ser discutido um pou-

co mais a frente.

No entanto, de salientar que consideramos que os nossos resultados esto de

acordo com o que seria de esperar, na nossa opinio, pois o metoprolol no absorve

acima dos 290 nm (Piram et al., 2008a) e no portanto de esperar que sofra fotode-

gradao direta pela luz solar, o que, alis, foi tambm observado por Piram et al.

(2008a). ainda de salientar que Liu et al. (2009) concluram em seus estudos de

fotodegradao de beta-bloqueadores em guas que a degradao do metoprolol em

gua de rio era de duas a quatro vezes mais rpida do que em gua desionizada. Este

fato foi associado pelos referidos autores presena de fotossensibilizadores, no ten-

do, no entanto, feito quaisquer estudos com vista identificao destes fotossensibili-

zadores e do seu efeito. Assim, no presente trabalho procurou-se estudar o efeito de

alguns constituintes de guas naturais na fotodegradao do metoprolol, assunto que

ser desenvolvido nos subcaptulos seguintes.

4.4 Efeito do nitrato na degradao do metoprolol em gua

Para estudar o efeito do nitrato (NO3-) na degradao do metoprolol em gua foi

utilizada uma concentrao de 10 mg/L de NO3- e 50 mg/L de concentrao inicial de

metoprolol, conforme foi descrito na seco na 3.5.3.

Na figura 7, apresentam-se os valores da concentrao normalizada das solues

do metoprolol (C/C0) na ausncia e na presena de NO3- respetivamente, em funo do

tempo de irradiao.



Figura 7: Comparao da fotodegradao do metoprolol na ausncia (SM 1ensaio,

SM 2ensaio e SM 3ensaio) e na presena do NO3- (SM+N 1ensaio, SM+N 2ensaio e

SM+N 3ensaio), ao longo do tempo de irradiao.

Para confirmar que a degradao do metoprolol na presena de nitrato signi-

ficativa, fez-se uma comparao das mdias dos valores de C/C0 para diferentes tem-

pos de irradiao atravs de uma anlise de varincia (ANOVA) a uma dimenso,

cujos resultados esto apresentados na tabela 6. Os resultados obtidos permitem con-

cluir que h diferenas significativas entre os valores mdios de C/C0 para diferentes

tempos de irradiao. Com um intervalo de confiana de 95% (n = 7) o Fcalculado > Fcrti-

co, podemos portanto concluir que ocorreu a fotodegradao durante o tempo de irra-

diao estudado, e que as diferenas observadas no final da irradiao mostram um

efeito sensibilizador do nitrato na fotodegradao do metoprolol.


soluo de metoprolol na presena de nitrato.

ANOVA Fonte de variao SQ gl MQ F valor P F crtico

Entre grupos 1,62E-01 6 2,71E-02 32,501 1,93E-07 2,847

Dentro de grupos 1,17E-02 14 8,30E-04

Total 1,74E-01 20

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Co

nce

ntr

ao

no

rmal

izad

a C

/C0


SM 1 ensaio SM 2 ensaio SM 3 ensaio

SM+N 1 ensaio SM+N 2 ensaio SM+N 3 ensaio



Na presena de NO3- foi observado um ligeiro decrscimo da concentrao do

metoprolol em relao aos tempos finais de irradiao (a partir das 24h). Na tentativa

de verificar se a fotodegradao na presena de nitrato (SM+N 1ensaio, SM+N

2ensaio e SM+N 3ensaio) ao longo do tempo, seguia uma cintica de pseudo - pri-

meira ordem, representou-se ln C/C0 em funo do tempo de irradiao para as solu-

es de metoprolol (C0 ~ 50 mg/L) na presena de NO3- (10 mg/L), conforme se pode

ver na figura 8.

Na figura 8 apresentam-se os valores de ln C/C0 em funo do tempo de irra-

diao para as solues de metoprolol (C0 ~ 50 mg/L) na presena de NO3- (10 mg/L).

Figura 8: Resultados experimentais referentes a degradao do metoprolol (C0 ~ 50

mg/L) na presena de NO3- (10 mg/L), ajustados aos modelos cinticos de pseudo - primeira

ordem param os respetivos ensaios (1, 2 e 3).

Na tabela 7 apresentam-se os coeficientes de correlao (R2) para cada um dos ensaios

as constante cintica k, para cada um dos ensaios de degradao (1ensaio, 2ensaio e

3ensaio).

-0,4

-0,3

-0,2

-0,1

0

0,1

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

lnC

/C0


1ensaio 2ensaio 3ensaio



Tabela 7: Coeficientes de correlao (R2) e constantes cinticas (K) da soluo metoprolol na

presena de NO3-para cada um dos ensaios

Ensaios Coeficientes de correlao (R2) Constante cintica, k h

-1

1 ensaio 0,9746 5,2x10-3

2 ensaio 0,9148 7,1x10-3

3 ensaio 0,9838 6,3x10-3

Para cada um dos ensaios 1, 2 e 3, obteve-se um t1/2 de 98, 133 e 154 h, respe-

tivamente. Nesta experincia, a percentagem de degradao do metoprolol ao fim de

48h e na

elsa andrade cardoso efeito de ácidos fúlvicos e nitrato na … · prolol em solução aquosa,...

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