UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA
INSTITUTO DE QUÍMICA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM QUÍMICA
ESTRATÉGIAS ANALÍTICAS PARA DETERMINAÇÃO
DE ARSÊNIO E SELÊNIO EM AMOSTRAS DE
ALIMENTOS EMPREGANDO A ESPECTROMETRIA DE
FLUORÊSCENCIA ATÔMICA COM GERAÇÃO DE
HIDRETOS
DANNUZA DIAS CAVALCANTE
Salvador
DANNUZA DIAS CAVALCANTE
ESTRATÉGIAS ANALÍTICAS PARA DETERMINAÇÃO
DE ARSÊNIO E SELÊNIO EM AMOSTRAS DE
ALIMENTOS UTILIZANDO A ESPECTROMETRIA DE
FLUORÊSCENCIA ATÔMICA COM GERAÇÃO DE
HIDRETOS – HG AFS
Tese submetida ao Colegiado de Pós-Graduação em Química da Universidade Federal da Bahia como parte dos requisitos para obtenção do título de Doutor em Química (Química Analítica).
Orientador: Prof. Dr. Walter Nei Lopes dos Santos
Salvador Abril de 2014
Este trabalho é dedicado em primeiro lugar a Deus, que esteve sempre me guiando durante essa jornada,
me dando forças quando eu achava que não tinha mais e me mostrando que posso todas as coisas
nAquele que me fortalece. A Ele toda honra, toda gloria e toda gratidão!!!
Aos meus amados Pais (Jesus e Dionei) pela dedicação, amor, e por jamais medirem esforços,
ajudando-me na concretização dessa etapa da minha vida. Não tenho palavras para agradecer tanto amor e
dedicação.
A meu esposo Thiago pelo amor, apoio e paciência e a minha filha Eloah, razão de minha felicidade.
Te amo muito filha!!!!
AGRADECIMENTOS
A todos meus familiares, em especial a meus irmãos (Layane e Danilo) pelo incentivo. Ao professor Dr. Walter Nei Lopes dos Santos pela orientação, confiança, liberdade, incentivo e amizade. E por ter sido sempre mais que um orientador. Muito obrigada!!! Ao professor Dr. Sergio Luís Costa Ferreira, pelas boas contribuições no decorrer desses quatro anos.
A professora Drª Maria das Graças Korn e sua aluna Isa pela ajuda nas digestões no forno de micro ondas.
A professora e amiga Drª Danielle Muniz pela ajuda em vários momentos desse trabalho.
A amiga Luciana Bittencourt pelas coletas no arrozal e por tantos outros auxílios. Ao professor e amigo Dr. Samuel Marques Macêdo, por me passar todo seu conhecimento e experiência sobre a geração de hidretos.
Aos colegas do Grupo de Pesquisa e Desenvolvimento em Química Analítica (GPDQA): Gerfersom, Eduardo, Luciana, Celeste, Daniel, Meire, Bruna, Leonardo, Mauricio e Paula.
Aos alunos de Iniciação científica que me ajudaram nesse trabalho: Jéssica, Paula e Leonardo.
Ao programa de pós-graduação em química da UFBA, pela oportunidade de realizar esse trabalho e seus professores e funcionários;
Ao programa de Pós-graduação em Química Aplicada da Universidade do Estado da Bahia e todos os seus Discentes e funcionários.
Ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) pela concessão da bolsa de estudo.
A todos meus amigos, por compartilhar todos os momentos, difíceis e felizes;
A todas as pessoas que contribuíram direta ou indiretamente para a realização deste trabalho
RESUMO
Neste trabalho que está no âmbito do PRONEX, foram desenvolvidas estratégias analíticas para a determinação de arsênio e selênio em amostras de alimentos por HG AFS. Foram realizados três trabalhos distintos. O primeiro consistiu no emprego da amostragem em suspenção para determinação de arsênio em amostras de arroz. Procedimentos de amostragem de suspensão foram avaliados para determinação de As por geração de hidreto acoplado a AFS, usando HNO3 e sonicação por 30 min. As
amostras foram preparadas com KI em ácido ascórbico e com HCl 6 mol L-1, para
determinação As total. A exatidão foi confirmada por análise do material de referência certificado NIES SRM 10b de farinha de arroz, a precisão foi confirma com valores de RSD abaixo de 5,9 % e limites de detecção e quantificação de 0,91 e 3,04 ng L-1,
respectivamente. Este método foi utilizado para determinar o teor de arsênio em 24 amostras de arroz que foram adquiridas em supermercados da cidade de Salvador, Bahia, Brasil. O conteúdo de arsênio nos três tipos de arroz (branco, parbolizado e integral) variou de 0,12 a 0,47 µg g-1. O segundo trabalho foi o desenvolvimento de
método analítico para determinação de selênio em ovos. Três tipos de ovos foram adquiridos (codorna, galinha e pata) em feiras e supermercados de Salvador. A digestão foi realizada mediante adição de HNO3, H2O2 30% v v-1 e HCl 6 mol L-1,
utilizando o bloco digestor com dedo frio. As condições para a pré-redução e geração do hidreto de selênio foram otimizadas empregando o planejamento fatorial e a matriz de Doehlert. As condições ótimas foram: concentração de HCL 5,3 mol L-1,
concentração do borohidreto de sódio 2,6 % (m/v), volume de KBr 10% 1,0 mL e tempo de pré-redução de 30 min. O método apresentou limites de detecção e quantificação de 0,22 e 0,77 ng L-1, respectivamente. O RSD ficou abaixo de 4,7 %
demonstrando boa repetibilidade. A exatidão foi comprovada através da análise do CRM de tecido de ostra e também através de comparação com resultados obtidos em análise no ICP-MS. O método foi aplicado em quatro diferentes grupos de amostras, na clara e na gema separadas e na mistura dos dois, sendo que as concentrações mínimas e máximas foram de 0,35 ± 0,01 a 0,88 ± 0,03 µg g-1. O terceiro trabalho foi o
desenvolvimento de método para determinação de arsênio em atum e sardinha enlatados. As amostras foram submetidas a 3 procedimentos de preparo de amostra (bloco digestor, forno de micro-ondas e forno mufla). As condições para a pré-redução e geração do hidreto de arsênio foram otimizadas empregando o planejamento fatorial e a matrix de Doehlert e as condições encontradas foram: tempo de pré-redução de 21 min, volume de pré-redutor KI 10 % (m v-1) em ácido ascórbico 2% (m v-1) de 1,0 mL,
concentração de HCl 4,7 mol L-1 e concentração de NaBH
4 de 2% (m v-1). O método
mostrou-se preciso, com valores de RSD abaixo de 7,0 %. Um material de referência certificado de tecido de ostra (NIST SRM 1566b) foi analisado para avaliar a exatidão do método. O material foi submetido a três procedimentos de digestão. Através da análise dos resultados pode-se observar que o valor obtido no forno de micro-ondas e no bloco digestor foi cerca de metade do valor certificado, pois a arsenobetaina só é convertida a arsênio inorgânico a temperaturas acima de 300 º C. O método foi aplicado para 20 amostras de atum e sardinha enlatados e os valores de concentração variaram de: 0,63 ± 0,10 a 3,28 ± 0,20 µg g-1.
ABSTRACT
In this work is under PRONEX, strategies for analytical determination of arsenic and selenium in food samples by HG AFS were developed. Three diferent studies were conducted. The first one consisted in the use of sampling in suspension for determination of arsenic in rice procedures were evaluated to As by hydride generation coupled to AFS using HNO3 and sonication for 30 min. The samples were prepared
with KI in ascorbic acid and 6 mol L-1 HCl to determine total As. The accuracy was
confirmed by analysis of certified reference material NIES SRM 10b rice flour, precision was confirmed with% RSD values lower than 5.9% and limits of detection and quantification of 0.91 and 3.04 ng L -1, respectively. This method was used to
determine the content of arsenic in 24 rice samples purchased at supermarkets in the city of Salvador, Bahia, Brazil. The content of arsenic in the three types of rice (white, parboiled and integral) ranged from 0.12 to 0.47 µg g-1. In the second study we
developed a method for determination of selenium in eggs. Three types of eggs were purchased (quail, chicken and paw) at fairs and supermarkets of Salvador. The digestion was performed by adding HNO3, 30% H2O2 (v v-1), 6 mol L-1 HCI and, using
the block digester cold finger. The conditions for the pre-reduction and hydride generation of selenium were optimized using factorial design and Doehlert matrix, the optimal conditions were: HCl concentration of 5.3 mol L-1, the 2.6% (w v-1) sodium
borohydride concentration, 1.0 mL volume of 10% (w v-1) KBr and pre-reduction time
30 min. The method has limits of detection and quantification of 0.22 and 0.77 ng L -1,
respectively. The% RSD was below 4.7 showing good repeatability. The accuracy was confirmed by analysis of CRM oyster tissue and also by comparison with results obtained for analysis by ICP-MS. The method was applied to four different groups of samples, in clear and separate yolk and mix of the two, the minimum and maximum concentrations were 0.35 ± 0.01 to 0.88 ± 0.03 mg g-1. The third work was the
development of a method for determination of arsenic in canned tuna and sardines. The samples were subjected to three procedures for sample preparation (digestion block, microwave and oven muffle). The conditions for the pre-reduction and hydride generation of arsenic were optimized using factorial design matrix and Doehlert, the conditions were: pre-reduction time of 21 min, volume of 1.0 mL of 10% KI (w v-1)
(pre-reducing) in 2% ascorbic acid, HCl concentration of 4.7 mol L-1 and NaBH
4- in 2% (v m -1). The method was precise, with RSD values below 7.0%. A certified reference
material of oyster tissue (NIST SRM 1566b) was analyzed to assess the accuracy of the method. The material was subjected to the three digestion procedure. From the analysis of the results it can be seen that the value obtained in the microwave oven and the digester block was about half the value of the certificate, as the only arsenobetaine is converted to inorganic arsenic at temperatures above 300 °C. The method was applied to 20 samples of canned tuna and sardines and concentration values ranged from 0.63 ± 0.10 to 3.28 ± 0.20 mg g-1.
LISTA DE TABELAS
Páginas
Tabela 1: Algumas formas orgânicas e inorgânicas de arsênio 21
Tabela 2: Principais formas químicas do selênio 22
Tabela 3: Limites máximos de arsênio em alimentos definidos pela ANVISA
25
Tabela 4: Ingestão diária recomendada de selênio – ANVISA 26
Tabela 5- Matriz de Doehlert para duas variáveis (A e B) com um ponto central
48 Tabela 6: Parâmetros operacionais do HG AFS empregados na
determinação do arsênio
54
Tabela 7: Seleção do extrator/solvente para preparação das suspensões das amostras de arroz
58
Tabela 8: Comparação entre amostragem em suspensão e extração das amostras de arroz para quantificação de arsênio
58
Tabela 9: Comparação entre a amostragem em suspenção e digestão ácida para determinação de arsênio nas amostras de arroz
60
Tabela 10: Determinação de As total em amostras de arroz utilizando a amostragem em suspensão
61
Tabela 11: Parâmetros operacionais do HG AFS para determinação de Selênio
66
Tabela 12: Parâmetros operacionais do ICP-MS para determinação de Selênio
67
Tabela 13: Planejamento fatorial dois níveis completo - otimização do processo de geração do hidreto de selênio.
72
Tabela 14: Matrix Doehlert para otimização da geração de hidreto de selênio.
74
Tabela 15: Análise da variância (ANOVA) para os dados referentes á Tabela 14.
Tabela 16: Resultados para determinação de Se no CRM de tecido de ostra empregando o método proposto (mg kg-1, n=3).
77
Tabela 17: Concentração de Se nas amostras de ovos por HG AFS e ICP-MS
78
Tabela 18. Programa de aquecimento em forno de micro-ondas com cavidade
86
Tabela 19: Planejamento fatorial dois níveis completo - otimização do processo de geração do hidreto de arsênio.
89
Tabela 20: Matrix Doehlert para otimização da geração do hidreto de arsênio
91
Tabela 21: Análise da variância (ANOVA) para os dados referentes á Tabela 20
92
Tabela 22: Resultados para determinação de As no CRM de tecido de ostra utilizando os dois métodos de preparo de amostra.
94
Tabela 23: Concentração de arsênio em sardinha e atum enlatados, após digestão em bloco digestor com dedo frio e em forno de micro-ondas com cavidade.
LISTA DE FIGURAS
Páginas
Figura 1: Representação esquemática do AFS 37
Figura 2: Diagrama esquemático. a) dedo frio, b) tudo de digestão e c) dedo frio acoplado ao tubo de digestão.
44
Figura 3: Distribuição dos pontos experimentais da matriz Doehlert representado por um hexágono regular com as coordenadas normalizadas, para otimização de duas variáveis.
47
Figura 4: Porcentagem de extração do arsênio no arroz em função do tempo de sonicação.
57
Figura 5: Gráfico de pareto da otimização da geração de hidreto de selênio
73
Figura 6: Superfície de resposta da otimização de hidreto de selênio. 75 Figura 7: Gráfico dos valores preditos X valores observados para
geração do hidreto de selênio
76
Figura 7: Gráfico de pareto da otimização da geração de hidreto de arsênio
90
Figura 8: Superfície de resposta para otimização da geração de hidreto do arsênio
92
Figura 9: Gráfico dos valores preditos X valores observados para otimização da geração de hidreto do arsênio
LISTA DE SIGLAS e ABREVIAÇÕES
ANVISA: Agência Nacional de vigilância sanitária WHO: World Health Organization
EU:União Europeia ( do ingles: European Union)
US EPA: Agência proteção ambiental dos Estados Unidos ( do inglês: United States Environmental Protection Agency)
IDR: Ingestão Diária Recomendada MMAA: ácido monometilarsônico DMAA: ácido dimetilarsônico AsB: arsenobetaína
AsC: arsenocolina SeCys: Selenocisteína SeMet: Selenometionina SeCM: Selenometilcisteína
CONAMA: Conselho Nacional do Meio Ambiente
HG AFS: Espectrometria de Fluorescência atômica com geração de hidretos (do inglês: Hydride generation atomic fluorescence spectrometry)
HG AAS: Espectrometria de absorção atômica com geração de hidretos (do inglês: Hydride generation atomic absorption spectrometry)
FAAS: Espectrometria de absorção atômica com chama (do inglês: Flame atomic absorption spectrometry)
AES: Espectrometria de emissão atômica
ICP OES: Espectrometria de emissão atômica com plasma indutivamente acoplado (do inglês: Inductively coupled plasma optical emission spectrometry.)
CV AFS: Espectrometria de fluorescência atômica com vapor frio (do inglês: atomic fluorescence spectrometry
2 HR CS FAAS: Espectrometria de absorção atômica com chama de alta resolução com fonte contínua
GFAAS: Espectrometria de absorção atômica com forno de grafite (do inglês: Graphite furnace atomic absorption spectrometry)
ICP-MS: Espectrometria de massas com plasma indutivamente acoplado (do inglês: Inductively coupled plasma mass spectrometry)
CV AAS: Espectrometria de absorção atômica com vapor frio
ETAAS: Espectrometria de absorção atômica com atomização eletrotérmica (do inglês: Electrothermal atomic absorption spectrometry)
EVOP: Plano evolucionário de otimização MSR: Metodologia de superfície de resposta HPLC: Cromatografia líquida de alta resolução HCL: Lâmpada de cátodo oco
CRM: Material de referência certificado
IUPAC: União internacional de química pura e aplicada RSD: Desvio padrão relativo
LD: Limite de detecção LQ: Limite de quantificação ANOVA: Análise de variânci
13
SUMÁRIO
INTRODUÇÃO
... 16
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
... 19
1. O Elemento químico Arsênio ... 19
2. O elemento químico Selênio ... 21
3. Arsênio e Selênio nos alimentos ... 24
3.1 Arsênio ... 24
3.2 Selênio ... 26
4. Geração de Hidretos ... 27
4.1 Sistema de Redução NaBH4/Ácido ... 28
4.2 Mecanismos de Geração de Hidreto utilizando o NaBH4 ... 29
4.3. Transporte dos hidretos voláteis ... 30
4.5 Interferências ... 33
5. A Espectrometria de Fluorescência Atômica ... 35
6. Métodos de preparo de amostra ... 37
6.1 Amostragem por suspensão ... 38
6.1.1 Preparo das suspensões ... 39
6.2 Decomposição da Matéria orgânica ... 41
6.2.1. Digestão por via úmida utilizando radiação micro-ondas ... 41
6.2.2. Decomposição por via úmida utilizando bloco digestor com “dedo frio” ... 42
7. Otimização Multivariada ... 44
7.1 Planejamento Fatorial Completo ... 45
7.2 Metodologia da Superfície de Resposta (MSR) ... 46
7.3 Matriz de Doehlert ... 46
OBJETIVOS
... 49
Objetivos Específicos ... 49
CAPITULO I
... 50
Amostragem em suspensão e HG AFS para
determinação de arsênio total em amostras de arroz. .. 50
14
EXPERIMENTAL
... 53
1. Instrumentação ... 53
2. Reagentes e soluções ... 54
3. Amostras ... 55
4. Preparação das Suspensões e determinação de As por HG AFS ... 55
5. Digestão das amostras utilizando bloco digestor com “dedo frio” ... 56
RESULTADOS E DISCUSSÃO
... 57
1. Otimização das condições experimentais ... 57
2. Escolha do extrator/solvente para determinação de arsênio utilizando amostragem em suspensão. ... 57
3. Investigação da necessidade de introdução das partículas da suspensão no HG AFS ... 58
4. Comparação entre o método proposto (amostragem em suspensão) e digestão ácida utilizando o sistema bloco digestor/dedo frio. ... 59
5. Estudos de validação ... 60
6. Aplicação ... 61
CONSIDERAÇOES FINAIS
... 62
CAPITULO II
... 63
Desenvolvimento de método analítico para
determinação de selênio em amostras de ovos (clara e
gema) por HG AFS ... 63
INTRODUÇÃO
... 64
EXPERIMENTAL
... 66
1. Instrumental... 66
2. Reagentes e soluções ... 67
3. Amostras ... 68
3.1 Digestão das amostras ... 68
4. Otimização Multivariada da pré-redução e geração do hidreto de selênio 69 5. Etapa de pré-redução ... 69
RESULTADOS E DISCUSSÃO
... 71
1. Otimização multivariada do sistema proposto para a geração de hidreto ... 71
1.1. Planejamento Fatorial ... 71
15
2. Validação do Método ... 76
3. Aplicação do método desenvolvido ... 77
CONSIDERAÇÕES FINAIS
... 79
CAPITULO III
... 80
Determinação de arsênio total em amostras de atum e
sardinha enlatados por HG AFS ... 80
INTRODUÇÃO
... 81
EXPERIMENTAL
... 83
1. Instrumentação ... 83
2. Reagentes e soluções ... 83
3. Amostras e material de referência certificado ... 84
4. Procedimentos para digestão das amostras ... 85
4.2 Digestão das amostras de sardinha e atum enlatados em bloco digestor com dedo frio ... 85
4.2. Digestão das amostras de sardinha e atum enlatados em forno de micro ondas ... 86
5. Otimização Multivariada da pré-redução e geração do hidreto de arsênio ... 86
6. Etapa de pré-redução ... 87
RESULTADOS E DISCUSSÃO
... 88
1. Otimização multivariada do sistema proposto para a geração de hidreto ... 88
1.1. Planejamento Fatorial ... 88 1.2. Planejamento Doehlert... 90 2. Validação do Método ... 93 3. Aplicação ... 95
CONSIDERAÇÕES FINAIS
... 97
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
... 98
16
INTRODUÇÃO
A determinação de elementos químicos em amostras complexas sempre se mostrou com um dos principais problemas da química analítica. Sendo assim, diversos procedimentos têm sido desenvolvidos com o intuito de minimizar os efeitos de matriz e ampliar a faixa de aplicação das técnicas mais comumente empregadas.
Nesse contexto a geração de hidretos apresenta uma grande vantagem, pois o analito é separado da matriz e convertido a um composto volátil, sendo, em seguida, transportado ao atomizador, onde ocorre a atomização para a quantificação. Nos primeiros trabalhos, a atomização era feita utilizando-se a chama comum, que logo foi substituída por atomizadores de tubo de quartzo. Atualmente, devido ao desenvolvimento de métodos analíticos e o surgimento de diversas técnicas instrumentais de análise, vários sistemas de atomização vêm sendo amplamente utilizados [1].
Considerações importantes sobre o potencial do método de geração de hidreto acoplada às técnicas de espectrometria de absorção atômica (AAS) foram descritas detalhadamente por Dedina e Tsalev [2]. Algumas Revisões [3-45] também fizeram importantes considerações sobre o método de geração de hidretos em espectrometria atômica. Sem dúvida, a determinação por geração de hidreto tem sido empregada preferencialmente em AAS, entretanto, interesse crescente pelo método é reportado empregando-se a espectrometria de fluorescência atômica (AFS) [6-789]. Geralmente, a introdução de um analito na forma de hidretos aumenta a sensibilidade e seletividade, e permite obter limites de detecção com valores muito abaixo das técnicas convencionais.
Para a determinação de espécies voláteis, empregando-se a geração de vapor químico, várias considerações devem ser feitas a respeito da reação de formação de vapor, por cada espécie. A concentração do NaBH4, e o tipo e
concentração do ácido são os fatores mais estudados. Entretanto, cada espécie formadora de hidreto apresenta particularidades para a reação com o NaBH4 em meio ácido, podendo depender do seu estado de oxidação, do pH
17
A geração de hidreto acoplado às técnicas espectroanalíticas (AAS, AFS, ICP OES, ICP-MS), exige uma decomposição completa ou dissolução das amostras antes da análise quantitativa, o que aumenta tanto o tempo de análise como risco de contaminação da amostra além de perdas de analito por volatilização [12].
A etapa de pré-tratamento da amostra é reconhecidamente a mais demorada e trabalhosa do que a análise propriamente dita, sendo os procedimentos de preparação de amostra para determinação de As e Se críticos devido à alta volatilidade destes elementos. Esta realidade tem levado pesquisadores a buscar alternativas mais simples e rápidas de tratamento da amostra, particularmente para análise de rotina.
Uma alternativa simples para minimização do preparo da amostra é o emprego da amostragem na forma de suspensão, diminuindo o tempo de preparo da amostra, reduzindo o risco de contaminação e evitando perdas do analito por volatilização, além de possibilitar, em muitos casos, utilizar a técnica de calibração com padrões aquosos [13, 14].
É bem conhecida à toxicidade de arsênio e selênio e outros elementos que formam hidretos, por isso o interesse no monitoramento desses elementos em amostras biológicas, ambientais e de alimentos, a fim de controlar suas concentrações abaixo dos níveis de segurança. Além disso, o selênio também é considerado essencial, apresentando uma faixa de concentração muito estreita entre os níveis de essencialidade e toxicidade [15].
O solo, pesticidas, inseticidas e a água utilizada no cultivo agrícola são as principais fontes de introdução de minerais, tanto essencial quanto tóxico, em alimentos [16]. Processos antrópicos e eventos naturais como erosão de solos, erupções vulcânicas, podem causar aumento dos níveis de elementos tóxicos em águas, alimentos e na atmosfera. Dessa forma, a ingestão de água e alimentos representam fontes de introdução de elementos no organismo humano. Dentre as várias técnicas existentes para a determinação desses elementos em amostras ambientais e de alimentos, as espectroanalíticas se baseiam na introdução da amostra por nebulização pneumática. Apesar da simplicidade do processo de introdução da amostra e de sua boa estabilidade, somente 5% da amostra chega até a chama ou plasma, sendo o restante descartado no dreno devido à baixa eficiência de nebulização [17]. Assim,
18
esforços têm sido feitos como alternativa para introdução do analito para ampliar a faixa de aplicação dessas técnicas.
No presente trabalho, foram desenvolvidos procedimentos para a determinação de As e Se total, empregando a amostragem de suspensão e decomposição por via úmida em bloco digestor com sistema de refluxo (dedo frio) como estratégias analíticas para o preparo de amostra e quantificação empregando o HG AFS.
19
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
1. O Elemento químico Arsênio
Elemento químico de símbolo As e número atômico 33, é considerado um semi-metal ou metaloide por possuir características físicas e químicas pertencentes tanto aos metais quanto aos não metais. Possui massa atômica 75 u e apresenta-se nas condições ambiente como um sólido, pertence ao grupo 15 A da tabela periódica. Foi descoberto em 1250 por Alberto Magno e sua aparência varia de acordo com o estado alotrópico em que se encontra: cinza ou metálico, amarelo e negro. O arsênio cinza metálico é a forma mais estável nas condições normais [18,19].
Uma de suas principais aplicações é como conservante do couro e da madeira, uso que representa, cerca de 70 % do consumo mundial. O arsenato de gálio é um importante semicondutor empregado em circuitos integrados que são mais rápidos e caros do que os de silício. É utilizado também como aditivo em ligas metálicas de chumbo e latão. Possui também uma grande aplicação como herbicidas (arsenito de sódio), inseticida (arsenato de chumbo) e venenos. Outras aplicações deste elemento são na indústria farmacêutica, do vidro, cerâmica e metalúrgica. Recentemente voltou-se o interesse principalmente pelo uso do tri óxido de arsênio para o tratamento de pacientes com leucemia.
O arsênio e alguns de seus compostos são considerados umas das substâncias mais tóxicas da história da humanidade. No século V a.C. o arsênio foi considerado um veneno sendo responsável pelo envenenamento de várias personalidades como Napoleão Bonaparte e George III da Inglaterra [20].
O arsênio existe na natureza de diversas formas químicas incluindo espécies orgânicas e inorgânicas, está presente em mais de 200 minerais, sendo mais comum nas piritas. Ele é encontrado em 4 estados de oxidação diferentes: -3, 0, +3 e +5 e está vastamente distribuído na natureza,
20
representando uma preocupação para a saúde humana quando se concentra no meio ambiente tanto por processos naturais como antropogênicos. [21].
Compostos contendo arsênio são utilizados no tratamento de algumas doenças e na agricultura sendo encontrados nos herbicidas e inseticidas [22]. A flora e a fauna marinha contêm compostos de arsênio, pois nas vias metabólicas o nitrogênio e o fósforo podem ser substituídos facilmente por ele [21]. É o vigésimo elemento mais abundante na crosta terrestre.
Devido a fatores como a dieta humana, a exposição ocupacional e ambiental, a média de consumo diário de arsênio por um adulto pode variar no intervalo de 0,025 a 0,033 mg Kg-1dia-1.
A maior fonte de exposição ocupacional do arsênio pelo ser humano é na produção de pesticidas, herbicidas e outros produtos agrícolas. Já as maiores fontes de exposição não ocupacional são a ingestão de água e alimentos contaminados [23].
O arsênio possui altos níveis de toxicidade devida sua facilidade em ser absorvido tanto oralmente quanto por inalação, sendo a extensão da absorção dependente da solubilidade do composto [ 24 ]. Uma longa exposição aos compostos inorgânicos do arsênio pode acarretar diversas doenças tais como: conjuntivite, hiperpigmentação, hiperqueratose, doenças cardiovasculares, distúrbios no sistema nervoso central e vascular periférico, câncer de pele e gangrena nos membros [25 , 26 ]. Quase todo arsênio absorvido localiza-se inicialmente na fração eritrócito do sangue. O elemento deixa rapidamente a corrente sanguínea e deposita-se nos tecidos, armazenando-se principalmente no fígado, rins e pulmões. É depositado nos cabelos, sendo que esta deposição ocorre cerca de duas semanas após a administração, permanecendo neste local durante anos. Também é depositado nos ossos onde ficam longos períodos [27]. Na Tabela 1 são apresentadas as principais espécies de arsênio. [25].
A urina é a principal via de eliminação dos compostos de arsênio, sendo cerca de 50% da dose ingerida eliminada por esta via. Além disso, pequenas porções são eliminadas através da pele, cabelos, fezes, unhas e pulmão [24, 28].
O principal interesse em determinar diferentes espécies de arsênio está relacionado à diferente toxicidade das espécies. O As (III) é 60 vezes mais
21
tóxico do que o As (V) e as espécies inorgânicas são aproximadamente 100 vezes mais tóxicas que as orgânicas. O grau de toxidade das espécies mais importantes de As segue essa ordem de toxidade: arsenito (III) > arsenato (V) > monometilarsenato (MMA) > dimetilarsenato (DMA) (V) [25, 29].
A maior fonte não ocupacional de exposição a arsênio é através da ingestão de água [24] e alimentos, sendo que os alimentos de origem marinha possuem uma das mais altas taxas de arsênio, mas praticamente todo ele está na forma orgânica, principalmente como arsenobetaína, que é essencialmente não tóxica e excretada na urina, sem modificação e com um tempo de residência curto [30, 31]. O nível de arsênio inorgânico nesses alimentos é inferior a 1%, sendo que na carne, cereais e outros alimentos ingeridos diariamente esse nível é superior [30].
Tabela 1: Algumas formas orgânicas e inorgânicas de arsênio [25]. Composto Abreviatura Fórmula
Arsenito As (III) AsO3
3-Arsenato As (V) AsO4
3-Ácido monometilarsônico MMAA (V) CH3AsO(OH)2
Ácido dimetilarsínico DMAA (V) (CH3)2AsOH
Arsenobetaina AsB (CH3)3As+CH2COO
-Arsenocolina AsC (CH3)3As+CH2CH2OH
2. O elemento químico Selênio
O selênio é um metaloide, que foi identificado em 1817 pelo químico sueco Jons Jacob Berzelius. Pertence ao grupo 16 da tabela periódica, possuindo símbolo Se, número atômico 34 e massa atômica 78 u. Está localizado entre o enxofre e o telúrio, possuindo propriedades químicas e físicas semelhantes aos mesmos [18].
É encontrados na natureza em 5 estados de oxidação (-2, 0, +2, +4 e +6), todos eles comumente encontrados na natureza, exceto o +2. Na Tabela 2 são mostrados as principais formas químicas do selênio no ambiente.
22
Tabela 2: Principais formas químicas do selênio [32].
Composto Abreviatura Fórmula
Selenito Se (IV) SeO4-2
Selenato Se (VI) SeO3-2
Selenocisteína SeCys HOOCCH(NH2)CH2–Se–H
Selenometionina SeMet HOOCCH(NH2)CH2CH2–Se–CH3
Selenometilcisteína SeCM HOOCCH(NH2)CH2–Se–CH3
Selenocistina HOOCCH(NH2)CH2–Se–Se–
CH2CH(NH2)COOH
O selênio elementar é relativamente pouco tóxico. No entanto, alguns de seus compostos são extremamente perigosos. Concentrações de seleneto de hidrogênio, superiores a 0,1 miligramas por metro cúbico de ar, podem ser bastante prejudiciais ou mesmo letais. A exposição a vapores que contenham selênio pode provocar irritações dos olhos, nariz e garganta. A inalação desses vapores pode ser muito perigosa devido à sua elevada toxicidade [33]
É um elemento-traço essencial para os seres humanos e animais, envolvendo diversas ações fisiológicas. A essencialidade nutricional do selênio foi relatada pela primeira vez para impedir a necrose hepática em animais de laboratório, depois disso vários estudos indicaram que o selênio desempenha um importante papel em muitos aspectos da saúde. Além disso, ele é parte integrante do sítio catalítico de várias enzimas, inclusive a glutationa peroxidase [32, 34],
É um micronutriente encontrado no pão, nos cereais, nos pescados, nas carnes, nas plantas e ovos [35]. Um alimento tipicamente brasileiro e rico em selênio é a castanha do Pará. Ele é um poderoso antioxidante que ajuda a neutralizar os radicais livres, estimula o sistema imunológico e intervém no funcionamento da glândula tireóide [36, 40].
O conteúdo de selênio nas plantas varia de acordo com a sua concentração no solo, que varia regionalmente. Em todo o mundo há regiões em que a concentração de selênio no solo é muito baixa, como por exemplo, regiões do da Austrália, nordeste da China, norte da Correia do Sul, Centro-sul
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da China, Nepal, Tibet e entre outras. Essa deficiência se agrava mais quando a dieta é derivada inteiramente dos alimentos locais com pouco ou nenhuma importação de alimentos, essas pessoas que vivem nessas regiões pobres em selênio tem uma ingestão diária desse elemento muito baixa. Por exemplo, no Nepal a ingestão é de 23 mg/dia, na China cerca de 26 mg/dia, sendo que o recomendado é cerca de 55 mg/dia [37]. Existe uma elevada incidência de doenças relacionadas à deficiência em selênio entre as pessoas que vivem nessas regiões, inclusive o câncer, devido a isso há uma busca elevada de agentes naturais como o selênio que possam inibir o desenvolvimento do câncer, incentivando vários estudos utilizando o selênio para prevenir o câncer realizado em todo mundo [37, 38].
A deficiência de selênio pode causar: mialgia, degeneração pancreática, sensibilidade muscular, maior suscetibilidade ao câncer. Por outro lado, o excesso de selênio pode causar fadiga muscular, colapso vascular periférico, congestão vascular interna, unhas fracas, queda de cabelo, dermatite, alteração do esmalte dos dentes e vômito [39].
É muito utilizado em retificadores que convertem corrente alternadas em contínua. Como sua condutividade aumenta em presença da luz e, porque pode converter a luz diretamente em eletricidade, é empregado em células fotoelétricas, em fotômetros e células solares. Quando introduzido em pequenas quantidades no vidro, o selênio serve como descorante, mas em grandes quantidades dá ao vidro uma coloração vermelha, útil em sinais luminosos. É também usado na manufatura de esmaltes para cerâmicas e derivados do aço, assim como na fabricação da borracha para aumentar a resistência à abrasão. Os sulfetos de selênio são utilizados em medicina veterinária e em shampoos anticaspa [35].
O selênio encontrado no meio ambiente é proveniente de fontes naturais (processos geofísicos e biológicos) e fontes antropogênicas (processos industriais e agricultura). As primeiras fontes são responsáveis pela presença do selênio no ambiente, enquanto que as demais, pela redistribuição deste no ambiente, isto é pela liberação de selênio das fontes geológicas e pela disponibilização deste para os organismos do ecossistema terrestres e aquáticos [40].
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No ambiente aquático, o selênio pode existir nas formar inorgânicas (selenito, selenato, selênio elementar, selenetos metálicos) e orgânicas e seu estado de oxidação vai depender das condições ambientais [38].
A RESOLUÇÃO do Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA) Nº 396, de 03 de abril de 2008, que estabelece uma classificação das águas subterrâneas quanto ao uso e também determina os limites de contaminantes, estabeleceu o limite máximo de 0,01 mg L-1 para água para consumo humano
[41].
3. Arsênio e Selênio nos alimentos
O monitoramento de contaminantes inorgânicos é de grande relevância em análises de amostras de alimentos, como também em outras amostras que necessitam do controle desses contaminantes. Assim sendo, a determinação de elemento traço de interesse toxicológico é de relevância no contexto econômico e na saúde pública [36].
Em geral, a concentração de metais e metaloides nos alimentos é influenciada por fatores ambientais, pois estão presentes na atmosfera, na água, em solos, sedimentos e pela ação de vulcões, no caso do arsênio. O processamento desses alimentos com o uso de fertilizantes, pesticidas, herbicidas, água de irrigação contaminada, contaminação do ar e outros, podem levar esses metais aos alimentos.
3.1 Arsênio
O arsênio ocorre naturalmente nos alimentos, embora certas quantidades devam ser somadas como resultado da contaminação devido sua presença no ambiente. Alimentos de origem animal e vegetal possuem geralmente teores de arsênio menores que 1mg Kg-1, exceto produtos de origem marinha que podem
possuir teores mais elevados. A ingestão de arsênio total vai depender da quantidade desses alimentos na dieta humana. Na tabela 3, estão os limites máximos de arsênio para algumas classes de alimentos definidos pela Agência
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Nacional de Vigilância Sanitária (ANVISA) na portaria nº 685, de 27 de agosto de 1998 [42].
Tabela 3: Limites máximos de arsênio em alimentos definidos pela ANVISA. Alimentos Limites (mg Kg-1)
Gorduras vegetais 0,1
Gorduras e emulsões refinadas 0,1
Gorduras hidrogenadas 0,1
Açúcares 1,0
Caramelos e balas 1,0
Bebidas alcoólicas fermentadas 0,1
Bebidas alcoólicas fermento-destiladas 0,1
Cereais e produtos a base de cereais 1,0
Gelados Comestíveis 1,0
Ovos e produtos de ovos 1,0
Leite fluído pronto para o consumo 0,1
Mel 1,0
Peixe e produtos de peixe 1,0
Produto de cacau e derivados 1,0
Chá, mate, café e derivados. 1,0
La Guardia e colaboradores desenvolveram um método simples e sensível para determinação de arsênio total por Espectrometria de Fluorescência Atômica com Geração de Hidretos (HG AFS) em amostras de bebidas refrescantes como refrigerantes, chás e suco de frutas, obtendo limites de detecção que variaram de 0,01 a 0,03 ng mL-1 [43].
Já Capar et al. propôs um método para determinação de arsênio, selênio, antimônio e telúrio em tecidos de peixe utilizando a Espectrometria de absorção atômica com geração de hidretos (HG AAS), obtendo limites de detecção de 10 a 20 ng g-1 [44].
Montorro e colaboradores propuseram um método para determinação de arsênio total e suas espécies inorgânicas no arroz cru e cozido, visando
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determinar sua biodisponibilidade, para tanto eles simularam uma digestão gastrointestinal, o As (V) foi à espécie mais encontrada [45].
3.2 Selênio
O selênio está presente na maioria dos alimentos, sendo que podemos encontrar boas fontes deste elemento nos frutos secos (especialmente na castanha do Brasil), peixe, marisco, vísceras (rins ou fígado) e nas carnes. Os cereais, verduras e outros alimentos vegetais também contêm selênio, contudo, o seu teor varia de acordo com o tipo de solo a partir do qual se desenvolvem [46].
A quantidade dietética recomendada de selênio para homens e mulheres é 55 µg dia-1, para mulheres grávidas e em lactação esse valor aumenta para
60 e 70 µg dia-1, respectivamente, ver tabela 4 [47]. A deficiência de selênio
pode causar doenças como a de Keshan que provoca o aumento do coração e seu mau funcionamento, essa doença tem ocorrido na China onde o consumo de selênio é inferior a 19 µg dia-1 para os homens e 13 µg dia-1para as
mulheres. A deficiência de selênio também pode afetar a função da tireoide porque o selênio é essencial para síntese do hormônio ativo [48].
Tabela 4: Ingestão diária de selênio recomendada pela ANVISA Ingestão diária recomendada (µg dia-1)
Lactente Crianças (anos) Adultos Gestantes
Lactantes até 1 ano 0 - 0,5
anos 0,5 - 1 1 - 3 4 - 6 7 - 10
10 15 20 20 30 70 65 75
Fonte: Agência Nacional de Vigilância Sanitária - ANVISA Portaria n.33/1998
Por outro lado, um consumo demasiado de alimentos ricos em selênio pode levar a uma condição chamada de selenoses, na qual os sintomas são: queimação no estômago, perda de cabelo, unhas marcadas de brancas, e alguns danos no nervo, por isso que Instituto de Medicina dos Estados Unidos estabeleceu o limite máximo de ingestão de selênio de 400 µg/dia para adultos [47, 49].
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Inúmeras pesquisas mostram que a concentração de selênio nos alimentos pode apresentar grande variação, dependendo dos teores presentes no solo. Em função da importância do selênio, é necessário conhecer a composição nutritiva dos alimentos, de forma a garantir um consumo adequado desse elemento por parte da população [50].
Jordão e colaboradores determinaram os teores de selênio em alguns alimentos consumidos no Brasil, dentre eles feijão, arroz, farinha, abacate, abacaxi e banana da terra. Os teores mais elevados de selênio foram encontrados nos produtos de origem animal, sobretudo nos pescados, e nos produtos derivados do trigo [36].
Muller et al. determinaram selênio em água e leite de cocô utilizando a espectrometria de absorção atômica com atomização eletrotérmica em forno de grafite, eles concluíram que esses alimentos podem ser úteis como fontes de selênio facilmente disponíveis à população [51].
4.
Geração de Hidretos
A geração de hidretos compreende um processo de derivatização química no qual são produzidos hidretos voláteis, a partir do tratamento da amostra com um agente redutor, que pode ser um metal ou um reagente específico que na maioria das vezes é o tetrahidroborato de sódio (NaBH4), em
meio acidificado [52 ,53 ]. Nos primeiros trabalhos, os sistemas de redução metal/ácido eram os mais comumente utilizados. Embora melhorassem o sinal analítico, o uso desses sistemas foi associado com algumas limitações como: elevado tempo requerido para formação do hidreto, o sistema de coleta era susceptível à interferência e perda, e a sensibilidade era limitada devido ao amplo fator de diluição do hidreto durante a etapa de introdução na chama de difusão argônio/hidrogênio [53, 54].
Está técnica vem sendo abordada como uma excelente alternativa de introdução de amostra em determinações espectrométricas, uma vez que separa o analito da matriz, aumenta a eficiência de transporte do analito em relação aos nebulizadores comumente empregados para introdução de amostra, melhora a sensibilidade e o limite de detecção [55].
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O acoplamento da espectrometria com a geração de hidretos para determinação de elementos traço se difundiu rapidamente em virtude das várias vantagens apresentadas e de sua simplicidade. Ela se baseia na geração de hidretos voláteis à temperatura ambiente após reação do tetrahidroborato de sódio com um determinado elemento em meio ácido. Em geral, esta técnica se aplica aos elementos: arsênio [ 56 ], bismuto [ 57 ], germânio [58], chumbo [58], antimônio [59], selênio [60], telúrio [57] e estanho [61], os quais nestas condições formam hidretos covalente estáveis [62, 63].
O primeiro trabalho utilizando a geração de hidretos foi o trabalho de Holak [64], onde o zinco metálico foi utilizado como redutor para produzir a arsina, pela redução do arsênio presente na amostra acidificada, sendo a arsina transportada para a atomização por um espectrômetro de absorção atômica com chama (FAAS).
A técnica baseia-se na conversão da espécie de interesse em um hidreto covalente gasoso que, por meio de um gás de arraste, é transportado ao atomizador, onde ocorre sua atomização. O processo de determinação espectrométrica por geração química de hidreto pode ser dividido em três partes: a geração do hidreto volátil, o transporte do hidreto volátil para o atomizador (que inclui também sua liberação da solução) e a atomização/quantificação dos hidretos.
4.1 Sistema de Redução NaBH4/Ácido
Em 1972 foi proposta uma nova abordagem para geração de hidretos utilizando soluções redutoras de tetrahidroborato de sódio (NaBH4) (que
precisam ser estabilizadas em meio alcalino) para geração de hidretos de arsênio e antimônio [65]. Com o emprego do NaBH4, o número de elementos
determináveis por geração de hidretos aumentou, passando a incluir elementos como bismuto, germânio, chumbo, estanho e telúrio [66].
O sistema que utiliza do NaBH4 em meio alcalino como agente redutor
para formação dos hidretos voláteis se mostra o mais eficiente com maior reprodutibilidade nas medidas e cinética de reação mais definida do que outros sistemas, além de possibilitar automação [53, 67]. O NaBH4 ao longo do tempo
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se degrada, por isso deve ser preparado em meio alcalino, pouco antes do uso. [ 68 ]. Mas, a concentração da base deve ser adequada para não causar supressão no sinal analítico.
Geralmente, a concentração de NaBH4 depende da espécie analítica a
ser determinada e do sistema proposto para geração de hidretos. Os trabalhos na literatura recomendam o uso da solução de NaBH4 na faixa de 0,5 – 10 %
(m/v), em solução aquosa estabilizada por 0,1 – 2,0 % (m/v) de KOH ou NaOH. No sistema NaBH4/ácido, o HCl é o mais utilizado, embora H2SO4 e HNO3
também possam ser usados.
O NaBH4 é o agente redutor mais empregado em geração de hidreto por
mostrar-se mais eficiente e versátil, podendo ser empregado tanto por sistemas em batelada quanto por sistemas em fluxo, visto sua rápida cinética de reação e maior reprodutibilidade, qualquer que seja o método de detecção empregado [53].
4.2 Mecanismos de Geração de Hidreto utilizando o NaBH4
O primeiro mecanismo descrito para a geração de hidreto [69] indica que o processo ocorre a partir da evolução de hidrogênio atômico, também chamado de hidrogênio nascente, que é formado pela hidrólise ácida do agente redutor, a qual pode ser representada pela equação 1, do ponto de vista global e estequiométrico sem envolver o mecanismo complexo e a cinética de reação [53].
Equação 1: BH4- + H+ + 3H2O H3BO3 + 8H
Após a formação do hidrogênio nascente, há a derivatização do elemento para o hidreto equivalente, conforme representado pela equação 2. O hidrogênio atômico em excesso, que não reagiu, forma hidrogênio molecular, que é um dos produtos finais da hidrólise ácida do tetraborato de sódio.
Equação 2: Am+ + (m+n)H AH
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Onde, ‘A’ é o analito de interesse, ‘m’ o estado de oxidação do analito e ‘n’ o número de coordenação do hidreto.
Outro mecanismo vem sendo proposto por autores que discordam com a hipótese de formação do hidreto a partir do hidrogênio nascente D’ULIVO [70, 71 ] e seus colaboradores propõem a transferência gradual de átomos de hidrogênio do borano para o substrato analito após formação de complexos intermediários analito-borano. Segundo essa hipótese, o mecanismo pode ser escrito pelas equações 3 e 4 [66, 72]:
Equação 3: NaBH4 + H3O+ + 2H2O → intermediários → H3BO3 + H2
Equação 4: NaBH4/intermediários + A → AHn
O uso de reagentes deuterados em vários trabalhos tem demonstrado que o hidrogênio ligado diretamente ao boro é o responsável pela formação do hidreto. Em um destes estudos com reagentes deuterados [73], foi observado que a reação de As (III) e As (V) com NaBD4 em HCl 3 mol L-1 e H2O foi obtida
como principal produto AsD3 e quando se utilizou NaBH4 em DCl e D2O, foi
obtido como principal produto o AsH3. Assim, os autores puderam afirmar que a
arsina foi produzida a partir da transferência do hidrogênio ligado diretamente ao boro. Segundo os autores, caso o hidrogênio nascente estivesse envolvido no processo de geração do hidreto, o principal produto seria AsHnD3-n.
4.3. Transporte dos hidretos voláteis
O transporte do hidreto ao sistema de detecção pode ser feito de duas maneiras: transferência direta ou coleta.
Na transferência direta o hidreto é transportado para o atomizador com o auxílio do fluxo de um gás inerte, conhecido como gás carreador, e também com o auxílio do gás hidrogênio formado durante a geração do hidreto. Os gases inertes empregados são o nitrogênio e o argônio [74, 53].
Já na coleta, as espécies voláteis formadas são coletadas em armadilhas localizadas entre o frasco reacional e o atomizador, para posteriormente serem transportadas.
Procedimentos envolvendo a coleta do hidreto foram muito utilizados quando os agentes redutores metal/ácido eram empregados. Estas reações
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eram relativamente lentas, podendo levar alguns minutos. Assim, a coleta do hidreto e sua liberação ao sistema de medida produziam sinais maiores, devido à pré-concentração, e aumentando a reprodutibilidade [75].
4.4 Atomização e mecanismo de atomização de hidretos
Os atomizadores de hidreto têm como finalidade converter o hidreto do analito a seu átomo livre com o máximo de eficiência. Muitas técnicas de espectrometria atômica são acopladas a geração de hidretos, o que gera uma gama de possibilidades de atomizadores empregados. Dentre as técnicas, a mais amplamente acoplada à geração de hidretos é a Espectrometria de Absorção Atômica (AAS), a qual apresenta como possibilidades de atomizadores: a chama, o tubo de quartzo aquecido externamente, o tubo de quartzo com chama interna e o forno de grafite.
A atomização em chama foi amplamente empregada quando se trabalhava com geração de hidretos. O hidreto gerado era diretamente introduzido em uma chama de ar-hidrogênio-argônio/nitrogênio, mas isso resultava em uma menor sensibilidade devido à diluição do hidreto nos gases da chama e em maiores limites de detecção devido à alta absorção de fundo e ruídos [53].
Desde sua introdução em 1972 por Chu e colaboradores [ 76 ], os atomizadores de tubo de quartzo tornaram-se os mais utilizados para determinação de metais por geração de hidreto. Estes tubos são confeccionados em forma de T, os quais são alinhados ao caminho óptico do aparelho [53,54]. Os tubos de quartzo podem ter aquecimento externo realizado por uma chama ou uma manta resistora e interno por uma chama de oxigênio-hidrogênio ou ar-hidrogênio gerada próxima à junção do braço central com a parte principal do tubo. Este sistema de atomização apresenta uma série de vantagens como alta sensibilidade, baixo ruído de fundo e limites de detecção adequados para determinação de diferentes espécies que geram hidreto [53, 77].
A atomização do hidreto em forno de grafite pode ser dividida em dois tipos: atomização direta, na qual o hidreto é transportado do frasco reacional para o forno de grafite, onde é imediatamente atomizado, e a atomização após
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captura in situ do hidreto no forno. O sistema de atomização direta no forno de grafite apresenta uma menor sensibilidade quando comparado com a atomização após coleta in situ e a atomização com tubo de quartzo [54].
Elevadas temperaturas de plasmas e chamas permitem um mecanismo de atomização via decomposição térmica. Em tubos de quartzo, as temperaturas são relativamente baixas, menores que 1000 °C, assim, a atomização não deve ser provocada devido à decomposição térmica [53]. Acredita-se que a atomização dos hidretos gasosos no tubo de quartzo aquecido ocorre devido aos átomos de hidrogênio livres. Foi observado que o As não produz sinal de atomização quando a arsina é introduzida em uma célula de quartzo aquecida, em uma atmosfera contendo apenas o gás inerte [78]. O fato da influência do hidrogênio, na atomização do hidreto de As ser menor em temperaturas maiores no forno de grafite sugere que o mecanismo de atomização por decomposição térmica desempenha a principal função.
Os mecanismos envolvidos na atomização da arsina, em atomizadores de tubo de quartzo, são dependentes da reação do hidreto com radical hidrogênio presente no interior do tubo, sendo necessário um suprimento de oxigênio [79]. Para a formação dos radicais hidrogênio, traços de oxigênio desempenham um papel fundamental, conforme é apresentado nas reações abaixo, descritas pelas equações 5 a 7.
Equação 5: H + O2
OH + OEquação 6: O + H2
OH + HEquação 7: OH + H2
H2O + HAssim, a decomposição da arsina pela ação da temperatura e colisão com radicais hidrogênio, resultando em átomos livres em fase gasosa, pode ser descrito pela equação 8:
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São diversas as vantagens atribuídas à geração química de vapor. O fato de, geralmente, apenas o analito formar a espécie volátil, previne possíveis interferências que poderiam ser causadas pela presença de concomitantes. Além disso, por ser um sistema de introdução mais eficiente do que aqueles baseados na nebulização pneumática convencional, sendo que o transporte da espécie volátil formada, embora dependendo do rendimento da reação, da eficiência da purga e do transporte ao atomizador, pode alcançar 100%. A elevada eficiência no transporte do analito proporciona uma maior sensibilidade, implicando em melhores limites de detecção, a níveis de µg/Kg a ng/Kg. O confinamento do vapor atômico no volume definido pela célula de quartzo aumenta a densidade de átomos no caminho óptico, assim como o tempo de residência, podendo a eficiência de atomização chegar a 100% [54, 80].
4.5 Interferências
Embora a geração de hidretos seja uma técnica na qual, diversas interferências de análise são eliminadas e/ou minimizadas, em alguns casos, algumas interferências podem ocorrer, podendo estar relacionadas a diferentes fases do processo (fase líquida, fase gasosa e interferências espectrais.).
O primeiro grupo ocorre na fase líquida, durante a formação do hidreto ou durante a transferência do hidreto da solução, devido às mudanças de velocidade de formação do hidreto e/ou diminuição na eficiência de formação do hidreto [53].
A interferência na fase líquida pode ser causada pelo efeito da matriz ou por elementos de diferentes estados de oxidação. Neste último caso, a interferência acontece porque ocorre uma competição para a redução das diferentes espécies químicas, resultando numa baixa formação do hidreto. Neste caso, existe a necessidade de decompor completamente o material orgânico durante pré-tratamento da amostra que contém a espécie analítica de interesse. Uma decomposição incompleta da matéria orgânica resulta na formação de um excesso de espuma que pode reter algum hidreto formado [52, 53, 66].
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A interferência devido ao efeito da matriz ocorre quando a matriz afeta a eficiência da formação do hidreto. Neste caso, alguns ácidos inorgânicos (ácido nítrico e sulfúrico), usados em procedimentos de digestão da amostra, afetam drasticamente a formação do hidreto de interesse. A interferência destes ácidos é maior em atomizadores de tubos fechados do que em tubos de quartzo abertos.
Para controle destas interferências na fase líquida, muitas propostas já foram e ainda estão sendo sugeridas. Dentre elas têm-se: a busca de uma condição que permita o mínimo de tempo de residência do hidreto formado na mistura reacional (matriz), o uso de agentes mascarantes, utilização de procedimentos de separação para remover os interferentes inorgânicos e otimização das condições críticas da concentração do ácido e do agente redutor, a fim de obter condições experimentais que permitam maiores razões interferente/analito nas determinações [53].
As interferências da fase gasosa podem ocorrer no volume morto do frasco de reação, na linha de transporte ou no atomizador. As interferências que ocorrem ao longo do transporte do hidreto, já liberado da solução para o atomizador, pode causar atraso e/ou perdas; as que ocorrem no processo de atomização estão relacionadas ao excesso de outro elemento formador de hidreto, o que traz como consequência, a diminuição do sinal analítico. Este tipo de interferência pode ser interpretado de duas maneiras: o interferente pode promover o declínio da concentração dos radicais H no interior do atomizador, ou acelerar o decaimento dos átomos livres do analito no atomizador, via reação analito-interferente, que podem resultar na formação de moléculas diatômicas estáveis [54].
As interferências espectrais promovem aumento do sinal analítico. Elas ocorrem quando o detector interpreta um sinal, que não o do analito, como se dele fosse. Podem ser causados pela presença de espécies atômicas que absorvam ou emitam radiação no mesmo comprimento de onda que o analito. Este tipo de interferência é muito raro na absorção e fluorescência atômica. Outra possibilidade de interferência é a presença de espécies moleculares ou partículas no caminho óptico que atenuem a radiação primária. Em se tratando de geração de hidretos, essas interferências são usualmente insignificantes, devido à separação do analito da matriz [54].
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Muitos procedimentos são utilizados para eliminar ou minimizar a interferência dos elementos tanto na fase líquida quanto na fase gasosa. O procedimento mais simples é aumentar a acidez do meio reacional. Outro procedimento é alterar a quantidade de NaBH4 [81].
Além disso, vários reagentes são usados para minimizar e eliminar o efeito dos interferentes. Na maioria dos casos são utilizados bases de Lewis, que podem funcionar como ligantes, sendo que alguns são agentes redutores ou complexantes, tais como: EDTA, KI [82], tiuréia [83], ácido ascórbico, KCN, 1,10-fenantrolina e L-cisteína.
Outra maneira bastante eficiente para eliminar ou minimizar o efeito de interferentes é o uso de métodos de separação e pré-concentração. Gurkan e colaboradores empregaram a metodologia do ponto nuvem para separar e pré-concentrar espécies de arsênio em amostras de água, para posterior quantificação por HG AAS [84]. Já Turker et al., utilizou a pré-concentração em fase sólida, usando um adsorvente hibrido de nano partículas de dióxido de zircônio e óxido de boro para especiação e determinação de As (III), As (V) e As total em amostras de água por HG AAS [85].
5. A Espectrometria de Fluorescência Atômica
A espectrometria de fluorescência atômica é amplamente empregada com a geração de hidretos. Este acoplamento constitui uma técnica analítica de relativa simplicidade e baixo custo. É muito sensível, seletiva para alguns elementos como: mercúrio, arsênio, selênio, bismuto, antimônio, telúrio, chumbo e cádmio, por isso o seu acoplamento com a geração de hidretos vem crescendo bastante nos últimos anos [86].
É uma técnica de análise elementar que envolve o uso de uma fonte de radiação com comprimento de onda característico para excitar átomos livres na forma de vapor a um nível de energia mais alto que o nível fundamental. A excitação dos átomos do analito é seguida por um processo de relaxamento, que envolve a emissão de radiação de fluorescência, de comprimento de onda igual ao fornecido pela fonte, portanto, a energia emitida como radiação
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fluorescente pela amostra é proporcional à radiação ressonante absorvida por ela [86].
Na espectrometria de fluorescência atômica com geração de hidretos, o atomizador utilizado na decomposição do hidreto é uma chama de difusão, rica em radicais H, que atua facilitando o processo de atomização dos hidretos [86].
A instrumentação básica de um AFS é semelhante aos de AAS e AES, exceto que a fonte de luz e o detector são localizados em um ângulo reto, como mostra a figura 1. Consiste de uma fonte de radiação, um atomizador, um seletor de comprimento de onda e um detector [86]. A radiação emitida pela lâmpada de cátodo oco não deve alcançar o detector, pois este interpretaria a radiação emitida pela lâmpada como sinal analítico. O uso de filtros adequados, associado ao arranjo do equipamento, no qual a fonte emissora se encontra a 90º do detector, minimizam o espalhamento da radiação na célula de atomização [86].
O AFS oferece grandes vantagens em termos de linearidade e níveis de detecção, o que tem melhorado em função da qualidade das lâmpadas empregadas como fontes de excitação. Suas limitações, como espalhamento, supressão da fluorescência e emissão de fundo, dependem dos níveis de impurezas das amostras, mas a separação analito-matriz, inerente à geração de hidretos, favorece sua associação à detecção por fluorescência atômica [54, 86].
La Guardia e colaboradores (2011) desenvolveram um sistema não cromatográfico para determinação de Sb (III), Sb (V), Te (IV) e Te (VI) em amostras de cereais. O procedimento baseia-se na extração assistida por ultrassom e na determinação por espectrometria de fluorescência atômica acoplada com geração de hidretos (HG AFS) [87].
Wang and Zhang determinaram arsênio, bismuto, telúrio e selênio em amostras de solo utilizando um HG MC AFS (Espectrômetro de fluorescência atômica multi canal com geração de hidretos). Esse equipamento permitiu a determinação simultânea de todos esses analitos com boa precisão e baixos limites de detecção [88].
Campos et al. determinou arsênio total em água do mar, utilizando o HG AFS, eles conseguiram limite de detecção de 36 ng L-1, comprovando assim
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Leal e colaboradores acoplaram um sistema de injeção em fluxo ao HG AFS para determinação online de dimetilarsênio (DMA) e arsênio inorgânico total, a utilização de uma lâmpada UV permitiu a foto-oxidação online do DMA para posterior quantificação no HG AFS, o método proposto foi aplicado em diversas amostras de águas mostrando-se preciso, sensível e exato [90].
Figura 1: Representação esquemática do AFS (AURORA INSTRUMENTS)
6. Métodos de preparo de amostra
O preparo de amostra é uma das etapas mais importantes de toda a sequência analítica, pois ela é responsável pelo maior custo e constituem a maior fonte de erros na sequência analítica [91].
Grande parte das técnicas analíticas requer que a amostra seja convertida em uma solução, devendo ser submetida a um tratamento adequado visando a determinação do(s) analito (s). Este tratamento pode variar desde um simples polimento da superfície de uma amostra, até a
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completa transformação da amostra sólida em uma solução compatível com o método de determinação. A maneira de se decompor a amostra para a análise depende da sua natureza, do elemento a ser determinado e sua concentração, do método de determinação, e da precisão e exatidão desejada [91].
6.1 Amostragem por suspensão
Suspensão é um fluido heterogêneo contendo partículas dispersas com diâmetro maior que 1 µm. A fase sólida é dispersa no fluido por agitação mecânica. Nas suspensões, geralmente, ocorre a sedimentação das partículas quando o meio está em repouso e quando não são usados agentes estabilizantes [91]
A amostragem por suspensão tem sido proposta como uma boa alternativa para o preparo de amostra quando comparada aos métodos de decomposição. Ela apresenta diversas vantagens, dentre as quais pode-se destacar:
Diminuição do tempo de preparo das amostras;
Menor consumo de ácidos concentrados;
Menor possibilidade de perdas do analito pela formação de resíduos insolúveis ou por volatilização;
Menor possibilidade de contaminação
É bastante aplicável à determinação de elementos voláteis por abordagens de geração de vapor químico [91, 92].
Considerando as vantagens citadas, a amostragem de suspensão tem sido objeto de pesquisa para determinação de vários elementos acoplada à geração de vapor químico [93, 94, 95]. Entretanto, a precisão dos métodos analíticos envolvendo a amostragem de suspensão está intimamente relacionada com a homogeneidade da amostra analisada. Considerações sobre a homogeneidade da amostra é crucial para emprego desta técnica, porque a quantidade de amostra suspensa pode não ser representativa da composição real da amostra global [91,92]
Vários métodos têm sido propostos para a determinação de arsênio considerando o método de amostragem de suspensão em matrizes sólidas
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após uma etapa de geração de hidreto [92]. Essa abordagem foi aplicada com sucesso para a determinação de arsênio em diversas amostras sólidas por HG AAS. Desde então, vários métodos, usando amostragem de suspensão e geração de vapor químico, têm sido propostos [96], como a determinação de As, Sb, Se, Te, e Bi em leite por HG AFS [97], determinação de chumbo em sedimento e lodo de esgoto por HG-ICP OES [98] e determinação de arsênio em amostras de arroz integral, branco e parboilizado [99].
6.1.1 Preparo das suspensões
Vários fatores devem ser considerados quando se emprega a amostragem de suspensão, como: método de moagem; granulometria; solvente; particionamento do analito; massa da amostra e proporção de volume de diluente; reagentes estabilizantes e sistema de homogeneização da suspensão [92].
Vários métodos de moagem mecânica têm sido utilizados para o preparo de suspensões. A escolha do equipamento adequado depende das características da matriz, principalmente da sua dureza. Geralmente, as técnicas de moagem podem ser aplicadas a uma grande variedade de materiais, principalmente se a amostra for previamente submetida a uma etapa de secagem [91].
Em geral, os procedimentos de moagem convencional são apropriados para o preparo de suspensões de amostras de alimento que estejam na forma de pó ou que tenham sido secas antes da moagem, mas não são eficazes para redução do tamanho de partículas de alimentos com elevador teores de água, fibras e gorduras. Para essas matrizes o procedimento de moagem mais indicado é a moagem criogênica [91]. O tamanho das partículas tem papel decisivo na estabilidade das suspensões durante a aspiração, transporte ou introdução da amostra, assim como na eficiência da atomização.
Os solventes empregados para o preparo das suspensões são componentes importantes, pois podem funcionar como diluentes extratores do elemento de interesse para a fase líquida, de modo que a eficiência da
