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
junioremt13@gmail.com
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,
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
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).
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).
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)
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 0 0 20 40 60 80 100 EDGMA Transmi tânci a (%) Numero de onda (cm-1) 1700 C=O 1640 C=C
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 Transmi tânci a (%) 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
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
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
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
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
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 %.
REFERÊNCIA
(1) LA FARRÉ, M., PÉREZ, S., KANTIANI, L., BARCELÓ, D. (2008), Fate and
toxicity of emerging pollutants and transformation products in the aquatic environment, Trens in Anal. Chem., 27: 991-1007.
(2)BAILEY, C.W. & WHITE, J L. Factors influencing the asorption and movement of pesticides in soil. In: Residue review the triazine herbicides. V. 32 New York. Springer Verlag 1970. P. 29-92.
(3) BROWN, C. D.; VAN BEINUM, W. Pesticide transport via sub-surface drains in Europe. Environmental Pollution, Barking, v. 157, n. 12, p. 3314-3324, Dec. 2009.
(4) ANDERSSON, L.; SELLERGREN, B.; MOSBACH, K. Imprintingof amino acidderivatives in macroporouspolymers. TetrahedronLett., v.25, n.45, p.5211-5214,1984.
(5) MAGALHÃES, C.S., GARCIA, J.S.; LOPES, A.S.; FIGUEIREDO, E.C.;
ARRUDA, M.A.Z. Strategies for
samplepreparationfocusingonbiomoleculesdetermination/caracterization In:
ARRUDA, M.A.Z. (Eds.). Trends in samplepreparation.New York: Nova Science Publishers, 2007. cap.9, p.245-288.
(6) CORREIA, J. IAREN, Referência Européia na Análise de Poluentes
Emergentes. U. Porto Alumni. 2008.
(7) NOVÁKOVÁ, L.; VLOCKOVÁ, H. Anal. Chim. Acta, 658, 8 (2009);
(8) LUIZA, A.N. Extração em fase sólida utilizando polímeros de impressão
molecular para determinação de estrógenos em cursos d’água. 2015, 3p. Tese
(Trabalho de Conclusão de Curso em Química) – Centro de Ciências Naturais e Humanas, Universidade Federal do ABC, São Paulo.
(9) SPIVAK, D. A.; CAMPBELL, J.
Systematicstudyofstericandspatialcontributionsto molecular recognitionby
non-covalent imprinted polymers. Analyst, v. 126, n. 6, p. 793-797, 2001.
(10) SELLERGREN, B. Molecular imprintingbynoncovalentinteractions.
Enantioselectivityandbindingcapacityofpolymerspreparedunderconditionsfavoringthef ormationof template complexes. MakromolekulareChemie, v. 190, n. 11, p. 2703-2711, 1989.
(11) TORO, Maricely Janette Uria. Desenvolvimento de biossensor baseado em extrato de açaí e sensor biomimético para detecção de hexazinona. 2014. 127 f. Tese (doutorado) - Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho, Instituto de Química de Araraquara, 2014.
