Caracterização dos MIPs

A caracterização física, química e funcional dos polímeros impressos geralmente envolve uma variedade de técnicas analíticas. Dentre as técnicas mais utilizadas estão a microscopia eletrônica de varredura (SEM, do inglês scanning eletronic

Rafael da Silva Fernandes Tese de Doutorado – IQ/UNICAMP

adsorção-dessorção de nitrogênio, análise termogravimétrica, espectroscopia de ressonância magnética nuclear (NMR, do inglês nuclear magnetic resonance), espectroscopia no infravermelho médio por refletância total atenuada (MIR-ATR, do

inglês mid-infrared attenuated total reflectance), espectroscopia ultravioleta-visível

(UV-Vis), espectroscopia de raios X por dispersão em energia (EDX, do inglês energy-

dispersive X-ray spectroscopy), dentre outras (Cormack e Elorza, 2004). Os métodos

de caracterização podem ser divididos em três partes complementares: caracterização química, morfológica e de sítios de ligação.

1.2.4.1. Caracterização Química

A etapa de pré-polimerização, onde um complexo é formado entre a molécula molde e o monômero, é determinante para o desempenho analítico do MIP. A NMR de hidrogênio foi introduzida nos processos de caracterização dos polímeros impressos para investigar a extensão da interação envolvendo monômero e molécula molde na solução de pré-polimerização. Assim, a avaliação do deslocamento de um sinal de próton, proveniente da ligação de hidrogênio, pode ser utilizado como critério de seleção do monômero funcional e a da molécula molde.

A espectroscopia MIR-ATR tem sido rotineiramente empregada como técnica de caracterização dos polímeros impressos, seja ele tradicional ou com estrutura caroço- casca. Essa técnica permite identificar uma modificação na superfície das partículas, bem como no produto final da polimerização. Além disso, também é possível monitorar o processo de lavagem do polímero, certificando a remoção por completo da molécula molde. A vantagem do MIR-ATR é ser uma técnica rápida e não destrutiva, o que pode ser extremamente útil, uma vez que algumas sínteses possuem baixo rendimento e a quantidade de material produzida é pequena.

A EDX é uma técnica espectroscópica quantitativa que permite determinar a composição elementar da superfície e da estrutura interna do polímero. A EDX usa raios-X para expulsar elétrons dos orbitais internos que podem ser usados para detectar a composição química de superfícies químicas dentro de uma profundidade de 5 – 100 nm, dependendo da potencia utilizada, dependendo da aceleração e da densidade utiliza. A EDX acoplada em microscópios eletrônicos é ainda mais eficiente,

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uma vez que possui um poder maior de resolução, tornando o mapeamento sobre a camada polimérica e seu núcleo, se existir, mais eficiente, obtendo resultados mais confiáveis.

1.2.4.2. Caracterização Morfológica

A morfologia de um polímero é um aspecto importante que influencia a estabilidade, a capacidade de adsorção e a seletividade. O estudo da morfologia traz informações relacionadas a porosidade, como tamanho e volume dos poros, área superficial e, em sistema caroço-casca, o tamanho e forma do caroço e a espessura da casca polimérica. Os parâmetros relacionados a porosidade geralmente são determinados pela isoterma adsorção-dessorção de nitrogênio, sendo a área superficial e o volume de poros determinados usando o modelo BET (Brunauer, Emmett e Teller) e BJH (Barret, Joyner e Halenda), respectivamente. A microscopia eletrônica permite obter mais detalhes da superfície do polímero, determinar o tamanho das partículas e sua dispersão morfológica. Além disso, através das micrografias é possível estimar se o material produzido possui boa estabilidade mecânica, uma vez que, pode ter ocorrido o colapso de algumas partículas durante o processo de lavagem e peneiramento.

1.2.4.3. Caracterização dos Sítios de Ligação

A quantificação da intensidade e da capacidade de adsorção, bem como a especificidade da matriz polimérica é essencial para uma compreensão do desempenho analítico do MIP. Esses parâmetros são normalmente alcançados pela obtenção de dados de adsorção, usando absorção no UV-VIS de soluções padrão da molécula molde, para um polímero em um intervalo de concentração especificado, onde as concentrações de analito (molécula molde) ligado e livre são medidas. Um dos principais pressupostos para a análise de dados de ligação é que os dados são coletados após o equilíbrio entre a molécula molde e o polímero. Ao caracterizar as propriedades de ligação, existem três propriedades pertinentes: afinidade, seletividade e cinética. A afinidade e a cinética indicam a estabilidade e intensidade das ligações, e se o processo pode ou não ocorrer em um determinado tempo. A especificidade discrimina qualidade dos sítios de ligação, ou seja, se monômero e

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molécula molde interagem de forma adequada para produzir seletividade (Yan et al., 2013). Normalmente, esses estudos são realizados utilizando o método de incubação ou o método da extração em fase sólida (SPE, do inglês Solid Phase Extraction).

1.2.4.3.1. Método de Incubação

O método de incubação consiste na dispersão do polímero em uma solução (em um tubo de centrifuga, por exemplo), orgânica ou aquosa, contendo a molécula molde ou similar, sob agitação moderada durante um determinado período de tempo. O tempo de incubação para a maioria dos ensaios é o tempo necessário para que 90% da quantidade de molécula molde em solução se ligue ao polímero. Uma vez que o equilíbrio é alcançado, o polímero é separado por filtração ou centrifugação, e o sobrenadante é cuidadosamente removido para determinar a quantidade de molécula molde livre e, consequentemente, a quantidade adsorvida ao polímero (Fernandes et

al., 2017). Para tal determinação, é necessário a construção de uma curva de

calibração da concentração de molécula molde versus absorção no UV-VIS, utilizando o mesmo solvente da etapa de incubação.

1.2.4.3.2. Método MISPE

No método MISPE, os analitos contidos numa matriz aquosa são extraídos, juntamente com os compostos interferentes, após passarem por um cartucho ou uma coluna contendo entre 100 e 1000 mg de sorvente, que pode ser um polímero impresso, com tamanho de partícula variando de 20 a 60 µm, fixado no tubo por meio de dois filtros de tamanho de poros de 20 µm (Fernandes et al., 2017). As etapas envolvidas na SPE são: o condicionamento, necessário para ativar a fase extratora, a extração, onde analitos semi-voláteis e não voláteis são extraídos de amostras líquidas, a limpeza (clean-up), para retirar os interferentes menos retidos que o analito, e a eluição, que recupera o analito de interesse (Ötles e Kartal, 2016). Apesar da SPE apresentar vantagens com relação aos métodos mais clássicos, tais como praticidade e maior sensibilidade, esta técnica tem algumas limitações. Uma delas refere-se à etapa de eluição do analito retido no cartucho de SPE que necessitam geralmente do uso de solventes tóxicos. Além disso, apresenta altos custos dos cartuchos e dos dispositivos comerciais multivias (manifolds). O método SPE quando utiliza como

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sorvente um polímero impresso recebe a denominação de MISPE (do inglês,

Molecularly Imprinted Solid Phase Extraction).