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Síntese, Caracterização E Aplicação De Extração Em Fase Sólida Do

Polímero De Impressão Molecular Do Fungicida Metribuzin.

M. J. U. Toro

A. A. P. Reis

O. O. R. Junior

Universidade federal do Sul e Sudeste do Pará

Instituto de Geociências e Engenharias

Departamento de Engenharia de Materiais

[email protected]

Na agricultura os pesticidas são utilizados de forma descriminada, podendo

contaminar o homem e o meio ambiente. No estado do Pará, não se tem um

controle dessa contaminação. Os Polímeros de impressão molecular (MIP), são

polímeros sintetizados ao redor de uma molécula que é tomada como molde. Após a

extração deste molde, o polímero poderá atuar no processo de reconhecimento do

mesmo, uma vez que, ele apresentará sítios de ligação complementares a esta

molécula. Diante dessas informações este trabalho de pesquisa tem como objetivo a

utilização desses polímeros como adsorventes na extração em fase sólida. Os MIPs,

foram sintetizados através do método de Bulk utilizando o pesticida metribuzin como

molde. A aplicação deste material será realizada em amostras reais de agua e solo

na região do Pará. Os cálculos serão realizados a partir de isotermas de adsorção

que serão obtidas das curvas de absorvância por espectrofotometria.

Palavras-chave: síntese, caracterização, polímeros de impressão molecular,

metribuzin.

22º CBECiMat - Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais06 a 10 de Novembro de 2016, Natal, RN, Brasil

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1. INTRODUÇÃO

Poluentes ou contaminantes emergentes consistem numa classe de

compostos orgânicos de origem variada que podem ser encontrados em matrizes

ambientais e biológicas e muitas vezes não são controlados pelas agências

regulatórias o que não exclui, contudo, seu potencial risco à saúde humana e ao

meio ambiente(1). A EPA, do inglês United States Environmental ProtectionAgency,

adere a classificação dos contaminantes emergentes em função dos seus efeitos,

usos ou características químicas e biológicas.

Uma importante classe de poluentes emergentes são os herbicidas. O destino

final de todos os herbicidas, sejam eles aplicados em pré ou em pós-emergência, é

sempre o solo. A disponibilidade destes produtos para as plantas e para a biota é

influenciada pelas frações orgânica e mineral do solo. Em contato com os colóides

do solo, os herbicidas estão sujeitos à adsorção, lixiviação e degradação, mediante

processos fisico-químicos e biológicos(2).

Um dos maiores impactos da agricultura na qualidade dos recursos

hídricos(água subterrânea e superficial) ocorre devido à possibilidade de

contaminação desses com resíduos de agrotóxicos. Infelizmente, têm sido

crescentes as evidências sobre a presença de resíduos de agrotóxicos em amostras

de água subterrâneas e superficiais em áreas agrícolas ou até mesmo em áreas de

captação de água para consumo humano (3).

Joseph e colaboradores descrevem o reconhecimento molecular como um

fenômeno onde a ligação de uma molécula a um receptor é preferencial e seletiva

frente a outras moléculas e ressalta a importância destes sistemas em aplicações de

estudos da química analítica (4).

O uso de polímeros de impressão molecular é uma estratégia promissora no

quesito seletividade e já se encontram na literatura aplicações destes materiais em

várias técnicas, tais como cromatografia líquida, eletrocromatografia capilar e

eletroforese capilar, extração em fase sólida, microextração em fase sólida, e como

adsorventes seletivos em sensores químicos (5).

Polímeros de impressão molecular (do inglês molecularly imprinted polymers–

MIP) são polímeros com capacidade de reconhecimento molecular, uma vez


7994

dotados de sítios específicos estereoquimicamente moldados a partir da molécula ou

analito de interesse(6).

Várias técnicas de preparo de amostras a níveis traços são discutidas

atualmente. Dentre elas a SPE, do inglês SolidPhaseExtraction, uma técnica que

visa remover os efeitos de matriz, isolar e concentrar os analitos viabilizando a

análise e quantificação dos mesmos ainda que em quantidades traços. Trata-se de

uma técnica líquido-sólido e, além de ser empregada em extração de analitos

semivoláteis e não voláteis de amostras líquidas, é também útil para amostras

sólidas pré-extraídas com solventes(7).

A extração em fase sólida utilizando polímero de impressão molecular (MISPE,

do inglês molecularly imprinted polymer solid-phaseextraction) é, portanto, uma

alternativa interessante para análise quantitativa precisa de analitos alvo em

matrizes complexas tais como cursos d'água em concentrações traços. Nesta

técnica, os polímeros molecularmente impressos com sítios específicos de interação

são empregados como fases estacionárias, conferindo maior eficiência e precisão ao

processo SPE (8).

O presente trabalho teve como objetivo avaliar a atividade do herbicida

metribuzin em solo, foram sintetizados MIPs a paratir da moelcula de metribuzin

para uma analise de absorção dos MIPs e em amostras reais de solo.

2. MATERIAIS E METODOS

2.1. Polimeros de impressão Molecular (MIP) e polimeros de não impressão

molecular (NIP)

A primeira etapa da síntese dos polímeros de impressão molecular consiste em

dissolver o template (analito de interesse) em um solvente porogênico. Em seguida

adicionar o monômero contendo grupos funcionais complementares àqueles da

molécula molde, o que permiti formar em solução o complexo “monômero-molécula”,

por meio de interações não covalentes, entre os respectivos grupos funcionais

complementares. Posteriormente é adicionado ao meio reacional o reagente de

ligação cruzada e o iniciador radicalar de polimerização, o que Dara inicio a reação

de polimerização (9-10).


7995

O MIP e NIP foram sintetizados a partir da técnica de polimerização em bulk

(solução). Para a realização desta síntese empregou-se um tubo de ensaio de 10

mL de capacidade, no qual foram adicionados o solvente porogênico (Tolueno), o

analito (Metribuzin) e o monômero funcional (2 vinil Piridina). A solução foi então

homogeneizada por 10 minutos para permitir a interação entre o Monômero e o

analito. Imediatamente adicionou-se o agente de ligação cruzada (EGDMA) e o

iniciador radical (AIBN). Antes do aquecimento do tubo foi purgada com nitrogênio

por 5 minutos, terminada a etapa, o frasco reacional foi selado e colocado em um

banho termostatizado a 60°C. A temperatura favoreceu a reação que se processou

por um período de 24 h. (11)

Após a completa polimerização, os tubos de ensaio foram quebrados e os

polímeros triturados mecanicamente empregando um almofariz e pistilo. Fez-se uma

seleção do tamanho das partículas empregando-se uma peneira de 100 mm de

malha. A remoção do analito bem como dos reagentes remanescentes da síntese

foram feitas através de extrator soxhlet com solução de metanol/ácido acético 9:1

(v/v) por intervalo de 48 horas. Por fim, os polímeros foram secos a 60 °C e

estocados a temperatura ambiente. (11)

Outro polímero a base de monômero funcional foi também sintetizado para ser

empregado como controle, o NIP (non-imprinted polymer) foi sintetizado pelo mesmo

procedimento anterior mais sem adição do analito.

2.1.1. Caracterização Dos Polímeros De Impressão Molecular MIP E NIP Por

Espectroscopia No Infravermelho.

A caracterização do MIP e NIP por espectroscopia no infravermelho, foi

realizada no FTIR Cary 630 da Agilent com o acessório ATR de diamante, em um

procedimento rápido e fácil de medição para estes componentes pode-se obter o

espectro das amostras.

2.1.2. Caracterização Morfológica Dos MIPs Através Da Técnica DE Microscopia

Eletrônica De Varredura (MEV).


7996

O equipamento MEV da HITACHE modelo TM 3030 que trabalha em 5 kV, 15

kV e modo EDS, simplificando a configuração de uso, com uma ampliação de suave

de 15x até 30.000x foi utilizado para a caraterização do MIP e NIP. As amostras

foram preparadas em um envolto de filme fino de grafita e colocados no porta

amostra do microscópio eletrônico para realização da varredura e determinação das

medidas. Este equipamento também consiste em um aparelho de EDS acoplado e

foi possível determinado os elementos químicos presentes nas amostras em uma

determinada profundidade.

2.2. Caracterização Dos Polímeros Por Experimentos De Afinidade

Para avaliar a capacidade de adsorção do MIP obtido, foram realizados

experimentos estáticos de adsorção. Para isto, 5,0 mg de polímero foram

adicionados em frascos pequenos, contendo 5,0 mL de soluções padrão de

Metribuzin em concentrações entre 2 a 8 mg L-1. Após terem sido agitadas durante 5

h à temperatura ambiente, as amostras foram centrifugadas e decantadas para a

recuperação do MIP.

Após a decantação as amostras foram levadas ao espectrofotômetro de

modeloKasuaki UV/VIS de feixe duplo com varredura modelo IL-0082-BI por onde foi

possivel obter os valores de absorvancia de cada concentração.

2.3. Estração em fase Solida (SPE)

Na Figura 1 apresentada a seguir são mostradas as etapas em que a SPE

acontece. De inicio as forças do solvente de eluição com o solvente da amostra

precisam ser reguladas. Isto é feito condicionando o sorvente (MIP) com solvente

adequado; em seguida, a amostra é introduzida e, ao percorrer a coluna, o analito e

alguns interferentes são retidos; a coluna é, então, limpa para a retirada dos

interferentes (processo conhecido como clean-up) e, finalmente, a eluição do analito

de interesse é feita.(8)


7997

Figura 1 - Etapas da SPE para concentração e/ou isolamento do analito alvo.

Fonte: (3)

3. RESULTADOS E DISCURSÃO

3.1. Caraterização do polimero MIP para metribuzim atraves do espectro de

infravermelho

O espectro de infravermelho do agente de ligação cruzada EDGMA (Figura 2)

apresenta banda característica na região de 1700 cm-1 que correspondente ao

estiramento de C=O do grupo éster; e a 1700 cm-1 da banda correspondente à

deformação axial de C-O do éster; na região entre 1670 – 1640 cm-1, podem ser

vistas bandas de estiramento de grupos vinil C=C presentes em EDGMA

Figura 2 - Espectros de FTIR do EDGMA.

4000 3000 2000 1000 00

20

40

60

80

100

EDGMATra

nsm

itância

(%

)

Numero de onda (cm-1)

1700C=O

1640

C=C


7998

Fonte: Autor

Na figura 3 esta apresentado o espectro de infravermelho do polimero de

impresão molecular do MIP para o metribuzin com 2 vinilpiridina

4000 3000 2000 1000 0

60

80

100

1500

2940

1731

Tra

nsm

itância

(%

)

Número de onda (cm-1)

NIP-2-VP

Figura 3 - Infravermelho do MIP

Fonte: Autor

As bandas características do MIP podem que podem ser visualizadas no

polímero MIP são das do EDGMA, e 2-VP na região de 1700 cm-1, correspondente

ao estiramento de C=O do grupo éster e de 1550 cm-1 da deformação axial do éster.

Pode-se observar também a ausência do sinal em 1670-1640 cm-1 proveniente do

estiramento de grupos vinila do monômero, que desaparecem no polímero MIP

devido à quebra das ligações C=C no processo de polimerização, dando origem a

ligações simples. Isso pode ser visto na banda em 2940 cm-1 correspondentes aos

grupos CH2 E CH3.

3.2. Caracterização Do Mip E Nip Através Da Técnica De Microscopia Eletrônica De

Varredura (Mev)

Na Figura 4, mostram-se as microscopias eletrônicas de varredura do MIP e NIP

sintetizados neste trabalho


7999

Figura 4 - Microscopia eletrônica de varredura MEV do MIP e NIP sintetizados neste trabalho.

Fonte: Autor

Na figura 4 observa-se a diferença na porosidade dos materiais sintetizados.

O MIP apresentou ser mais granulado e poroso do que o polímero de controle, NIP,

mostrando diferença na área superficial e entre os polímeros. Embora uma

comparação visual não seja adequada para apresentar conclusões sobre as

diferenças entre os polímeros, pode-se observar que o MIP, aparentemente,

apresentou uma porosidade maior

3.3 Caracterização Do Polímero Sintetizado Com 2-Vp Através Da Análise De

Isotermas De Adsorção

3.3.1 Curva da Concentração

Na tabela 1 abaixo e na figura 5 estão apresentados os valores e a equação da reta

da curva de calibração para o Mestribuzim

Tabela 1 - valores para a curva de calibração

Concentração ppm

de Metribuzin

Absorvancia

1 0,133

4 0,324


8000

6 0,429

10 0,742

15 1,087

Figura 5 - Curva de calibração do Metribuzin

Fonte: Autor

O comportamento da adsorção do MIP para Metribuzin foi explorado à

temperatura ambiente durante 12 h. Como pode ser mostrado na Figura 5, a

quantidade de adsorção (Q, mg/g) foi calculado com base na diferença de

concentração do metribuzin antes e após o adsorção em um volume constante de

metanol e um peso constante do MIP , de acordo com a equação 1:

(1)

Onde Co é a concentração inicial do Metribuzin ,C é a concentração do metribuzin

após a adsorção, V é o volume da solução do Metribuzin (mL) e M é a massa de

MIP(g).

Pode-se observar pelo gráfico da Figura 6, que a quantidade de adsorção

de pesticida aumentou com o aumento da concentração do Metribuzin, chegando a

um valor de saturação em uma concentração de 10 ppm, o que representa a

saturação de cavidades de ligação ativos no MIP


8001

Figura 6- Perfil da adsorção Do Metribuzin apresentado pelo MIP

Fonte: Autor

Pode-se observar pelo gráfico da Figura 7, que a quantidade de adsorção de pesticida

aumentou com o aumento com o tempo, chegando a um valor de saturação em um Tempo

de 12 horas , o que representa a saturação de cavidades de ligação ativos no MIP

Figura 7- Perfil da adsorção Do Metribuzin apresentado pelo MIP no tempo

Fonte: Autor


8002

Na figura 8 esta apresentado o comportamento do Mip atraves da isoterma de

Freundlich para o Metribuzin no MIP

Figura 8 - Isotermas de Freundlich para estimar as características de ligação do Metribuzin para o MIP

Fonte: Autor

Pode-se observar na Figura 8 que os ajustes de Freundlich não

apresentam uma simples linha reta, o que sugere que os locais de ligação do

polímero são heterogêneos com respeito à afinidade para o Metribuzin.

Atraves da equação da reta é calculado o Valor de n e da constante da isoterma

Assim, o fator de impressão obtido para o analito sempre deve ser superior a 1 e,

obviamente, maior que aqueles obtidos para os concomitantes. Neste caso o fator

de impressão (I) obtido para o MIP para o metribuzin foi de 2,81 Indicando o bom

desempenho do MIP.

Polímero Local de ligação Ajuste Freundlich R

Alta afinidade Log Q= 0,355logC + 0,676

0,601


8003

3.3.2 Aplicação Do Mip Através Da Extração Em Fase Solida

As amostras de água foram coletadas na região de uma plantação de milho de um

sitio localizado na região de Marabá do estado do Pará. Após a coleta das amostras,

estas foram enriquecidas com Metribuzin na concentração de ate 8 ppm e, em

seguida, analisadas pelo MIP proposto. Para tal, foi usado o método

espectrofotométrico através da curva de calibração e calculado o valor da

recuperação do analito.

Após a obtenção da curva de calibração e da equação da reta para o

Metribuzin foi obtida uma concentração de 6,8 ppm, que equivale a uma

concentração na amostra enriquecida de 8ppm equivalendo a uma recuperação de

85,8%, mostrando o excelente desempenho do MIP.

4 CONCLUSÃO

O Polimero de impressão molecular MIP para o Metribuzin apresentado em este

trabalho pode ser usado para a determinação do pesticida Metribuzin, mostrando

ser sensível para a determinação deste pesticida, o que pode ser observado quando

foi aplicado em agua dando uma recuperação de 85,8 %.


8004

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