Extração em Fase Sólida

Para a escolha do cartucho a ser utilizado para concentração do analito de interesse, foram realizados testes utilizando o cartucho Oasis® HLB da Waters e o cartucho C18 da Varian, em diferentes valores de pH (3 e 5) e concentrações de LOM (500, 250, 100, 50 e 25 μg L-1

). O pH da solução de lomefloxacina em água ultrapura é em torno de 5,6. Para acidificar a amostra (pH 3), utilizou-se uma solução de ácido sulfúrico 10% v/v.

O melhor resultado de recuperação do analito em estudo foi obtido com o cartucho Oasis® HLB da Waters em pH 3, sendo a faixa de recuperação de 90 a 118% (Figura 17).

Utilizando-se o cartucho da Varian a máxima recuperação foi de 55%.

Figura 17. Porcentagem de recuperação nos cartuchos Varian e Oasis em pH 3 e 5,6.

0 20 40 60 80 100 120 500 250 100 50 25 % de Rec up er a çã o Concentração (μg L-1₎ Oasis pH=3 Oasis pH=5,6 Varian pH=3 Varian pH=5,6

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A lomefloxacina apresenta funções ácida e básica na mesma molécula, possuindo dois valores de pKa: 5,6 e 8,7. O primeiro pKa1 refere-se ao próton do grupo carboxílico (posição 3) e o segundo pKa2 ao nitrogênio do grupo do anel piperazínico (posição 7). Portanto, a molécula se comporta da seguinte forma: catiônica em pH < pka1, aniônica em pH > pKa2, e em pKa1 > pH > pKa2, a molécula apresenta cargas positiva e negativa, podendo até resultar num caráter neutro no valor de pH igual a 7,2, ou seja, o mesmo número de cargas opostas (WAMMER et al. 2013).

Esse fato explica a melhor adsorção do fármaco em pH 3, por apresentar-se na forma ionizada e interagir mais facilmente com os grupos silanóis presentes no material do cartucho. O caráter hidrófilo-lipófilo do cartucho Oasis HLB também permite uma melhor adsorção do analito em questão, já que o fármaco é um composto polar (SEIFRTOVÁ et al. 2009; NAGESWARA RAO et al. 2008).

5.2. Degradação por fotólise, peroxidação e por peroxidação assistida por radiação

ultravioleta (UV/H2O2)

Soluções de lomefloxacina em concentrações de 500 μg L-1 foram submetidas à degradação por fotólise (UV - máx = 254 nm) e POA (UV/H2O2) no reator foto-químico com recirculação em no mínimo, duas réplicas. O pH inicial manteve igual em todos os ensaios, sendo de 5,6, referente à LOM.

Os tempos de ensaio avaliados foram de 0, 5, 10, 15, 30 e 60 minutos, sendo diferentes dos tempos de irradiação devido à recirculação da solução no reator foto-químico (descrito no item 4.4.1.1.). As concentrações utilizadas foram de 0,067; 0,335; 0,67; 1,675 e 6,77 mmol L-1 de peróxido de hidrogênio (proporções de 1:1, 1:5, 1:10, 1:25 e 1:100, respectivamente), baseado em pesquisa já realizada no grupo (da SILVA et al. 2011).

Na Figura 18, pode-se observar a curva de degradação (C/C0) pelo tempo total de ensaio (minutos), onde C é a concentração da lomefloxacina durante o ensaio e C0 é a concentração inicial (500 µg L-1).

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Figura 18. Degradação de 500 µg L-1 de lomefloxacina por fotólise, peroxidação (CH2O2 = 0,335; 1,675 e 6,77 mmol L-1) e UV/H2O2 em diferentes concentrações de H2O2.

Para a degradação por peroxidação pode-se concluir que esse oxidante não é eficiente para degradar o antimicrobiano, uma vez que a redução máxima da concentração de LOM foi menos de 15%, em todas as condições analisadas (Figura 18). Análises de residual de peróxido foram realizadas para todos os processos avaliados. Verificou-se o baixo consumo deste oxidante quando em contato com uma solução aquosa com 500 μg L-1 de LOM, sendo encontrado 80% de residual de H2O2 (Figura 19) em todas as condições avaliadas.

Figura 19. Monitoramento do consumo de H2O2 durante o processo de peroxidação.

0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 0 20 40 60 Resid ua l H 2 O2 ( m m o l L -1) Tempo (minutos) Series1 Series2 Series3

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Para a fotólise, em 10 min de ensaio e, aproximadamente, 2 min de irradiação UV (dose de 878 mJ cm-2), observou-se degradação de 54,5% da LOM (500 μg L-1) e; em 60 min de ensaio, ou seja, 11,4 min de tempo de irradiação (dose de 5267 mJ cm-2), observou-se degradação de 95%. A temperatura durante o processo de fotólise manteve-se constante (24 ± 2 °C). O pH diminuiu, de 5,6 (inicial) para 4,6 após 60 minutos, indicando a degradação do antimicrobiano e a formação de ácidos orgânicos, liberando íons H+ na solução.

Para o POA-UV/H2O2 com concentração de 0,067 mmol L-1 de H2O2, não se observou melhora na degradação (57%) quando comparada à degradação somente por radiação UV (58%), em 10 min de ensaio, correspondente a 2 min de tempo de irradiação UV (dose de 878 mJ cm-2).

Aumentando a concentração de peróxido de hidrogênio para 0,335 mmol L-1, observou-se que a velocidade de degradação para o processo UV/H2O2 foi maior em relação à fotólise, sendo degradado 75% de LOM em 10 min de ensaio. Provavelmente devido a formação dos radicais hidroxila e de seu ataque não seletivo na molécula de LOM. Dessa forma, observou-se melhor eficiência do processo quando comparado ao processo fotolítico, pois utilizando uma dosagem de 0,335 mmol L-1 de H2O2, degradou-se 75% da LOM em 10 min, o que no processo fotolítico seria de 58%. Para degradar 75% da LOM no processo fotolítico seria necessário um maior tempo de irradiação (15 min), gastando 439 mJ cm-2 a mais de energia. Contudo, considerando estes resultados obtidos em 10 min de ensaio, seria vantajoso adicionar peróxido de hidrogênio para degradar a LOM.

Também foram realizados testes aumentando-se a concentração de peróxido em 0,67; 1,675 e 6,77 mmol L-1 para verificar o comportamento da degradação da lomefloxacina, sendo degradado 61%, 55% e 67%, respectivamente, em 10 min de ensaio.

Porém, comparando os resultados de degradação do POA-UV/H2O2, em 60 min de ensaio, observou-se que estes foram semelhantes, sendo a degradação média de 96% (Figura 19), mesmo variando as concentrações de H2O2.

Portanto, em 60 min de ensaio (11,4 min de irradiação e dose de 5267 mJ cm-2), a fotólise e o processo UV/H2O2 tiveram uma eficiência similar quanto à degradação da LOM, sendo de 96%.

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A avaliação de residual de peróxido também foi feita para todas as condições de UV/H2O2 estudadas (Figura 20), para verificar o consumo deste oxidante durante o processo de degradação e determinar a cinética de reação envolvida em cada caso.

Figura 20. Monitoramento do consumo de H2O2 durante o processo UV/H2O2.

A determinação da concentração residual de peróxido é um parâmetro importante de avaliação, pois o peróxido em excesso pode agir como um sequestrador de radicais hidroxila (HO•), aumentando a produção do radical HO2•, que possui menor potencial de oxidação, conforme Reação 11 (NOGUEIRA et al. 2005). Pode ocorrer também a regeneração do peróxido de hidrogênio pela reação entre dois radicais hidroxila (Reação 12), o qual não é eficiente para a degradação da LOM. H2O2 + • OH  HO2 • + H2O (Reação 11) • OH + •OH  H2O2 (Reação 12) Observou-se maior consumo de peróxido no POA-UV/H2O2 ao comparar-se com o processo de peroxidação (Figura 19 e 20). A porcentagem de consumo do oxidante na peroxidação foi menor que 19% para todas as concentrações avaliadas. Para o POA-UV/H2O2, observou-se o consumo de 96%, 55%, 68%, 55% e 45% para as concentrações de 0,067; 0,335; 0,67; 1,675 e 6,77 mmol L-1 de peróxido de hidrogênio, respectivamente.

No processo de peroxidação, não foi possível atribuir uma ordem de reação para a variação da concentração do oxidante. Somente na concentração de 6,77 mmol L-1 de H2O2

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(1:100) que o consumo de peróxido foi de primeira ordem com a constante de velocidade de reação k sendo de -0,0098 min-1.

Verificou-se também que a quantidade de peróxido aplicada nos processos de UV/H2O2 estava sempre em excesso, mesmo na concentração de 0,067 mmol L-1 (1:1), sendo, portanto, estas doses suficientes para obedecer a estequiometria da reação com o antimicrobiano LOM, conforme Equação 3. Porém, é importante ressaltar que concentrações de H2O2> 0,067 mmol L-1, houve um excesso de oxidante, sendo observado residuais > 45%, o que poderia estar relacionado a diminuição da eficiência do POA.

Para avaliar a cinética de reação da degradação da LOM por fótolise foram realizados cálculos levando-se em consideração a ordem de reação um (1) e dois (2), conforme Equações 10 e 11, respectivamente. ln[𝐴] = ln[𝐴]₀ − 𝑘𝑡 (Equação 10) 1 [𝐴]

=

+ 𝑘𝑡

Os coeficientes de linearidade para ordem 1 e 2, foram 0,999 e 0,978, respectivamente. Portanto, foi sugerido uma reação de pseudo-primeira ordem, visto que a dose de irradiação UV era muito elevada, considerando a concentração do fármaco na solução (500 μg L-1). Batchu et al. (2014) e Dodd et al. (2006) também consideraram a degradação por fotólise (UV - máx = 254 nm) da ciprofloxacina, uma fluoroquinolona de segunda geração, como sendo de pseudo primeira-ordem.

A constante de velocidade da reação de degradação do fármaco (k) obtida foi de 0,0803 min-1 para 60 min de ensaio, sendo este dado importante para projetos e construção de reatores em batelada em escala real, pois refere-se à cinética de degradação da lomefloxacina por fotólise.

Quanto a cinética do POA-UV/H2O2, a maior taxa de reação observada foi utilizando 0,335 mmol L-1 de peróxido de hidrogênio: 75% de LOM foi degradada em 10 min de ensaio. Foi observada taxa de reação de pseudo segunda ordem para todas as condições do POA-

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UV/H2O2 avaliadas, o mesmo comportamento observado para a degradação de outras FQ por UV/H2O2 (KEEN, LINDEN, 2013; HAMDI EL NAJJAR et al. 2013). As constantes de velocidade da reação de degradação do fármaco (k) em 10 e 60 min estão apresentadas na Tabela 18.

Tabela 18. Constantes de velocidade da reação de degradação da LOM (k) para os POA-UV/H2O2 avaliados.

Concentração H2O2 (mmol L-1) k (μg L-1 min-1) em 10 min k (μg L-1 min-1) em 60 min

3,35 10-1 0,0941 0,0014

6,7 10-1 0,0592 0,0008

1,675 0,0204 0,0009

6,7 0,0022 0,0011

Em 10 min de ensaio, observou-se maior diferença entre as velocidades de reação de degradação do fármaco, sendo o k obtido para a concentração de 0,335 mmol L-1 de H2O2, maior tanto em 10 quanto em 60 min, sugerindo a melhor eficiência deste processo nas condições avaliadas.