UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE INSTITUTO DE QUÍMICA
GRADUAÇÃO EM QUÍMICA INDUSTRIAL
MARIANE FERREIRA DOS SANTOS
DETERMINAÇÃO DE CROMO E COBRE EM TINTA DE TATUAGEM TEMPORÁRIA POR ESPECTROMETRIA DE ABSORÇÃO ATÔMICA EM FORNO
DE GRAFITE
Niterói 2019
MARIANE FERREIRA DOS SANTOS
DETERMINAÇÃO DE CROMO E COBRE EM TINTA DE TATUAGEM TEMPORÁRIA POR ESPECTROMETRIA DE ABSORÇÃO ATÔMICA EM FORNO
DE GRAFITE
Monografia apresentada ao Curso de Graduação em Química Bacharelado da Universidade Federal Fluminense, como requisito parcial para a obtenção do Grau de Bacharel em Química Industrial.
Orientador:
Prof. Dr. Ricardo Jorgensen Cassella
Niterói 2019
MARIANE FERREIRA DOS SANTOS
DETERMINAÇÃO DE CROMO E COBRE EM TINTA DE TATUAGEM TEMPORÁRIA POR ESPECTROMETRIA DE ABSORÇÃO ATÔMICA EM FORNO
DE GRAFITE
Monografia apresentada ao Curso de Graduação em Química Bacharelado da Universidade Federal Fluminense, como requisito parcial para a obtenção do Grau de Bacharel em Química Industrial.
Aprovado em____________ de ________________________ de 2019
BANCA EXAMINADORA
_____________________________________________ Prof. Dr. Ricardo Jorgensen Cassella (Orientador) - UFF
_____________________________________________ Prof. Dr. Fábio Grandis Lepri - UFF
_____________________________________________ Prof. Dr. Fernando Antônio Simas Vaz - UFF
Niterói 2019
Dedico este trabalho à minha mãe Sueli, que me deu a vida e me ensinou a correr atrás dos meus objetivos.
AGRADECIMENTOS
Agradeço à minha mãe e minha irmã, por sempre estarem ao meu lado me dando suporte e amor em todas as etapas da minha vida.
Ao meu primo Deyvison por todo apoio durante a vida e nesses anos de faculdade quando não media esforços em me ajudar no que podia e aos meus padrinhos, Tarcila e Valdenir por me acolherem como filha em sua casa nos primeiros anos de faculdade.
Ao meu orientador Ricardo Cassella, a quem admiro como professor e pesquisador, por toda a sua paciência e disponibilidade em ensinar.
Aos meus amigos da vida Alex, Cleide, Palloma e Vitória por todo companheirismo e alegria durante esses incontáveis anos de amizade.
Aos meus amigos da UFF por todos os momentos que passamos juntos e especialmente ao Ivo, por ser meu ombro amigo durante todos esses anos de caminhada.
A todos meus companheiros do laboratório LESPA, os que ainda estão e aos que por lá passaram, por todo suporte e por fazerem meus dias muito mais leves e alegres durante todo esse tempo. Agradeço especialmente à Graziela Cruz, por ter estado ao meu lado me auxiliando com toda paciência e empenho em ensinar e ao André Araújo pela amizade e por me dar suporte em momentos tão difíceis da minha vida.
Aos professores da Universidade Federal Fluminense e das escolas por onde passei que me inspiraram de alguma forma e souberam passar a grandeza e a importância dessa profissão.
“Devemos ter perseverança e, acima de tudo, autoconfiança. ”
RESUMO
A tatuagem temporária, comumente conhecida como tatuagem de henna, é muito popular entre adultos e crianças. Esse sucesso se deve ao fato de ser uma opção de ornamentação da pele indolor e com tempo de duração de apenas alguns dias. Porém, existem muitos casos de dermatites alérgicas ligadas a esse tipo de tatuagem e os principais responsáveis são o composto p-fenilodiamina e alguns metais, dentre eles o cromo e o cobre. Este trabalho teve como objetivo detectar e quantificar estes metais em tintas empregadas para tatuagem temporária, que acima dos limites seguros podem ocasionar reações alérgicas e se acumular no organismo ocasionando problemas de saúde. Para isso, as amostras de tinta foram compradas pela internet, digeridas por via úmida, empregando ácido nítrico concentrado e peróxido de hidrogênio, e analisadas por espectrometria de absorção atômica em forno de grafite (GF AAS). Após a realização de estudos para otimização do método, ficou definido que o processo de digestão seria realizado nas seguintes condições: 2 g de amostras foram pré-digeridos por 24 h com 5 mL de HNO3 concentrado. Após a pré-digestão, 2,5 mL de H2O2 foram adicionados, a solução obtida foi aquecida em placa de aquecimento até a secura e o resíduo foi retomado até 25,00 mL com solução de HNO3 10% v/v (1,4 mol L-1). As temperaturas ótimas de pirólise e atomização para o cromo encontradas foram de 1700 ºC e 2800 ºC; já para o cobre as temperaturas determinadas foram de 1500 ºC para pirólise e 2600ºC para a atomização. Os limites de detecção para cromo e Cobre foram 0,24 e 0,04 μg L-1, respectivamente e os limites de quantificação foram 0,82 μg L-1 para o cromo e 0,15 μg L-1 para o cobre. A concentração de cobre na amostra se apresentou na faixa entre 28,8 – 147 μg L-1 e a concentração de cromo entre 82,7– 716 μg L-1, sendo a tinta preta a que apresentou as concentrações mais elevadas dos dois metais.
ABSTRACT
The temporary tattoo, commonly known as henna tattoo, is very popular among adults and children. This success is due to the fact that it is a painless skin ornamentation option and lasts only for a few days. However, there are many cases of allergic dermatitis linked to this type of tattoo and the main responsible for this problem are the p-phenyl diamine and some metals, including chromium and copper. The goal of this work was detect and quantify these metals in temporary tattoo ink, which can cause allergic reactions when found in concentrations over the limits that are considered safe and can accumulate in the organism, resulting in a number of health problems. In order to perform this study, ink samples were bought on the internet, digested using a mixture of nitric acid and hydrogen peroxide and analyzed by graphite furnace atomic absorption spectrometry (GF AAS). After optimizing the method, we decided that the digestion process was carried out in the following conditions: firstly, 2,0 g of sample were maintained in contact with 5 mL of concentrated nitric acid for 24 h. Afterwards, 2,5 mL of hydrogen peroxide solution were added and the obtained solution was heated on a hot plate until dryness. Then, the residue was dissolved with exactly 25 mL of a 10% (v/v) nitric acid solution (1.4 mol L-1). The proper pyrolysis and atomization temperatures for chromium and copper were determined. For chromium the optimum pyrolysis and atomization temperatures were 1700 ºC and 2800 ºC, respectively, whereas for copper theses temperatures were 1500 ºC and 2600 ºC, respectively. The limits of detection for chromium and copper were 0.24 and 0.04 μg L-1, respectively, and the limits of quantification were 0.82 μg L-1 for chromium and 0.15 μg L-1 for copper. The concentrations of copper and chromium found in the samples were in the ranges of 28.8 – 147 μg L-1 and 82.7 – 716 μg L-1, respectively. It is important to highlight that the black ink presented the highest concentrations of both metals.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Camadas que constituem a pele ... 14 Figura 2 - Planta Lawsonia inermis de onde se extraem o pigmento para henna... 15 Figura 3 - (a). Tinta de henna logo após a adição de 5 mL de HNO3 concentrado; (b). Tinta após 24 h de pré digestão; (c). Solução final da amostra após o aquecimento e aferição a 25 mL .. 24 Figura 4 - Esquema do processo de digestão por via úmida ... 24 Figura 5 - Estudo da variação do volume de peróxido na digestão da amostra de tinta analisado por espectrofotometria no UV-Vis ... 28 Figura 6 - Estudo da variação do volume de peróxido na digestão da amostra de tinta analisado por GF AAS ... 29 Figura 7 - Estudo da variação do volume de peróxido na digestão da amostra de tinta analisado por espectrofotometria no UV-Vis ... 30 Figura 8 - Estudo da variação do tempo de pré digestão da amostra de tinta analisado por GF AAS ... 31 Figura 9 - Estudo da variação da massa de tinta analisado por GF AAS ... 32 Figura 10 - Estudo da variação da variação de massa da amostra de tinta analisado por espectrofotometria no UV-Vis... 33 Figura 11 - Estudo das temperaturas ótimas de pirólise e atomização para o cromo ... 34 Figura 12 - Estudo das temperaturas ótimas de pirólise e atomização para o cobre ... 35 Figura 13 - (a). Curva analítica para determinação do cobre. (b). Curva para determinação do cromo ...36
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Concentração de cromo e cobre em produtos à base de henna encontradas nas bibliografias ... 21 Tabela 2 - Parâmetros instrumentais do GF AAS para análise das amostras ... 25 Tabela 3 - Programa de temperatura para o GF AAS para cromo e cobre ... 36 Tabela 4 - Parâmetros de mérito na determinação de cobre e cromo em tinta de tatuagem temporária de henna... 37 Tabela 5 - Concentrações, em μg.kg-1, de cobre e cromo em amostras de tintas de tatuagens temporárias de henna ... 37
LISTA DE ABREVIATURAS
AAS Espectrometria de absorção atômica (Atomic absorption spectrometry )
ANVISA Agência Nacional de Vigilância Sanitária
GF AAS Espectrometria de absorção atômica com forno de grafite (Graphite furnace
atomic absorption spectrometry)
ICP-AES Espectrometria de emissão atômica por plasma acoplado indutivamente (Inductively coupled plasma atom emission spectrometry)
ICP-MS Espectrometria de massa com plasma acoplado indutivamente (Inductively
coupled plasma mass spectrometry)
LD Limite de Detecção
LQ Limite de Quantificação
SUMÁRIO
1.INTRODUÇÃO ... 14
1.1. Cobre ... 16
1.2. Cromo ... 16
1.3. Espectrometria de Absorção Atômica por Forno de Grafite ... 17
2.OBJETIVOS ... 19 2.1. Objetivo Geral ... 19 2.2. Objetivos Específicos ... 19 3.REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ... 20 4.PARTE EXPERIMENTAL ... 22 4.1. Equipamentos e Materiais ... 22 4.2. Reagentes ... 22 4.3. Metodologia ... 23 4.3.1. Amostragem ... 23
4.3.2. Preparo das Soluções ... 23
4.4. Tratamento das Amostras ... 23
4.4.1. Digestão ... 23
4.4.2. Determinação de Cr e Cu em Tintas de Tatuagem Temporárias por GF AAS ... 25
4.4.3. Quantificação de Cr e Cu na Tinta ... 25
4.4.4. Determinação dos Limites de Detecção e de Quantificação ... 26
5. RESULTADOS E DISCUSSÕES ... 27
5.1. Avaliação do Processo de Digestão ... 27
5.1.1. Estudo da Influência da Adição de Peróxido de Hidrogênio... 27
5.1.2. Estudo da Influência do Tempo de Pré Digestão ... 29
5.1.3. Estudo da Variação de Massa de Amostra ... 31
5.2. Estudo das Temperaturas de Pirólise e Atomização para o Cromo ... 33
5.3. Estudo das Temperaturas de Pirólise e Atomização para o Cobre ... 35
5.4. Análise das Amostras ... 36
6. CONCLUSÕES ... 38
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1. INTRODUÇÃO
A arte de se tatuar provém de milhares de anos. O primeiro registro da tatuagem que se tem conhecimento é do ano 5300 a.C., do chamado Homem de Gelo cujo corpo foi encontrado intacto com diversas marcações (LEITÃO & ECKERT, 2000; TEOTONIO & ROSSI, 2011).
A tatuagem possui vários significados. No passado, era utilizada como pintura para simbolizar fertilidade, status social e masculinidade. Era utilizada em cerimônias de casamento e como proteção contra maus espíritos. Também já foi símbolo de marginalização e rebeldia, uma vez que era mais comum essa prática em prisões. Nos dias de hoje, as tatuagens são utilizadas tanto como forma de expressão cultural, quanto de simples decoração corporal (FORTE et al., 2009; LEITÃO & ECKERT, 2000; NETTIS et al., 2017; PERES, 2015; PIRES, 2014).
Para tatuagens permanentes, o pigmento é inserido na derme (Figura 1), uma camada profunda, abaixo da pele, por meio de uma agulha. Isso garante a permanência da tinta, fazendo com que o contato com o corante seja contínuo. Porém, algumas tintas são aplicadas sobre a pele e penetram apenas até a camada superficial da epiderme, o que faz com que, dentro de alguns dias, ela seja totalmente removida do corpo, a partir da renovação celular. Essas tatuagens são chamadas de temporárias e a mais comum é popularmente conhecida como “tatuagem de henna” (ARL, 2018; BOCCA et al., 2017; PIRES, 2014; VASOLD et al.,2008).
Figura 1: Camadas que constituem a pele.
A henna é proveniente da planta Lawsonia inermis (Figura 2), pertencente à família
Lythraceae, e é nativa de regiões da Índia, Sri Lanka e norte da África. Suas folhas são utilizadas
não só para pintura do corpo, cabelo e sobrancelhas, como também são aplicadas no tratamento de dermatites seborreicas e infecções de fungos. Segundo estudos de Mohammad e colaboradores (2012), elas também ajudam na cicatrização de queimaduras, inibindo o crescimento de bactérias (ERTEKIN et al., 2004; MUHAMMAD & MUHAMMAD, 2005; NERI et al., 2002).
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Figura 2: Planta Lawsonia inermis de onde se extrai a henna.
O corante da henna é feito a partir da trituração das folhas e da casca dos arbustos secos que, quando solubilizados em água, possuem a coloração marrom-avermelhada. A henna é aplicada em diversos produtos como cosméticos e xampus. O principal agente corante nas folhas é a Leisona (2-hidroxi-1,4- naftoquinona), também conhecida como laranja natural 6 (ERTEKIN et al., 2004; MARINHEIRO et al., 2017; MOHAMMAD et al., 2012; TANG et
al., 2019).
Para mudar a coloração natural da henna são inseridos aditivos, como o p-fenilenodiamina (PPDA), que torna a cor mais escura e duradoura. Também são adicionados à pasta aquosa sais inorgânicos de metais para conferir cores diferentes à tinta. Essas substâncias podem ser absorvidas pela pele e se acumular no organismo, podendo causar dermatites alérgicas, entre outros problemas (BETLIN, 2007; LORES, 2019; MANSUR et al., 2005; MASCARENHAS et al., 2002).
As crianças são a parcela da população mais afetada com problemas alérgicos causados pela tatuagem de henna. Isto ocorre porque são elas que estão mais expostas à essa prática, uma vez que possui baixo custo, sua aplicação é indolor, não há riscos de adquirir doenças como hepatite e sua duração na pele varia de 1 a 2 semanas, apenas. Está cada vez mais popular o oferecimento desses serviços em festas infantis e especialmente em praias, onde não há fiscalização da qualidade do material que está sendo aplicado (SUKUROGLU, BATTAL & BURGAZ, 2016).
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1.1. COBRE
O cobre é um metal de transição pertencente ao grupo 11 da tabela periódica. É dúctil, maleável e possui abundância na crosta terrestre de aproximadamente 0,006%. Na natureza, é encontrado associado a outros elementos formando minerais como a malaquita – Cu2(CO3)(OH)2 –, a calcocita – Cu2S –, e a calcopirita – CuFeS2. Sua extração se dá através da aplicação de altas temperaturas, sob as quais, o metal se funde e assim é separado das impurezas (LEE; RODRIGUES, GUERRA & SILVA, 2012; MUSEUHE).
O cobre é um dos micronutrientes essenciais aos animais e plantas estando presente, por exemplo, no sangue de moluscos e no cérebro humano (SARGENTELLI et al., 1995;). O cobre pode ser encontrado em 4 estados de oxidação Cu0, Cu+, Cu3+ e Cu2+, sendo este último o predominante nas células. A principal função do cobre no corpo é a de transportar elétrons nas reações enzimáticas, estando presente na respiração celular, na síntese da melanina e na transcrição genética. (BARCELOS, 2008; DELGADINHO, 2014; DÍAZ et al., 2015).
A falta desse nutriente no corpo causa diversos problemas como, por exemplo, deficiências imunológicas e doenças ósseas (MACÊDO et al., 2010; RODRIGUES, GUERRA & SILVA, 2012). Em contrapartida, seu excesso pode causar problemas hepáticos e renais, anemias, dores de cabeça, entre outros. Por isso a Anvisa possui resoluções que estabelecem a quantidade de cobre que pode ser ingerida pelo ser humano na alimentação, bem como a resolução nº 44 que estabelece o valor máximo de cobre permitido em corantes para serem aplicados na pele. Esse valor não pode exceder 100 ppm, uma vez que esse elemento também pode ser absorvido pela pele através de cosméticos ou tintas de tatuagem (BARCELOS, 2008; DÍAZ et al., 2015).
1.2.CROMO
O cromo é pertencente ao Grupo 6 da tabela periódica e sua abundância na crosta terrestre está em torno de 0,02%. Existe nos estados de oxidação Cr0, Cr3+e Cr6+, sendo a forma 3+ a mais encontrada nos alimentos e a forma 6+ tóxica. O cromo é um importante nutriente e sua principal função no organismo é regular a absorção da glicose (GOMES et al., 2005; LEE;). A falta desse micronutriente no organismo pode ocasionar problemas como diabetes e doenças cardiovasculares. Já a contaminação por cromo pode causar doenças respiratórias –
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caso ele seja inalado –, hepatite e problemas gástricos. O contato com esse metal, assim como o níquel e o cobalto, é um dos principais causadores de doenças de pele como a dermatite de contato (CHUKWUJINDU et al., 2016; DUARTE et al., 2005; FILHO, 2001; GALVÃO & COREY, 1987).
Devido aos problemas alérgicos e de saúde observados quando da acumulação desse metal no organismo, a Anvisa também regulamenta o limite de cromo presente em cosméticos na quantidade de 100 ppm. Apesar dessa regulamentação como limite de segurança, Basketter e colaboradores, em 2003, propuseram como nível seguro de contato com este metal a concentração de 1 ppm, o que preveniria tanto reações de pessoas não sensíveis ao cromo quanto das sensíveis.
1.3.ESPECTROMETRIA DE ABSORÇÃO ATÔMICA COM FORNO DE GRAFITE
Uma das maneiras mais utilizadas para se determinar a concentração de metais em diferentes tipos de amostras se dá com a aplicação da técnica de espectrometria de absorção atômica. Ela se baseia na absorção de radiação eletromagnética por átomos de um determinado analito, em seu estado gasoso e fundamental. Esta radiação eletromagnética é emitida por uma fonte luminosa (P0) e, após atravessar o vapor atômico, onde é atenuada devido ao processo de absorção, é captada por um detector (P). Através da razão entre P e P0 é possível medir a transmitância, cuja relação com a absorvância é largamente conhecida. Já a absorvância é diretamente proporcional à concentração, conforme expresso pela Lei de Lambert-Beer (Equação 1). (KRUG et al., 2004).
A quantificação da concentração do analito na amostra se dá pela aplicação da Lei de Lambert-Beer, que determina que a concentração do analito está diretamente relacionada com o valor da absorvância da amostra (ROBINSON, 1994).
A = - log T = abc (Equação 1) Onde:
A = absorvância
a = absortividade molar
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c = concentração
A espectrometria de absorção atômica (AAS) se apresenta como uma excelente alternativa para determinação de metais traço, pois independe da forma como o metal a ser determinado se apresenta na amostra, uma vez que este será levado, a partir do atomizador, ao seu estado gasoso. A espectrometria de absorção atômica também apresenta uma excelente seletividade e isso permite quantificar metais em amostras complexas como sangue, solo, órgãos, água, entre outros (FERREIRA et al., 2008; OLIVEIRA & NOMURA, 2006).
Os instrumentos que realizam esse tipo de análise apresentam, basicamente, uma fonte de emissão de energia luminosa – onde geralmente são utilizadas lâmpadas de catodo oco -, um atomizador – que pode ser uma chama, um forno de grafite, ou ainda um sistema de geração de vapor frio ou hidretos –, um monocromador e um detector. Apesar das diversas vantagens, a análise AAS pode apresentar algumas interferências (ROBINSON, 1994; SKOOG et al., 2009). O atomizador mais utilizado é a chama, porém o forno de grafite se apresenta como uma técnica mais sensível, podendo quantificar concentrações de metais a nível traço (μg kg-1) e também permite analisar, diretamente, amostras no estado sólido (NETO, MORAES & FERNANDES, 2003; OLIVEIRA & NOMURA, 2006).
Na Espectrometria de absorção atômica com forno de grafite (GF AAS), a amostra é inserida em um tubo de grafite e esta passa por três etapas: secagem, pirólise e atomização. Na etapa de secagem, a temperatura é elevada até um determinado valor, necessário para retirar a água presente; após isto, a temperatura é elevada o suficiente para que toda a matriz seja decomposta pelo aquecimento – o que conhecemos como pirólise – e enfim a temperatura é levada a uma faixa de 2000 à 3000 ºC para que o metal seja atomizado e assim possa se concluir a análise (SKOOG et al., 2009).
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2. OBJETIVOS
2.1. OBJETIVO GERAL
Determinar a concentração dos metais cromo e cobre presentes em tintas utilizadas em tatuagens temporárias, amplamente comercializadas, utilizando a técnica de espectrometria de absorção atômica com forno de grafite (GF AAS).
2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Avaliar as condições de digestão da amostra;
Realizar estudos sobre a influência do volume de peróxido na digestão; Observar a influência do tempo de descanso das amostras;
Estudar a influência da massa de amostra;
Determinar as temperaturas ótimas de pirólise e atomização para realizar a determinação dos metais por GF AAS;
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3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Mediante a adição de substâncias orgânicas e metais tóxicos, para aumentar a durabilidade e modificar a coloração da tinta, ou pela incorporação desses metais através da contaminação do solo onde as plantas Lawsonia inermis são cultivadas, é necessária análise e monitoramento desses metais presentes nessas tintas comercializadas. Tendo em vista que essas substâncias, em grandes quantidades no organismo, podem causar problemas de saúde e irritações dermatológicas que afetam principalmente as crianças que são mais sensíveis a estas substâncias.
Apesar da importância de se ter conhecimento da qualidade desses produtos, poucos estudos foram realizados relacionados a metais em tintas de tatuagens temporárias. Os estudos são mais voltados para metais em tintas de tatuagens permanentes e maquiagens em geral.
Para, especificamente, tatuagens temporárias de henna foi encontrada apenas uma referência de um estudo realizado sobre as tatuagens temporárias vendidas na Turquia em 2016 por SUKUROGLU e colaboradores. As outras bibliografias, Tabela 1, determinaram metais em produtos de henna, mas não especificaram se os produtos eram vendidos com a finalidade de pintar a pele. Porém, a base para realizar a coloração, tanto para tatuagens quanto para colorante de cabelo e sobrancelha, a base de henna é a utilização da pasta aquosa das folhas e galhos secos e macerados.
Para o Brasil não foi encontrada referência sobre esse tipo de estudo, o que alerta sobre a necessidade de se monitorar esses produtos. Visto que há crescente procura por esse tipo de serviço nas praias do litoral do país e poucas informações dos órgãos responsáveis sobre quais substâncias de fato são permitidas e qual a concentração máxima em que elas podem estar presentes para que não afetem a saúde de quem o consome.
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Tabela 1: Concentração de cromo e cobre em produtos à base de henna encontradas nas
bibliografias. Cr (mg kg-1) Cu (mg kg-1) Técnica Utilizada Preparo de Amostra Referência 2,0 – 4,8 0,12 – 8,3 MS/ ICP-AES Digestão por microondas HANSEN et al., 2005 1,3 – 15,75 0,84 – 118,9 ICP-MS Digestão por
microondas IBRAHIN et al., 2016 35,0 – 76,9 (não foi determinado) ICP-MS Digestão ácida com H2O2 SUKUROGLU, BATTAL & BURGAZ, 2016
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4. PARTE EXPERIMENTAL
4.1. EQUIPAMENTOS E MATERIAIS
Espectrômetro de absorção atômica Varian AA240Z (Mulgrave Austrália) com forno de grafite GTA 120, com corretor de fundo baseado no efeito Zeeman, equipado com amostrador automático Varian PSD 120 e lâmpadas de catodo oco para cobre ecromo da Varian. Tubos de grafite com plataforma de L’vov (Varian) e gás de proteção argônio com 99,99% de pureza (Linde Gases) (Macaé, Brasil); Sistema de purificação de água da marca Millipore, modelo Direct Q-3, Milford,
MA, USA;
Balança analítica da marca Shimadzu, modelo AY220, exatidão de 0,1 mg e capacidade máxima de 220 g;
Espectrofotômetro de absorção molecular UV-Vis Agilent Tecnologies, modelo Cary 60; cubeta de quartzo com 1 cm de caminho óptico;
Placa de aquecimento Fisatom, modelo 752 A.
4.2. REAGENTES
Água ultrapura 18,2 mΩ cm-1 (sistema Direct Q-3, Millipore, Milford, MA, USA); Ácido nítrico concentrado (Tedia, Fairfield, USA);
Peróxido de hidrogênio (Sigma-Aldrich, St. Louis, USA); Padrão de Cu 1000 mg L-1 (Tedia, São Paulo, Brasil); Padrão de Cr 1000 mg L-1 (Tedia, São Paulo, Brasil);
Todo o material utilizado passou por descontaminação. Ponteiras de micropipetas, vials, vidrarias e tubos de polietileno de 15 e 50 mL foram lavados com detergente, enxaguados com água corrente e, em seguida, enxaguados com água ultrapura. Após isto, foram colocados em solução de HNO3 10% por, no mínimo, 24 h. Após o tempo de descontaminação o material foi enxaguado com água ultrapura e seco em estufa a 60 ºC.
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4.3. METODOLOGIA
4.3.1. AMOSTRAGEM
As amostras de tinta temporária foram adquiridas entre março e agosto de 2019, pela internet, em lojas que comercializam o produto através do sítio Mercado Livre. As marcas utilizadas foram Golecha, nas cores preta e azul, e Sehnaaz, na cor vermelha.
4.3.2. PREPARO DAS SOLUÇÕES
As soluções padrão de cobre e cromo utilizadas foram sempre preparadas no mesmo dia em que seriam feitas as análises. A preparação foi feita através de diluições de soluções estoque de 1000 mg L-1 acidificados dos metais e foram avolumadas com água ultrapura. As soluções de ácido nítrico 10% (v/v) foram preparadas nos dias em que foram preparadas as amostras.
4.4. TRATAMENTO DAS AMOSTRAS
4.4.1. DIGESTÃO
Foram pesados 2 g de cada tinta e em seguida foram adicionados 5 mL de ácido nítrico concentrado e destilado, Figura 3a. Após descanso de 24 h, Figura 3b, foram adicionados a cada amostra 2,5 mL de peróxido de hidrogênio e foi realizada a digestão em chapa de aquecimento, até que o volume se reduzisse próximo à secura. Ao resfriar, as amostras foram avolumadas para 25 mL com solução aquosa de HNO3 10%, conforme está resumido na Figura 4.
Todas amostras analisadas foram preparadas em duplicata real.
O branco foi preparado de forma semelhante às amostras com a exceção da adição da tinta de tatuagem temporária.
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(a) (b)
(c)
Figura 3: (a). Tinta de henna logo após a adição de 5 mL de HNO3 concentrado; (b). Tinta após 24 h de pré digestão; (c). Solução final da amostra após o aquecimento e aferição a 25 mL.
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4.4.2. DETERMINAÇÃO DE Cr E Cu EM TINTAS DE TATUAGEM TEMPORÁRIAS POR GF AAS
Para análise foram injetados 20 μL de amostra no forno de grafite. As amostras foram analisadas em duplicata e foram preparadas duplicatas reais da mesma amostra. As temperaturas e o tempo de secagem utilizados foram os utilizados comumente no laboratório. Os parâmetros instrumentais estão indicados na Tabela 2.
Tabela 2: Parâmetros instrumentais do GF AAS para análise das amostras.
Parâmetros Cr Cu
Gás de purga Argônio Argônio
Comprimento de onda (nm) 357,9 324,8
Corrente da lâmpada (mA) 2,0 3,0
Largura da fenda (nm) 0,5 0,5
Modo de medição Área do pico Área do pico
4.4.3. QUANTIFICAÇÃO DE Cr e Cu NA TINTA
Foram feitas curvas analíticas, independentes, com padrões de concentrações conhecidas de cada metal para estabelecer relação entre a concentração e o sinal analítico dado pelo equipamento. A partir disso, os metais foram quantificados a partir da Equação 2:
𝐶 = (𝑆−𝑏
𝑎 ) × 𝑓 Onde:
C = concentração determinada de metal na amostra; b = coeficiente linear obtido da curva analítica; a = coeficiente angular obtido da curva analítica; S = sinal analítico;
f = fator de diluição.
A curva de calibração para o cromo foi feita por meio de padrões na faixa de concentração de 0,8 a 25 μg L-1. Já para o cobre foi realizada uma curva com concentrações entre 0,2 e 40 μg L-1.
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4.4.4. DETERMINAÇÃO DOS LIMITES DE DETECÇÃO E DE QUANTIFICAÇÃO
O limite de detecção se define como a menor quantidade que um analito pode ser detectado por um equipamento, já o limite de quantificação se resume à menor concentração de um analito que pode ser determinada com exatidão e precisão (INMETRO, 2007). Esses limites utilizam como base os resultados obtidos através da análise do branco, pois leva em conta o ruído do equipamento.
O limite de quantificação, Equação 3, e o de detecção, Equação 4, do equipamento foram calculados utilizando-se como base os sinais resultantes da análise dos brancos e os coeficientes angulares obtido das equações resultantes das curvas de calibração (PENHA, 2017).
𝐿𝑄 =10𝜎𝑏 𝑠 𝐿𝐷 = 3𝜎𝑏 𝑠 (Equação 3) (Equação 4) Onde:
σb = desvio padrão do branco; s = sensibilidade da curva analítica.
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5. RESULTADOS E DISCUSSÕES
A ideia inicial deste trabalho, conforme consta nos objetivos, foi realizar a determinação de Cr e Cu em tinturas utilizadas em tatuagens temporárias por espectrometria de absorção atômica com forno de grafite. Entretanto, para que isto fosse possível, foi necessário realizar a digestão total da amostra, tendo em vista que não houve a possibilidade de efetuar a introdução direta da amostra no instrumento devido às suas características físicas (alta viscosidade).
O método de digestão escolhido foi o por via úmida, em frasco aberto e aquecimento convectivo, empregando HNO3 concentrado e peróxido de hidrogênio. O processo de digestão foi monitorado através dos espectros UV-visível dos digeridos obtidos, levando-se em consideração que quanto mais eficiente a digestão, menor a absorção de radiação na região espectral escolhida.
Conforme expresso metodologia, o processo de digestão foi sempre levado a cabo através da pré-digestão de uma determinada massa de amostra com 5 mL de HNO3 concentrado e posterior adição de peróxido de hidrogênio. Depois de decorrido o tempo de pré-digestão estudado, a solução obtida foi levada à secura e o resíduo obtido foi retomado com 25 mL de solução de HNO3 a 10% v/v (1,4 mol L-1). Para fins de avaliação do processo de digestão foram variados alguns parâmetros: (i) volume de solução de peróxido de hidrogênio adicionado, (ii) tempo de pré-digestão e (iii) massa de amostra. O volume de HNO3 concentrado utilizado no processo permaneceu constante (5 mL) em todos os estudos. Todos os estudos relacionados à digestão da amostra foram realizados com a amostra de tinta preta.
5.1. AVALIAÇÃO DO PROCESSO DE DIGESTÃO
5.1.1. ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA ADIÇÃO DE PERÓXIDO DE HIDROGÊNIO
Primeiramente, foram realizados estudos para observar a influência da adição de peróxido de hidrogênio sobre a digestão da amostra. Para isso, foram testados os seguintes volumes de H2O2: 0; 1,0; 2,5; 5,0 e 10,0 mL. A adição de peróxido de hidrogênio ocorreu minutos antes das soluções serem aquecidas na chapa.
Visualmente, já foi possível observar uma diferença nas colorações das soluções finais após a digestão, que foram de um amarelo intenso, na amostra sem adição de peróxido, para um amarelo claro na amostra contendo 10 mL de H2O2. Para determinar se, de fato, os diferentes volumes de peróxido de hidrogênio influenciaram na digestão, as soluções finais foram
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analisadas por espectrofotometria no UV-Vis (Figura 5) e foi observado um sinal de absorvância em 355 nm, inversamente proporcional ao volume de H2O2, mostrando que quanto maior foi o volume de peróxido de hidrogênio adicionado, maior foi a eficiência de digestão da matéria orgânica em um mesmo intervalo de tempo. Este comportamento já era esperado, uma vez que o peróxido é um oxidante forte que auxilia o HNO3 na decomposição de substâncias orgânicas (BIZZI, 2012).
Pode-se observar, também pela Figura 5, que os espectros das amostras com 1 mL de peróxido de hidrogênio apresentaram maior valor de absorvância do que as amostras onde não foi utilizado H2O2. Provavelmente, essa discrepância se deu devido à formação de um produto como consequência da reação de componentes da amostra com o peróxido de hidrogênio, uma vez que os espectros contendo peróxido são semelhantes entre si, apenas diminuindo a intensidade do sinal, e possuem o perfil diferente das amostras que não contém H2O2. À medida que o volume de peróxido adicionado foi aumentado, esse produto foi sendo consumido, e assim diminuía a intensidade do sinal.
Figura 5: Estudo da variação do volume de peróxido na digestão da amostra de tinta analisado
por espectrofotometria no UV-Vis.
Ao analisar as mesmas soluções por GF AAS (Figura 6), a fim de medir os sinais analíticos relativos ao cobre e ao cromo, considerou-se que não havia variação significativa dos sinais nos experimentos em que a adição de peróxido de hidrogênio foi entre 0 (sem adição) e 2,5 mL. Para adições de volumes maiores de peróxido, entretanto, observou-se uma queda do
300 350 400 450 500 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 Abso rvâ n ci a Comprimento de onda (nm) A1_0 A2_0 A1_1 A2_1 A1_2,5 A2_2,5 A1_5 A2_5 A1_10 A2_10
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sinal analítico, possivelmente houve perda dos metais devido à alta efervescência provocada por grandes concentrações de peróxido de hidrogênio durante a etapa de aquecimento que arrastaram esses metais. Sendo assim, optou-se por utilizar um volume de peróxido de hidrogênio de 2,5 mL para auxiliar a digestão da matétia orgânica, como uma condição de compromisso para obtenção de maiores sinais (principalmente para o cobre) e uma maior eficiência de decomposição da matéria orgânica.
Figura 6: Estudo da variação do volume de peróxido na digestão da amostra de tinta analisada por GF AAS.
5.1.2. ESTUDO DA INFLUÊNCIA DO TEMPO DE PRÉ-DIGESTÃO
Com o intuito de analisar a influência do tempo de pré-digestão na decomposição da matéria orgânica presente nas amostras, foram estudadas pré-digestões nos seguintes tempos de descanso: 1 h, 4 h, 7 h, 18 h e 24 h, sempre com 5 mL de HNO3 concentrado. As amostras também foram analisadas por espectrofotometria de UV-Vis (Figura 7) e foi constatado que quanto maior o tempo de pré-digestão, menor a concentração de matéria orgânica remanescente nas soluções finais. Sendo assim, o tempo de 24 h de pré-digestão apresentou o melhor resultado. Esse resultado também foi facilmente observado visualmente, pois as soluções das primeiras horas continham sólidos da tinta ainda presentes na solução, o que não ocorreu com as amostras submetidas à pré-digestão por 7 h, 18 h e 24 h, que estavam límpidas ou praticamente límpidas no momento em que foram levadas ao aquecimento.
0 2 4 6 8 10 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 Abso rvâ n ci a I n te g ra d a (s) Volume de H2O2 (mL) Cromo Cobre
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Figura 7: Estudo da variação do tempo de pré-digestão da amostra de tinta analisado por
espectrofotometria no UV-Vis.
As soluções foram analisadas no GF AAS (Figura 8) e foi observado que os sinais permaneceram praticamente constantes, indicando que a etapa de pirólise foi suficiente para eliminar de modo eficiente a matéria orgânica que ainda estava presente nos digeridos de modo que esta não causasse interferência nas medições por GF AAS. Mesmo assim, o tempo de 24 h foi o escolhido porque apresentava, após o tempo de descanso, a menor quantidade de sólidos, indicando que a decomposição da matéria orgânica havia sido mais eficiente.
300 350 400 450 500 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 Ab so rvâ n ci a Comprimento de onda (nm) A1_1h A2_1h A1_4h A2_4h A1_7h A2_7h A1_18h A2_18h A1_24h
31
Figura 8: Estudo da variação do tempo de pré-digestão da amostra de tinta analisado por GF
AAS.
5.1.3. ESTUDO DA VARIAÇÃO DA MASSA DE AMOSTRA
Um dos parâmetros mais relevantes do procedimento proposto é a massa de amostra usada na digestão. A possibilidade de digestão de maiores massas de amostra, em sistema aberto, à pressão atmosférica, foi de fundamental importância para que fosse possível medir de modo adequado os sinais dos analitos, uma vez que esperava-se por concentrações traço destes nas amostras. Assim, a fim de investigar a influência deste parâmetro, foram realizadas digestões, em duplicata real, com as seguintes massas de amostra: 0,5 g; 1,0 g; 2,0 g e 3,0 g. Como esperado, foi observada uma linearidade entre a massa de amostra e os sinais analíticos, tanto de cromo quanto de cobre (Figura 9).
0 5 10 15 20 25 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 Abso rvâ n ci a I n te g ra d a (s) Tempo (h) Cromo Cobre
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Figura 9: Estudo da variação da massa de tinta analisada por GF AAS.
Nesse estudo também foram verificados os espectros obtidos por espectrofotometria de UV-Vis das soluções finais (Figura 10). Assim como previsto, a intensidade dos mesmos foi reduzida com a diminuição da massa de amostra utilizada no experimento. Evidentemente, quanto maior a massa de amostra, maior a quantidade de ácido nítrico e peróxido necessária para digerir as amostras igualmente em um mesmo intervalo de tempo. Como estes parâmetros foram mantidos constantes, a digestão foi menos eficiente com o aumento da massa. Como não foram observados sólidos ao final da digestão com de 2,0 g de amostra, essa massa foi escolhida para o procedimento com o intuito de facilitar a quantificação dos analitos nas amostras.
0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 y = 0,025614x +0,004078 R2 = 0,9905 y = 0,105288x+ 0,010007 R2 = 0,9988 Abso rvâ n ci a I n te g ra d a (s) Massa de amostra (g) Cromo Cobre
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Figura 10: Estudo da variação da variação de massa da amostra de tinta analisado por
espectrofotometria no UV-Vis.
5.2. ESTUDO DAS TEMPERATURAS DE PIRÓLISE E ATOMIZAÇÃO PARA O CROMO
Para determinar a temperatura ótima de pirólise do cromo, foi preparado um padrão na concentração de 10 μg L-1 e este foi analisado variando-se a temperatura de 600 ºC à 2400 ºC. A temperatura de atomização utilizada nessa etapa foi de 2700 ºC, conforme recomendado pelo manual do próprio equipamento. Após a análise com o padrão aquoso, a mesma varredura foi realizada utilizando-se o extrato. Os resultados estão apresentados no gráfico da Figura 11.
300 350 400 450 500 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 Ab so rvâ n ci a Comprimento de onda (nm) A2_3g A1_3g A2_2g A1_2g A1_1g A2_1g A2_0,5g A1_0,5g
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Figura 11: Estudo das temperaturas ótimas de pirólise e atomização para o cromo.
Os perfis das curvas de pirólise e atomização obtidas para o padrão aquoso e para o digerido foram muito similares, indicando que, possivelmente, não houveram interferências significativas na medição do cromo nas soluções obtidas após a digestão da amostra.
No gráfico, pode-se observar que a temperatura de atomização tenderia a continuar subindo e, para uma avaliação ideal da temperatura de atomização, seria necessário que essa curva se tornasse constante em termos de absorvância. Porém, o equipamento não permite aumentar a temperatura de atomização para valores superiores a 3000 ºC. Esse crescente aumento da curva se deve ao fato do cromo ser um metal muito estável termicamente, o que faz com que mesmo em altas temperaturas ele resista à atomização.
Deste modo, a temperatura de pirólise de 1700 ºC foi então escolhida para o cromo, pois nesta condição observou-se um sinal elevado e constante antes deste começar a decair, significando que esta temperatura era adequada para decompor toda matriz orgânica sem que fosse perdido o analito na análise. Já para a atomização foi fixada a temperatura de 2800 ºC porque se observou que, apesar do sinal da absorvância não ter estabilizado totalmente, a variação do sinal do extrato não estava tão alta e isso indicava que a temperatura já estava próxima da ideal.
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5.3. ESTUDO DAS TEMPERATURAS DE PIRÓLISE E ATOMIZAÇÃO PARA O COBRE
O mesmo procedimento foi realizado para determinar as temperaturas de pirólise e atomização ótimas para analisar o cobre. A varredura da temperatura de pirólise foi feita entre 600 e 2000 ºC (Figura 12) e foi escolhida a temperatura de 1500 ºC, pois apresentou bons sinais de absorvância tanto para o extrato, quanto para o padrão que seria utilizado para fazer a curva de calibração posteriormente.
Figura 12: Estudo das temperaturas ótimas de pirólise e atomização para o cobre.
Assim como no caso do cromo, os perfis das curvas obtidas para o padrão aquoso e para o digerido foram muito similares, indicando uma possível ausência de interferências na medição do cobre nas soluções obtidas após a digestão da amostra.
Como pode se observar, a temperatura de atomização do cobre, diferentemente do cromo, se estabilizou (principalmente no caso do padrão aquoso) e a temperatura escolhida foi de 2600 ºC.
Mediante os resultados obtidos nestes estudos, os programas de temperatura para medição de Cr e Cu por GF AAS foram estabelecidos, utilizando-se as condições de secagem recomendadas pelo fabricante. Os programas de temperatura são apresentados na Tabela 3.
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Tabela 3: Programa de temperatura para o GF AAS para cromo e cobre.
Etapa Temperatura (ºC) Rampa (s) Vazão de gás (L
min-1) Secagem 1 95 5 0,3 Secagem 2 120 10 0,3 Pirólise 1500 (Cu); 1700 (Cr) 5 0,3 Atomização 2600 (Cu); 2800 (Cr) 1 0,0 Limpeza 2700 (Cu); 2900 (Cr) 2 0,3
5.4. ANÁLISE DAS AMOSTRAS
Para quantificar as concentrações de Cu e Cr nas amostras de tinta foi feita uma curva de calibração com padrões que apresentaram os perfis apresentados na Figura 13:
(a) (b)
Figura 13: (a). Curva analítica para determinação do cobre. (b). Curva para determinação do
cromo.
Pode ser observado mediante os gráficos acima que a curva possui comportamento linear, uma vez que os coeficientes de determinação (R2) ficaram acima de 0,99. A partir dos sinais de resposta obtidos e da equação proveniente da curva de calibração os parâmetros de mérito foram determinados (Tabela 4). 0 5 10 15 20 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 y = 0,0198 x + 0,0062 R2 = 0,9943 Abso rvâ n ci a i n te g ra d a (s -1 ) Concentração de cromo (g.L-1 ) Cromo 0 10 20 30 40 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 y = 0,0064 x - 0,0013 R2 = 0,9998 Abso rvâ n ci a I n te g ra d a (s -1 ) Concentração de cobre (g.L-1 ) Cobre
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Tabela 4: Parâmetros de mérito na determinação de cobre e cromo em tinta de tatuagem
temporária de henna. Parâmetros Cr Cu Faixa de Estudo (μg L-1) 0,8 - 20 0,2 - 40 Equação de regressão A = 0,0198 [Cr (µg L-1] + 0,0062 A = 0,0064 [Cu (µg L-1] -0,0013 R2 0,9943 0,9998 LDsolução (μg L-1) 0,24 0,04 LQsolução (μg L-1) 0,8 0,2 LDamostra (μg kg-1) 3 0,5 LQamostra (μg kg-1) 10 2
Na Tabela 5 pode-se notar que todas as amostras apresentaram tanto cromo quanto cobre em sua composição em concentrações superiores aos limites de quantificação, sendo a amostra de cor preta a que apresentou as maiores concentrações desses metais. Isso pode ser devido a alguns fatores como acréscimo de maior quantidade de sais para que apresentasse uma coloração em tons mais escuros. Os metais presentes também podem ter sido inseridos por contaminação no processo de fabricação dos produtos ou contaminação do solo onde a planta está localizada, uma vez que as tintas azul e preta apresentaram as maiores concentrações de ambos os metais e pertenciam a mesma marca.
Tabela 5: Concentrações, em μg kg-1, de cobre e cromo em amostras de tintas de tatuagens temporárias de henna. Resultados expressos como média desvio padrão (n = 3).
Amostra Cr (μg kg-1) Cu (μg kg-1)
Azul 321 ± 5 76,8 ± 1,6
Vermelha 82,7 ± 1,7 28,8 ± 0,7
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Apesar de serem encontrados traços desses metais nas tintas analisadas, nenhuma amostra continha concentração acima da permitida pela Anvisa em cosméticos, que é fixada em 100 mg kg-1. Também não se encontrou concentração acima da recomendada como limite de segurança para prevenir dermatites alérgicas que é de 1 mg kg-1 (BASKETTER et al., 2003), equivalente a 1000 μg kg-1.
6. CONCLUSÕES
A digestão por via úmida, utilizada, foi suficiente para liberação dos analitos da amostra para a solução, o que a torna uma boa opção, uma vez que, a digestão com ácido nítrico e peróxido de hidrogênio por aquecimento em placa é simples e os reagentes são os comumente utilizados em laboratório. A técnica de espectrometria de absorção atômica em forno de grafite também mostrou bons resultados, apresentando boa sensibilidade na análise fazendo com que a determinação possa ser feita utilizando um equipamento mais barato e mais facilmente encontrado nos laboratórios do que o ICP-MS, que geralmente é o utilizado para determinação de metais traço neste tipo de amostra.
Apesar das amostras analisadas não terem apresentado resultados acima dos limites, é necessária maior preocupação das autoridades que fiscalizam produtos como este para que possa ser certificada a sua segurança para uso, pois não há, até o momento, leis específicas para assegurar a qualidade de tintas de tatuagem temporárias.
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