Determinação de Hidrocarbonetos Policíclicos Aromáticos –

Hidrocarbonetos policíclicos aromáticos (HPA’s) compreendem uma classe de compostos tóxicos, formados por dois ou mais anéis aromáticos fundidos, considerados como poluentes de alta periculosidade. A presença desses compostos no solo, água ou ar pode estar relacionada com uma série de fontes naturais e antropogênicas. Geralmente esses compostos são formados pela combustão incompleta de matéria orgânica, ou pela contaminação direta de áreas próximas a indústrias químicas e refinarias de petróleo, as quais contenham HPA’s em seus rejeitos químicos.51-59

No Brasil, a contaminação advinda da indústria petroquímica é tão grande quanto a advinda de fontes pirolíticas (queima de combustíveis fósseis, lixo, carvão, etc) devido à intensa extração de óleo cru e à produção de gasolina e diesel nas refinarias. Além

dessas fontes, há o registro de vazamentos desses compostos na natureza, o que resulta em emissões consideráveis de HPA’s nos ambientes aquáticos. Uma avaliação recente identificou as principais fontes de emissão desses compostos no Brasil, e mostrou que a massa total de HPA’s emitida é maior que 7300 t/ano.60

A análise química de HPA’s é de grande importância ambiental, uma vez que vários desses compostos ocasionam uma série de efeitos tóxicos para os seres humanos, causando desordens fisiológicas, genéticas e cancerígenas.51,56 A Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos (Environmental Protection Agency – EPA) listou 16 HPA’s (Figura 9) como poluentes prioritários, e estes são: naftaleno, acenaftileno, acenafteno, fluoreno, fenantreno, antraceno, fluoranteno, pireno, criseno, benzo[a]antraceno, benzo[b]fluoranteno, benzo[k]fluoranteno, benzo[a]pireno, indeno(1,2,3-cd)pireno, benzo(g,h,i)perileno e dibenzo(a,h)antraceno. Dentre estes, o benzo[a]pireno (B[a]P) é um dos HPA’s mais carcinogênicos da lista reportada pela EPA, e o estudo restrito de sua concentração é geralmente usado como medida de risco.61-65

Estudos toxicológicos recentes atribuem uma significante porção da atividade biológica dos HPA’s em amostras contaminadas pela presença de moléculas de alta massa molecular, i.e., maior ≥ 300 g mol-1_{. O primeiro grupo desses HPA’s de alta massa}

molecular foi identificado em amostras de combustão com alto conteúdo de HPA’s, como negro de fumo67,68, carvão69,70, material particulado no ar57,71, sedimentos52 e solo52.

Embora haja uma série de estudos relacionados com a identificação e quantificação de compostos HPA’s, apenas um limitado número de estudos tem sido reportados com relação à quantificação individual dos 16 HPA’s listados pela EPA e dos isômeros de alta massa molecular72. A maioria dos estudos reportados tem sido capaz de fazer apenas uma tentativa na identificação de isômeros individuais, ou tem reportado concentrações em termos da fração total composta de vários isômeros. Como as propriedades carcinogênicas dos HPA’s (tanto os 16 listados pela EPA quanto os de alta massa molecular) são diferentes, é de suma importância a determinação dos isômeros mais tóxicos, mesmo se estes estiverem presentes em baixas concentrações. A partir dessa identificação precisa, torna-se possível o planejamento de estratégias capazes de remover, ou até mesmo degradar esses compostos tóxicos em áreas contaminadas.

A necessidade da identificação precisa desses isômeros é verificada por descobertas recentes que mostram que alguns HPA’s de alta massa molecular podem exibir propriedades carcinogênicas muito severas. Um exemplo crucial é o composto dibenzo[a,l]pireno (DB[a,l]P). Este composto é o agente carcinogênico mais potente identificado até o momento73-75. Seu potencial carcinogênico é aproximadamente 100 vezes maior do que o B[a]P. Existe uma série de outros isômeros do dibenzopireno – incluindo dibenzo[a,e]pireno (DB[a,e]P), dibenzo[a,h]pireno (DB[a,h]P), dibenzo[a,i]pireno (DB[a,i]P), dibenzo[e,l]pireno (DB[e,l]P) e nafto[2,3-a]pireno (N[2,3-a]P) – os quais são também carcinogênicos, mas não com a mesma intensidade do DB[a,l]P. Dessa forma, a

identificação precisa deste composto em amostras do meio ambiente se torna de alta relevância, mesmo se a concentração dos outros isômeros estiverem presentes em concentrações de 10 a 100 vezes maior. Embora ele seja encontrado em baixíssimos níveis de detecção, seu grande potencial de bioacumulação nos seres vivos demonstra a extrema importância de sua análise. Apesar do DB[a,l]P ser o HPA de maior potencial carcinogênico conhecido para o homem, existem apenas dados limitados sobre sua formação, identificação e presença no meio ambiente.

Infelizmente, as metodologias atuais de análise não podem contornar o desafio de analisar especificamente os HPA’s e seus isômeros estruturais a baixos níveis de concentração em amostras reais. A abordagem clássica segue a seqüência de coleta da amostra, extração do HPA e análise por cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC). A absorção na região do UV e detecção por fluorescência em temperatura ambiente são amplamente usadas em HPLC, mas a especificidade destes detectores é modesta. Considerando-se que a identificação dos HPA’s é somente baseada em tempos de retenção, a identificação precisa requer uma completa resolução cromatográfica dos componentes da amostra.

Quando a técnica de HPLC é aplicada a amostras desconhecidas, a EPA recomenda que uma técnica analítica de suporte – como cromatografia gasosa acoplada a um espectrômetro de massa (CG-EM) – seja aplicada para verificar a identificação do composto, e para checar a pureza das frações do HPLC.75 Os principais problemas que confrontam os métodos cromatográficos se relacionam com os relativos baixos níveis de concentração e o grande número de isômeros de HPA’s que apresentam tempos de retenção similares, e possivelmente com padrões de fragmentação idênticos.

sólida é uma técnica que envolve a passagem de uma amostra líquida em um material adsorvente. Tanto o analito quanto os demais interferentes contidos na amostra ficam retidos nesse material através de diferentes mecanismos. Após a pré-concentração do analito, o mesmo é eluído em uma pequena quantidade de solvente, o qual contém o analito concentrado. No caso de interferentes, a extração em fase sólida é usada para “limpar” a amostra.76

Vários materiais tem sido usados com êxito para a extração em fase sólida de HPA’s, como partículas de octadecil-silica76-78_{, polímeros}79,80_{, fibras de grafite}81_,

nanotubos de carbono82 e nanopartículas de ouro83, etc. Usualmente, após a extração em fase sólida são empregadas técnicas cromatográficas. Entretanto, um outro método singular tem sido usado com muita precisão para a identificação desses HPA’s: a espectroscopia Shpol’skii. A simplicidade do procedimento experimental, o curto tempo de análise, a seletividade e os excelentes resultados analíticos alcançados demonstram as numerosas vantagens do uso dessa técnica.77

O termo matriz Shpol’skii se refere a uma solução diluída de uma molécula hóspede (no caso, o HPA) em um solvente hospedeiro (usualmente um n-alcano) onde o solvente é congelado a 77 K ou a temperaturas abaixo desse valor em uma matriz ordenada policristalina. Se as dimensões do analito e do solvente forem compatíveis em termos de tamanho, o HPA irá ocupar um pequeno número de sítios cristalográficos (idealmente apenas um) na matriz hospedeira. Esse isolamento na matriz das moléculas hóspedes reduz o alargamento de banda não-homogênea, a qual resulta em espectros de excitação e emissão resolvidos (fluorescência e fosforescência) com larguras de linhas bem estreitas.77, 84