Manitol

O primeiro poliol a ser testado como sonda para a razão isotópica H/D de amostras aquosas foi o ma- nitol8_{. Quando submetido ao electrospray no modo de ânions, soluções contendo o manitol produzem}

na fase gasosa o íon manitolato, (fórmula elementar C6H8O6H∗5), correspondente ao manitol menos

um próton. Este íon possui cinco hidrogênios lábeis, cujos padrões isotópicos podem ser ajustados para inferir a razão H/D do meio. A tabela 4.2 contém os dados de soluções preparadas misturando quantidades medidas de água, água deuterada, acetonitrila e manitol sólido.

A figura 4.9 contém os espectros de varredura na região de m/z igual a 180 obtidos com as soluções de (A) a (E)9_{. Observa-se claramente o deslocamento do centróide do padrão isotopomérico para a direita}

à medida que a abundância do deutério no meio vai aumentando. Na solução (A), a razão isotópica H/D é a natural. Na solução (E), utilizou-se apenas água deuterada, e observa-se no seu espectro que os picos do manitolato estão deslocados 5 u no sentido das massas mais altas, correspondendo à substituição de seus 5 átomos de hidrogênio lábeis por deutério.

8_{As razões para esta escolha foram de ordem meramente prática: havia disponibilidade desta substância no laboratório}

na época e uma pós-graduanda do grupo já vinha obtendo espectros de ESMS dos complexos formados entre o borato e o manitol, de modo que o seu conhecimento a respeito desses sistemas pôde ser utilizado.

9_{As tensões utilizadas na fonte electrospray foram: −2, 5 kV no capilar, −300 V no contra eletrodo e −50 V no cone}

A tabela 4.3 contém os resultados da aplicação do método Z a espectros adquiridos no modo SIR dessas mesmas soluções, assim como os picos dos espectros que foram efetivamente utilizados nas regressões. Cada experimento gerou, na verdade, uma grande seqüência de espectros, e o método Z foi aplicado a cada um deles para que os resultados fossem consolidados no final do processo. Como este é o primeiro conjunto de experimentos a ser relatado, uma análise um pouco mais apro- fundada da consistência do método de consolidação dos resultados experimentais vai ser feita. As figuras 4.10 e 4.11 contêm as correntes iônicas totais e as abundâncias isotópicas ajustadas em função do tempo de aquisição para os experimentos com manitol. As correntes iônicas totais, que refletem a produção total de íons na fonte em função do tempo, apresentam um comportamento visivelmente não estacionário. Por outro lado, as séries temporais das abundâncias ajustadas a estes mesmos dados, aparentam ser estacionárias. A figura 4.12 apresenta gráficos dos coeficientes de auto-correlação das séries temporais da figura 4.11. Observa-se que não há correlações de tempos longos nessas séries, ou seja, as determinações consecutivas das razões isotópicas H/D são essencialmente independentes. Isto permite que se use o fator de N−1/2 _{na equação 4.7, dando a atenuação do desvio padrão da}

abundância mediana com o número de espectros. A figura 4.13 contém os histogramas das abun- dâncias isotópicas ajustadas nos diferentes experimentos da tabela 4.2, assim como as densidades de probabilidade das distribuições normais cujos parâmetros são as respectivas abundâncias medianas e os desvios padrões das abundâncias10_{. Pelo fato de as abundâncias isotópicas ajustadas terem sido}

liberadas para assumirem valores negativos, não se observam grandes desvios da normalidade nesses histogramas.

Para tentar verificar a validade da equação 4.7 para o desvio padrão amostral da abundância mediana, recorreu-se a uma outra metodologia de estimação de distribuições amostrais de estatísticas genéricas chamada de bootstrap11_{. A tabela 4.4 contém os desvios padrões das abundâncias medianas calcula-}

dos segundo a equação 4.7 e através de bootstrap de 10000 pontos da série temporal de abundâncias ajustadas. A figura 4.14 contém os histogramas das amostras geradas via bootstrap para cada expe- rimento superpostos às densidades de probabilidade das distribuições normais cujos parâmetros são

10_{Da série temporal, dado pela equação 4.5, não o da mediana, dado pela equação 4.7.}

11_{O método bootstrap, proposto por Efron [108], baseia-se na geração de conjuntos de dados sintéticos aleatórios a}

partir das N amostras originais sorteando-as N a N com reposição. Para cada conjunto sintético, calcula-se a estatís- tica de interesse e consolidam-se os resultados no fi nal, na esperança de que este processo reproduza a distribuição de probabilidade dos dados originais e permita inferir a distribuição amostral da estatística de interesse. Há aplicações em química ambiental deste método na estimação de distribuições amostrais de algumas estatísticas calculadas sobre dados de interesse ambiental [109, 110, 111].

Tabela 4.2: Soluções preparadas para o teste do manitol como sonda para a razão H/D de uma amostra aquosa

mH2O(g) mD2O(g) mMetCN (g) pHesperada rH/Desperada

(A) 0, 99232 — 0, 75617 0, 99985 _{6, 666 · 10}3

(B) 0, 74279 0, 28849 0, 77203 0, 74111 2, 863

(C) 0, 50044 0, 56150 0, 78635 0, 49796 _{9, 919 · 10}−1

(D) 0, 25406 0, 83296 0, 75950 0, 25380 _{3, 4001 · 10}−1

(E) — 1, 10185 0, 78880 0, 001 _{1, 001 · 10}−3

Tabela 4.3: Resultados fornecidos pelo método Z quando aplicado às soluções descritas na tabela 4.2

picos pHajustada rH/D δr (por mil)

(A) 181-3 0, 99891 ± 0, 00014 (9, 2 ± 1, 2) · 102 _{−862 ± 17}

(B) 181-4 _{0, 7038 ± 0, 0005 2, 376 ± 0, 006 −170 ± 2} (C) 182-6 _{0, 4653 ± 0, 0007 0, 870 ± 0, 003 −123 ± 3} (D) 183-6 _{0, 2471 ± 0, 0006 0, 3282 ± 0, 0011 −35 ± 3} (E) 185-7 _{0, 0380 ± 0, 0003 0, 0395 ± 0, 0003 +(3, 85 ± 3) · 10}4

as abundâncias medianas e os desvios padrões das abundâncias medianas (equação 4.7). Os desvios estimados através da equação 4.7 e os estimados via bootstrap são compatíveis, o que mostra que não há nada de fundamentalmente errado com a equação 4.7.

Examinando os resultados transcritos na tabela 4.3, saltam à vista duas características principais: (1) para a solução preparada utilizando apenas água deuterada, observa-se um grande desvio positivo da razão ajustada em relação ao seu valor esperado e (2) para as soluções de razões H/D intermediárias (B, C e D), observam-se desvios negativos sistemáticos. Observa-se ainda que o δr diminui em valor absoluto à medida que a proporção sintética de deutério vai aumentando. Para verificar se este efeito era observado apenas com o manitol, experimentos semelhantes foram realizados utilizando outros polióis como sondas e – para a nossa surpresa e, de certa forma, decepção – desvios semelhantes foram sistematicamente observados. Nas seções a seguir, estes estudos serão descritos e discutidos.