AUTARQUIA ASSOCIADA UNIVERSIDADE DE SO PAULO

DEGRADAO DE PROFENOFS EM SOLUO AQUOSA E EM ERVILHAS

PROCESSADAS POR FEIXE DE ELTRONS E A SNTESE DE POLMEROS

IMPRESSOS PARA EXTRAO SELETIVA DESSE PESTICIDA

Flvio Thihara Rodrigues

Tese apresentada como parte dos

requisitos para obteno do Grau de

Doutor em Cincias na rea de Tecnologia

Nuclear - Aplicaes

Orientadora:

Profa. Dra. Anna Lucia Casaas Haasis

Villavicencio

Co-orientador:

Prof. Dr. Eric Marchioni

So Paulo

2015

INSTITUTO DE PESQUISAS ENERGTICAS E NUCLEARES

Autarquia associada Universidade de So Paulo

DEGRADAO DE PROFENOFS EM SOLUO AQUOSA E EM ERVILHAS

PROCESSADAS POR FEIXE DE ELTRONS E A SNTESE DE POLMEROS

IMPRESSOS PARA EXTRAO SELETIVA DESSE PESTICIDA

Flvio Thihara Rodrigues

Tese apresentada como parte dos

requisitos para obteno do Grau de

Doutor em Cincias na rea de Tecnologia

Nuclear - Aplicaes

Orientadora:

Profa. Dra. Anna Lucia Casaas Haasis

Villavicencio

Co-orientador:

Prof. Dr. Eric Marchioni

Verso Corrigida Verso Original disponvel no IPEN

So Paulo

2015

AGRADECIMENTOS

Dra. Anna Lucia C. H. Villavicencio por todos os conselhos,

ensinamentos, confiana e apoio.

Ao Dr. Eric Marchioni por ter me recebido junto equipe de Chimie

Analytique des Molcules BioActives (CAMBA) da Universidade de Strasbourg,

contribudo para o desenvolvimento e estruturao deste trabalho.

Dra. Diane Julien-David e Dra. Sonia Lordel por compartilhar

conhecimento de qumica analtica, transmitir as instrues de manipulao dos

equipamentos de cromatografia e realizao da parte experimental deste trabalho.

Aos pesquisadores Dra. Cline Clayeux, Dr. Christophe Marcic,

Dra. Franoise Bindler, Dra. Martine Bergaentzl, Dra. Minjie Zhao, Dr. Sad

Ennahar pelo convvio harmonioso, por serem receptivos, esclarecerem dvidas

diversas, contribuies cientficas e pessoais.

Ao Dr. Wilson Aparecido Parejo Calvo, Dra. Margarida Hamada e

Dra. Mnica Beatriz Mathor pelo auxlio na resoluo dos problemas do dia-a-dia

e pelas palavras de incentivo.

Arial, principalmente ao Dr. Florentz Kuntz, Dr. Alan Strasser e Ludovic

Frechard pela ajuda concedida e por disponibilizarem as instalaes para a

realizao das irradiaes.

Ana Claudia Martinelli Feher, Claudia Regina Nolla, Marcos Cardoso da

Silva e Myriam Benelhocine pela ajuda nos assuntos administrativos.

Ao Dr. Michel Mozeika Arajo, um grande amigo, que sempre esteve

disposto a me ajudar e a solucionar qualquer dvida cientfica.

Ao Collge Doctoral Europen (CDE) pela hospitalidade e pela excelente

prestao de servios.

Aos alunos de iniciao cientfica Hugues Zimmermann e Loic Bonne que

me auxiliaram nas anlises com polmeros impressos e compartilharam bons

momentos em Strasbourg.

Diviso de Ensino do Instituto de Pesquisas Energticas e Nucleares

(IPEN) e ao Centro de Tecnologia das Radiaes (CTR) por terem ajudado a

concretizar este trabalho.

https://br.linkedin.com/pub/ana-claudia-martinelli-feher/6a/871/3bahttps://pt-br.facebook.com/mmozeikahttps://fr-fr.facebook.com/pages/R%C3%A9sidence-du-Coll%C3%A8ge-doctoral-europ%C3%A9en-Universit%C3%A9-de-Strasbourg/109224585785233

Universidade de So Paulo e Universidade de Strasbourg por

disponibilizarem as instalaes fsicas para realizao desta pesquisa.

Aos colegas de trabalho da Universidade de Strasbourg Me Mathieu

Ostermann, Dr. Fernando Jonathan Lona Ramrez, Ma Ikram Hammi, Dr. Remmelt

Van der Werf e Dra. Li Zhou.

Aos colegas do IPEN Dra. Amanda Cristina Koike, Ma Anglica Barbezan,

Dr. Gustavo Bernardes Fanaro, Dr. Marcelo Augusto Gonalves Bardi, Dra.

Mrcia Ribeiro, Dra. Patrcia Takinami e Dr. Renato Duarte.

Aos amigos que sempre me ajudaram distante ou prximos com conselhos

e contribuies com este trabalho: Dra. Aniele Fischer Brand, Edmar Braga,

Ma Daiane Cristine de Souza, Dr. Jeferson Moreto, Dra. Marlene Bampi, Dra.

Milene Oliveira Pereira Bicudo, Dra. Gabrieli Alves de Oliveira e Oziel Hillmann.

Ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientfico e Tecnolgico

(CNPq) e Cincias sem Fronteiras pela bolsa de doutorado concedida, auxlio

financeiro que permitiram o desenvolvimento desta tese e o estgio doutoral na

Universidade de Starsbourg.

Ao Campus France e gide por toda ajuda concedida em todos os

processos de minha transio do Brasil para Frana.

A todos meus familiares, principalmente meus pais, Audenil Rodrigues

Perez e Maruta Thihara Rodrigues, e minha irm Ma Priscila Thihara Rodrigues,

por me ensinar o sentido do amor puro e apoio incondicional em todos os

momentos.

A todos que de alguma forma contriburam para o desenvolvimento deste

trabalho, expresso minha sincera gratido.

Agradeo a Deus, acima de tudo, que conduz minha vida.

https://www.facebook.com/angel.barbezan?fref=pb&hc_location=friends_tab

Para ser grande, s inteiro: nada

Teu exagera ou exclui.

S todo em cada coisa. Pe quanto s

No mnimo que fazes.

Assim em cada lago a lua toda

Brilha, porque alta vive

Ricardo Reis

(Heternimo de Fernando Pessoa)

Au dbut des recherches exprimentales

sur un sujet dtermin quelconque, l'imagination

doit donner des ailes la pense.

Au moment de conclure et d'interprter

les faits que les observateurs ont

rassembls, l'imagination doit, au contraire,

tre domine et asservie par les rsultats

matriels des expriences

Louis Pasteur

DEGRADAO DE PROFENOFS EM SOLUO AQUOSA E EM ERVILHAS

PROCESSADAS POR FEIXE DE ELTRONS E A SNTESE DE POLMEROS

IMPRESSOS PARA EXTRAO SELETIVA DESSE PESTICIDA

Flvio Thihara Rodrigues

RESUMO

Profenofs um organofosforado empregado como inseticida e acaricida amplamente utilizado no Brasil para o controle de pragas de cebolas, milho, soja, caf, tomate, algodo, feijo, batata e outros. A irradiao um processo empregado em todo o mundo e recomendada por diversos rgos de sade para a conservao de alimentos. A radiao ionizante utiliza raios gama, raios X ou aceleradores de eltrons e tem sido aplicada para eliminar ou reduzir a ao de agentes patognicos e contribuir para aumentar o tempo de estocagem de vrios alimentos. Os objetivos desse trabalho foram: (a) avaliar a degradao de solues aquosas de profenofs submetidas radiao ionizante, identificar e quantificar a formao de novos produtos por GC-MS; (b) analisar o efeito de feixe de eltrons em ervilhas inoculadas com solues aquosas de profenofs; (c) sintetizar Polmeros Molecularmente Impressos (MIP) e Slica Impressa Molecularmente (MIS), posteriormente, caracterizar os adsorventes em fase slida e verificar sua seletividade para profenofs. O tratamento com aceleradores de eltrons com dose 31,6 kGy promoveu a formao de um novo produto de degradao e reduo de 93,40 % de profenofs em solues aquosas. Em ervilhas inoculadas com 1 g de profenofs submetidas radiao ionizante de 30,4 kGy promoveu uma reduo na concentrao de profenofs em 57,46 %. Alm disso, foram realizadas snteses de MIP e MIS para a extrao em fase slida de profenofs. Os MIS sintetizados por sol-gel mostraram-se eficazes para o reconhecimento molecular e extrao seletiva de profenofs.

Palavras-chave: Profenofs, Irradiao de Alimentos, Ervilhas, Extrao Lquido-Lquido, QuEChERS, Extrao em Fase Slida, Polmero de Impresso Molecular, Slica Impressa Molecularmente

DEGRADATION OF PROFENOFOS IN AQUEOUS SOLUTION AND PEAS BY

ELECTRON BEAM PROCESSED AND SYNTHESIS OF IMPRINTED

POLYMERS FOR SELECTIVE EXTRACTION OF THIS PESTICIDE

Flvio Thihara Rodrigues

ABSTRACT

Profenofos is an organophosphate widely used in Brazil as insecticide and acaricide in the control of pests in onions, corn, soybeans, coffee, tomato, cotton, beans, potatoes among others. Irradiation is a process used worldwide and recommended by many health agencies for food preservation. Food irradiation preserving process uses accelerated electrons, gamma rays or X-rays. Ionizing radiation treatment is applied to eliminate or to reduce the action of pathogens and to increase the shelf life of some foods. The objective of this study were (a) to evaluate the degradation of aqueous solutions of Profenofos by ionizing radiation, identify and quantify the formation of new products by GC-MS; (b) to analyze the effects of electron beam in peas inoculated with aqueous solutions of Profenofos; (c) to synthesize Molecularly Imprinted Polymer (MIP) and Molecularly Imprinted Silica (MIS), subsequently characterize the adsorbents in solid phase and check its selectivity for profenofos. The treatment with electron accelerators with 31.6 kGy dose promoted the formation of a new by-product and 93.40 % reduction of profenofos in aqueous solutions. In peas inoculated with 1 g of profenofos by ionizing radiation of 30.4 kGy promoted a reduction of 57.46 % in the concentration of profenofos. Furthermore, the MIP and MIS were performed for solid phase extraction of profenofos. The MIS synthesized by sol-gel proved to be effective for the recognition molecular and selective extraction of profenofos. Keys words: Profenofos, Food Irradiation, Peas, Liquid-Liquid Extraction, Solid Phase Extraction, Quechers, Molecularly Imprinted Polymer, Molecularly Imprinted Silica

https://www.google.com.br/search?es_sm=93&q=molecularly+imprinted+polymer&spell=1&sa=X&ei=zzIGVbWSJoHasATRq4AQ&ved=0CBoQvwUoAAhttps://www.google.com.br/search?es_sm=93&q=molecularly+imprinted+polymer&spell=1&sa=X&ei=zzIGVbWSJoHasATRq4AQ&ved=0CBoQvwUoAA

SUMRIO

Pgina

CONTEXTO DA PESQUISA ................................................................................. 18

OBJETIVOS .......................................................................................................... 21

CAPTULO I - REVISO BIBLIOGRFICA ........................................................... 22

1.1 Pesticidas ........................................................................................................ 22

1.1.1 Destino e atuao dos pesticidas no meio ambiente ................................... 24

1.1.2 Classificao dos pesticidas ........................................................................ 26

1.1.3 Organofosforados ........................................................................................ 27

1.1.3.1 Profenofs ................................................................................................. 29

1.2 Irradiao de Alimentos .................................................................................. 31

1.2.1 Radilise da gua ........................................................................................ 33

1.2.2 Situao Sanitria de Alimentos Irradiados .................................................. 34

1.2.3 Aceleradores de Eltrons ............................................................................. 35

1.3 Mtodos analticos de extrao ....................................................................... 38

1.3.1 Extrao em fase slida ............................................................................... 38

1.3.2 Metodologias de anlise de resduos de pesticidas em alimentos ............... 39

1.3.3 Extrao com solvente ................................................................................. 40

1.3.4 QuEChERS .................................................................................................. 41

1.3.5 Sntese de polmeros de impresso molecular por via radicalar .................. 43

1.3.5.1 Princpio da impresso molecular ............................................................. 43

1.3.5.2 Interaes moleculares para preparo do MIP ........................................... 44

1.3.5.3 Reagentes para sntese de MIPs .............................................................. 45

1.3.5.4 O estado da arte no preparo dos MIP ....................................................... 49

1.3.6 Sntese de molculas impressas por via sol-gel .......................................... 50

1.3.7 Caracterizao do Suporte Impresso ........................................................... 53

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ...................................................................... 56

CAPTULO II - DEGRADAO DE PROFENOFS EM SOLUO AQUOSA

POR FEIXE DE ELTRONS ................................................................................. 67

1. INTRODUO .................................................................................................. 68

2. MATERIAL E MTODOS .................................................................................. 70

2.1 Padres e Reagentes ..................................................................................... 70

2.2 Mtodos .......................................................................................................... 70

2.2.1 Preparao das amostras ............................................................................ 70

2.2.2 Irradiao ..................................................................................................... 71

2.2.3 Procedimento de extrao ........................................................................... 71

2.2.4 Anlise por GC-MS ...................................................................................... 72

2.2.5 Fator de resposta relativa e validao da metodologia ................................ 72

3. RESULTADOS E DISCUSSO ........................................................................ 74

3.1 Degradao de profenofs .............................................................................. 74

3.2 Degradao e subprodutos de profenofs formados aps a uso da radiao

ionizante ................................................................................................................ 76

4. CONCLUSO ................................................................................................... 83

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ...................................................................... 84

CAPTULO III - DETERMINAO DE PROFENOFS EM ERVILHAS

IRRADIADAS PROCESSADOS POR FEIXE DE ELTRONS UTILIZANDO O

MTODO QuEChERS PARA EXTRAO DO AGROTXICO ........................... 87

1. INTRODUO .................................................................................................. 88

2. MATERIAL E MTODOS .................................................................................. 90

2.1 Amostras e Reagentes .................................................................................... 90

2.2 Mtodos .......................................................................................................... 90

2.2.1 Preparao da Amostra ............................................................................... 90

2.2.2 Irradiao ..................................................................................................... 91

2.2.3 Moagem criognica da ervilha e protocolo do mtodo QuEChERS ............. 91

2.2.4 Protocolo do mtodo QuEChERS ................................................................ 93

2.3 Anlise com GC-MS ........................................................................................ 96

2.4 Fator de resposta relativo e validao da metodologia ................................... 97

3. RESULTADOS E DISCUSSO ........................................................................ 99

3.1 Mtodo QuEChERS ........................................................................................ 99

3.2 Seleo do Padro interno ............................................................................ 100

3.3 Determinao cromatogrfica usando GC-MS/MS ....................................... 100

4. CONCLUSO ................................................................................................. 104

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS .................................................................... 105

CAPTULO IV - DESENVOLVIMENTO E CARACTERIZAO DE POLMEROS

DE IMPRESSO MOLECULAR PARA A EXTRAO SELETIVA DE

PROFENOFS ................................................................................................... 108

1. INTRODUO ................................................................................................ 109

2. MATERIAL E MTODOS ................................................................................ 111

2.1 Reagentes e materiais .................................................................................. 111

2.2 Snteses dos Polmeros de Impresso Molecular ......................................... 111

2.3 Preparo da coluna SPE ................................................................................. 114

2.4 Dessoro da molcula molde do polmero .................................................. 115

2.5 Caracterizao do perfil de eluo em SPE ................................................. 115

2.5.1 Caracterizao MIP I .................................................................................. 116

2.5.2 Caracterizao MIP II ................................................................................. 116

2.5.3 Caracterizao MIP III ................................................................................ 117

2.5.4 Caracterizao MIP IV ............................................................................... 117

2.5.5 Caracterizao MIP V ................................................................................ 118

2.6 Validao do mtodo .................................................................................... 118

2.7 Mtodo cromatogrfico.................................................................................. 119

3. RESULTADOS E DISCUSSO ...................................................................... 120

3.1 Perfil cromatogrfico do profenofs .............................................................. 120

3.2 Eliminao da molcula molde ...................................................................... 120

3.3 Caracterizao do MIP .................................................................................. 121

3.3.1 Caracterizao do MIP I ............................................................................. 121

3.3.2 Caracterizao do MIP II ............................................................................ 122

3.3.3 Caracterizao do MIP III ........................................................................... 123

3.3.4 Caracterizao do MIP IV com refrigerao ............................................... 124

3.3.5 Caracterizao MIP V ................................................................................ 127

3.4 Anlise dos MIP e seus constituintes ............................................................ 128

3.5 Validao da metodologia ............................................................................. 129

4. CONCLUSO ................................................................................................. 132

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS .................................................................... 133

CAPTULO V - SNTESE E CARACTERIZAO DE SLICA IMPRESSA

MOLECULARMENTE PARA A EXTRAO SELETIVA DE PROFENOFS .... 135

1. INTRODUO ................................................................................................ 136

2. MATERIAL E MTODOS ................................................................................ 138

2.1 Reagentes e solventes .................................................................................. 138

2.2 Preparo da Slica Impressa Molecularmente................................................. 138

2.3 Preparo da coluna MIS ................................................................................. 141

2.4 Extrao do profenofs do MIS antes do perfil de eluio ............................ 141

2.5 Procedimento geral de extrao para MIS .................................................... 141

2.5.1 Protocolo de extrao para MIS I ............................................................... 142

2.5.2 Protocolo de extrao para MIS II .............................................................. 142

2.5.3 Protocolo de extrao para MIS III, IV e V ................................................. 143

2.6 Mtodo cromatogrfico.................................................................................. 143

2.7 Validao da metodologia analtica ............................................................... 144

3. RESULTADOS E DISCUSSO ...................................................................... 145

3.1 Caracterizao da soluo de percolao .................................................... 145

3.1.1 Caracterizao do MIS I ............................................................................. 145

3.1.2 Caracterizao do MIS II ............................................................................ 147

3.1.3 Caracterizao do MIS III ........................................................................... 153

3.1.4 Caracterizao do MIS IV .......................................................................... 154

3.1.5 Caracterizao do MIS V ........................................................................... 156

3.2 Anlise dos MIS ............................................................................................ 157

3.3 Parmetros analticos da validao da metodologia ..................................... 158

4. CONCLUSO ................................................................................................. 159

5. TRABALHOS FUTUROS ................................................................................ 160

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS .................................................................... 161

LISTA DE FIGURAS

Pgina

FIGURA 1.1 - Produo agrcola e consumo de agrotxicos nas lavouras do Brasil

de 2002 2011......................................................................................................22

FIGURA 1.2 - Principais processos fsicos, qumicos, biolgicos no transporte e na

degradao de pesticidas no meio ambiente ........................................................25

FIGURA 1.3 - Estrutura molecular geral dos organofosforados ...........................27

FIGURA 1.4 - Vias metablicas sugeridas para degradao de profenofs no solo,

vegetais e em reaes enzimticas ......................................................................31

FIGURA 1.5 - Radura: smbolo internacional para alimentos irradiados ..............35

FIGURA 1.6 - Comportamento da deposio de energia em meio aquoso para

diferentes energias cinticas produzidas por aceleradores de eltrons ...............36

FIGURA 1.7 - Princpio de extrao em fase slida .............................................38

FIGURA 1.8 - Alguns tipos de colunas de SPE ....................................................39

FIGURA 1.9 - Esquema da tcnica de extrao QuEChERS ...............................42

FIGURA 1.10 - Polmero de molcula impressa ...................................................44

FIGURA 1.11 - Monmeros funcionais comumente empregados na sntese do

MIP ........................................................................................................................46

FIGURA 1.12 - Estrutura qumica de alguns agentes de ligao cruzada usados

na sntese de MIP .................................................................................................48

FIGURA 1.13 - Estrutura qumica dos iniciadores radicalares mais utilizadas na

sntese de MIP ......................................................................................................49

FIGURA 1.14 - Etapas do perfil de eluio envolvido no processo SPE ..............54

FIGURA 1.15 - Perfil ideal aps o processo de extrao realizado em polmeros

impressos e no impressos, sendo P = Percolao, L = Lavagem e E = Eluio

...............................................................................................................................55

FIGURA 2.1 - Frmula molecular do profenofs ...................................................70

FIGURA 2.2 - Curva de degradao de profenofs na gua purificada em funo

da dose de irradiao ............................................................................................75

FIGURA 2.3 - Cromatograma de soluo profenofs irradiados com dose de

11,7 kGy (pico 3), padro interno (pico 1) e produto de degradao (picos 2) ....76

FIGURA 2.4.- Espectro de massa do obtido pela anlise por GC-MS do

profenofs com m/z de 339 [M] + ...........................................................................77

FIGURA 2.5 - Espectro de massa correspondente ao subproduto de profenofs

com m/z 259,1 obtido por irradiao .....................................................................78

FIGURA 2.6 - Estrutura qumica da degradao potencial do principal subproduto

de profenofs por acelerador de eltrons .............................................................79

FIGURA 2.7 - Produto de degradao profenofs em diferentes doses de

irradiao ..............................................................................................................80

FIGURA 2.8 - Degradao de profenofs e subprodutos formados em diferentes

doses de irradiao ...............................................................................................80

FIGURA 2.9 - Adaptado de Zamy et. al (2004): Estruturas dos produtos de

degradao do profenofs mediante irradiao policromtica (l> 285 nm) em

soluo aquosa. As Letras A, B, C, D,E e F indicam os diferentes caminhos, na

qual ocorreram clivagem da molcula...................................................................82

FIGURA 3.1 - Frasco de policarbonato, tampas e pndulo de ao inoxidvel......92

FIGURA 3.2 - Frasco de policarbonato com vagens de ervilhas...........................92

FIGURA 3.3 - Freezer/Mill......................................................................................92

FIGURA 3.4 - Coluna SPE - Carbon/NH2...............................................................94

FIGURA 3.5 Descrio esquemtica do QuEChERS e o procedimento de clean

up para ervilhas irradiadas.....................................................................................95

FIGURA 3.6 - Cromatograma do extrato de ervilhas irradiadas nas doses

absorvidas de 4,5 kGy. Sendo o pico 1 o padro interno e pico 2 o profenofs..101

FIGURA 3.7 Degradao de profenofs aps a irradiao por feixe de eltrons

analisados por GC-MS/MS em vrias doses absorvidas. Barras de erros

representam o valor do desvio padro ................................................................103

FIGURA 4.1 - Sntese do MIP .............................................................................114

FIGURA 4.2 Cromatograma da soluo de 2 g/mL de profenofs diludo em

gua deionizada ..................................................................................................120

FIGURA 4.3 - Perfil de eluio do MIP I obtido aps C = 3 mL de H2O; P = 1 mL

da soluo de 2 g/mL de profenofs em diclorometano; L = 1 mL de ACN/MeOH

(90/10, v/v); E1 e E2 = 1 mL de MeOH................................................................122

FIGURA 4.4 (a, b e c) - Perfil de eluio do MIP III obtido aps C = 3 mL de H2O;

P = 1 mL da soluo de 2 g/mL de profenofs em H20; L1 = 1 mL de H20/ACN

(80/20, v/v), L2 = 1 mL de H20/ACN (70/30, v/v); L3 = 1 mL de H20/ACN (60/40,

v/v); E = 1 mL de ACN.........................................................................................124

FIGURA 4.5 (a, b e c) Perfil de eluio do MIP IV obtido aps C = 2 mL da

soluo aquosa com 1 % de cido actico; P = 1 mL da soluo de 2 g/mL de

profenofs em H20; L1, L2 e L3 = 1 mL de H20/ACN (60/40, v/v); E = 1 mL de

ACN......................................................................................................................125

FIGURA 4.6 (a, b e c) - Perfil de eluio do MIP IV obtido aps C = 3 mL de H20;

P = 1 mL da soluo de 2 g/mL de profenofs em H20; L1 = 1 mL de MeOH/H20

(40/60, v/v), L2 = 1 mL de MeOH/H20 (30/70, v/v); L3 = 1 mL de MeOH/H20

(20/80, v/v); E = 1 mL de MeOH..........................................................................126

FIGURA 4.7 Perfil de eluio do MIP V obtido aps C = 3 mL de H20; P = 1 mL

da soluo de 2 g/mL de profenofs em H20; L1 = 1 mL de MeOH/H20 (40/60,

v/v), L2 = 1 mL de MeOH/H20 (30/70, v/v); L3 = 1 mL de MeOH/H20 (20/80, v/v);

E = 1 mL de MeOH..............................................................................................127

FIGURA 4.8 (a, b e c) Perfil de eluio do MIS V obtido aps C = 3 mL de H20;

P = 1 mL da soluo de 2 g/mL de profenofs em H20; E1, E2 e E3 = 1 mL de

MeOH...................................................................................................................128

FIGURA 5.1 Esquema da produo do MIS e do NIS......................................140

Figura 5.2 - Perfil de eluio do MIS I obtido aps C = 5 mL de H2O; P = 1 mL de

H20 com 2 g/mL de profenofs; L1 e L2 = 1 mL de H20/ACN (60/40, v/v) e

L3 = 500 L de H20/ACN (60/40, v/v); E1 e E2 = 1 mL de ACN..........................145

Figura 5.3 - Perfil de eluio do MIS I obtido aps C = 5 mL de H2O; P = 1 mL de

H20 com 2 g/mL de profenofs; L1 e L2= 1 mL de H20/ACN (60/40, v/v) e

L3 = 500 L de H20/ACN (60/40, v/v); E = 1 mL de ACN....................................146

Figura 5.4 - Perfil de eluio do MIS I obtido aps C = 5 mL de H2O; P = 1 mL de

H20 com 2 g/mL de profenofs; L1 e L2= 1 mL de H20/ACN (60/40, v/v) e

L3 = 500 L de H20/ACN (60/40, v/v); E1 e E2 = 1 mL de ACN..........................146

FIGURA 5.5 Perfil de eluio do MIS I obtido aps C = 5 mL de H2O; P = 1 mL

de H2O com 2 g/mL de profenofs; L1 e L2= 1 mL de H20/ACN (60/40, v/v) e

L3 = 500 Lde H20/ACN (60/40, v/v); E1 e E2 = 1 mL de ACN...........................147

FIGURA 5.6 - Perfil de eluio do MIS II.A (catucho I) obtido aps aps C = 10 mL

de H2O; P = 1 mL da soluo de 2 g/mL de profenofs em H20, L1 e L2= 1 mL

de H20/ACN (60/40, v/v) e L3 = 500 L de H20/ACN (60/40, v/v); E1, E2, E3 e

E4 = 1 mL de ACN...............................................................................................148

FIGURA 5.7 - Perfil de eluio do MIS II.A (cartucho II) obtido aps C = 10 mL de

H2O; P = 1 mL da soluo de 2 g/mL de profenofs em H20; L1 e L2= 1 mL de

H20/ACN (80/20, v/v) e L3 = 500 L de H20/ACN (80/20, v/v); E1, E2, E3 e

E4 = 1 mL de ACN...............................................................................................149

FIGURA 5.8 - Perfil de eluio do MIS II.B obtido aps C = 10 mL de H2O;

P = 1 mL da soluo de 2 g/mL de profenofs em H20; L1, L2 e L3 = 1 mL de

H20/ACN (80/20, v/v) e L3 = 500 L de H20/ACN (80/20, v/v); E1, E2, E3 e

E4 = 1 mL de ACN...............................................................................................149

FIGURA 5.9 - Perfil de eluio do MIS II.C obtido aps C = 10 mL de H2O;

P = 1 mL da soluo de 2 g/mL de profenofs em H20; L1 e L2 = 1 mL de

H20/ACN (80/20, v/v) e L3 = 500 L de H20/ACN (80/20, v/v); E1, E2, E3 e

E4 = 1 mL de ACN...............................................................................................150

FIGURA 5.10 Perfil de eluio do MIS II.A obtido aps C = 5 mL de ACN; 5 mL

de MeOH e 5 mL de H2O; P = 1 mL da soluo de 2 g/mL de profenofs em

H20; L1, L2, L3 e L4 = 1 mL de H20/MeOH (60/40, v/v), L5 = 0,5 mL de H20/MeOH

(60/40, v/v); E1, E2 e E3 = 1 mL de ACN.........................................................151

FIGURA 5.11 - Perfil de eluio do MIS II.B obtido aps C = 5 mL de ACN; 5 mL

de MeOH e 5 mL de H2O; P = 1 mL da soluo de 2 g/mL de profenofs em

H20; L1, L2, L3 e L4 = 1 mL de H20/MeOH (60/40, v/v), L5 = 0,5 mL de H20/MeOH

(60/40, v/v); E1, E2 e E3 = 1 mL de ACN............................................................152

FIGURA 5.12 - Perfil de eluio do MIS III.C obtido aps C = 5 mL de ACN; 5 mL

de MeOH e 5 mL de H2O, P = 1 mL da soluo de 2 g/mL de profenofs em

H20; L1, L2, L3 e L4 = 1 mL de H20/MeOH (60/40, v/v), L5 = 0,5 mL de H20/MeOH

(60/40, v/v); E1, E2 e E3 = 1 mL de ACN............................................................152

FIGURA 5.13 - Perfil de eluio do MIS III obtido aps C = 5 mL de H2O; P = 1 mL

da soluo de 2 g/mL de profenofs em H20; L1, L2 e L3 = 1 mL de

H20/ACN (80/20, v/v); E1, E2, E3 e E4 = 1 mL de ACN......................................153

FIGURA 5.14 - Perfil de eluio do MIS IV obtido aps C = 5 mL de H2O; P = 1 mL

da soluo de 2 g/mL de profenofs em H20; L1, L2 e L3 = 1 mL de

H20/ACN (80/20, v/v); E1, E2, E3 e E4 = 1 mL de ACN......................................154

FIGURAS 5.15 - Perfil de eluio do MIS IV obtido aps C = 5 mL de H2O;

P = 1 mL da soluo de 2 g/mL de profenofs em H20; L1, L2 e L3 = 1 mL de

H20/ACN (75/25, v/v); E1, E2, E3 e E4 = 1 mL de ACN......................................155

FIGURA 5.16 - Perfil de eluio do MIS IV obtido aps C = 5 mL de H2O;

P = 1 mL da soluo de 2 g/mL de profenofs em H20; L1, L2 e L3 = 1 mL de

H20/ACN (75/25, v/v), L4 e L5 = 500 L de H20/ACN (75/25, v/v); E1, E2, E3 e

E4 = 1 mL de ACN...............................................................................................156

FIGURA 5.17 - Perfil de eluio do MIS V obtido aps C = 5 mL de H2O; P = 1 mL

da soluo de 2 g/mL de profenofs em H20; L1, L2 e L3 = 1 mL de H20/ACN

(80/20, v/v); E1, E2, E3 e E4 = 1 mL de ACN.....................................................157

LISTA DE TABELAS

Pgina

TABELA 1.1 - Classes toxicolgicas dos pesticidas..............................................26

TABELA 1.2 - Culturas e tolerncia para profenofs.............................................30

TABELA 2.1 - Valores de peso molecular (Mw), fatores relativos de resposta

(RRF), tempos de reteno (Tr) de profenofs e atrazina.....................................75

TABELA 2.2 - Parmetros analticos de cromatografia gasosa para profenofs...76

TABELA 3.1 - Condies de deteco por GC-MS/MS: tempo de reteno, fatores

de resposta relativos (RRF), tempos de reteno (Tr) da atrazina e do

profenofs............................................................................................................101

TABELA 3.2 - Linearidade e limite de deteco do profenofs em ervilhas........102

TABELA 3.3 - Eficincia de remoo de profenofs por feixe de eltrons..........102

TABELA 4.1 - Snteses de polimerizao radicalar.............................................112

TABELA 4.2 - Diferentes solues aquosas (com ACN e MeOH) de profenofs

obtidas por HPLC-UV...........................................................................................130

TABELA 4.3 - Parmetros analticos de cromatografia gasosa para

profenofs............................................................................................................131

TABELA 5.1 - Snteses de polimerizao via sol-gel...........................................139

TABELA 5.2 - Parmetros analticos de HPLC-UV para profenofs...................158

18

LISTA DE ABREVIATURAS

ACN: Acetonitrila

AIBN: 2,2-azo-bis-iso-butironitrila

APTES: 3-aminopropiltrietoxisilano

DVB: divinilbenzeno

CG: Cromatografia Gasosa

EGDMA: Etileno Glicol Dimetacrilato

HPLC: Cromatografia Lquida de Alta Eficincia (High Performance Liquid

Chromatography)

GC: Cromatografia Gasosa

LoD: Limite de Deteco (Limit of Detection)

LoQ: Limite de Quantificao (Limit of Quantitation)

MIP: Polmero de Impresso Molecular (Molecularly Imprinted Polymer)

MIS: Polmero de Slica Impressa Molecularmente (Molecularly Imprinted Slica)

MAA: cido Metacrlico

MeOH: Metanol

MS: Espectro de Massa

NIP: Polmero No Impresso (Non-Imprinted Polymer)

NIS: Polmero de Slica No Impressa Molecularmente (Non-Imprinted Silica)

PTMS: Feniltrimetoxisilano

RRF: Fator de Resposta Relativo (Relative Response Factor)

SIM: Monitoramento de ons Selecionados (Selected Ion Monitoring)

SPE: Extrao em Fase Slida (Solid Phase Extraction)

UV: Ultravioleta

TeOS: Tetraetoxisilano

tR: Tempo de Reteno

https://www.google.com.br/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=6&cad=rja&uact=8&ved=0CE4QFjAFahUKEwjy4cfc0O7GAhVKhpAKHegjAKs&url=http%3A%2F%2Fwww.clinchem.org%2Fcontent%2F40%2F7%2F1233.abstract&ei=8n2vVfKgMMqMwgTox4DYCg&usg=AFQjCNFqyiQqM3IE8zmBXoA0vpKgDaGgFA&sig2=tJsD9MLfLLxhZq6jclff0w&bvm=bv.98197061,d.Y2I

19

CONTEXTO DA PESQUISA

O emprego de pesticidas nas lavouras para obter alimentos mais

resistentes ao ataque de pragas tornou-se uma ferramenta essencial para garantir

o desenvolvimento e a expanso da produo agrcola. Contudo, o uso incorreto

de pesticidas na agricultura pode ocasionar o desequilbrio ambiental,

contaminao dos aquferos, deposio de resduos e metais pesados no solo,

prejudicar a sade do trabalhador rural, contaminao dos produtos alimentcios e

a intoxicao humana ocasionada pela ingesto destes alimentos contaminados.

Como alternativa de evitar perdas de ps-colheitas, garantir uma maior

qualidade nos alimentos, a irradiao pode ser empregada em diversas hortalias,

frutas e vegetais. A aplicao da radiao ionizante em alimentos corrobora para

garantir a manuteno das qualidades sensoriais, a sua salubridade, reduzir as

perdas naturais causadas por processos fisiolgicos (como brotamento,

maturao e envelhecimento) e reduir a carga microbiologica, entre outros

benefcios. A irradiao de alimentos uma tecnologia segura, podendo substituir

ou ser utilizada de forma conjugada com os outros processos qumicos, trmicos,

fsicos de conservao de alimentos.

Para identificar e quantificar os pesticidas presente em alimentos existem

diversos mtodos de preparo de amostras como a extrao lquido-lquido,

extrao em fase slida (SPE Solid Phase Extration), ambos mtodos so

rpidos, flexveis de fcil manipulao que pode ser empregado para separar e

isolar um ou mais analitos presentes numa mistura lquida ou extrato de uma

mistura slida, empregadas na purificao, pr-concentrao de resduos de

pesticidas e aplicados para diversas matrizes. Outros mtodos empregados

nesse trabalho foram o QuEChERS e os polmeros impressos molecularmente

para extrao do profenofs.

A metodologia QuEChERS (Quick, Easy, Cheap, Effective, Rugged and

Safe) um mtodo de extrao de pesticidas para determinao de componentes

multirresiduais e eliminar interferentes provenientes da matriz.

20

Os Polmeros Molecularmente Impressos (Molecularly Impriented

Polymers MIP) e Slica Impressa Molecularmente (Molecularly Imprinted Silica -

MIS) so polmeros sintticos, com capacidade de reconhecer seletivamente uma

molcula especfica, fornecidos por um molde. O reconhecimento molecular pode

ser caracterizado como a ligao preferencial de um composto a um receptor com

alta seletividade sobre outros.

21

OBJETIVOS

Os objetivos deste trabalho consistiram em:

(a) Avaliar a degradao de solues aquosas de profenofs submetidas

radiao ionizante, identificar e quantificar a formao de novas molculas

resultantes dessa interao;

(b) Analisar o efeito de feixe de eltrons em ervilhas inoculadas com solues

aquosas de profenofs. Alm de extrair o pesticida com mtodo QuEChERS para

sua identificao e quantificao por cromatografia gs acoplada

espectrometria de massas operando no modo tandem (GC-MS/MS);

(c) Sintetizar Polmeros Molecularmente Impressos (MIP) e Slica Impressa

Molecularmente (MIS), posteriormente, caracterizar os adsorventes em fase

slida para a extrao e verificar sua seletividade para o profenofs.

22

CAPTULO I

1. REVISO BIBLIOGRFICA

1.1 Pesticidas

Nas ltimas dcadas, o aumento surpreendente da produo agrcola,

batizado de Revoluo Verde, tem como resultado o emprego de pesticidas

sintticos no controle de ervas daninhas e insetos (Shibamoto e Bjeldanes, 2014),

visando a produo extensiva de commodities agrcolas (MAA, 2015).

O Ministrio do Desenvolvimento Agrrio (MDA, 2012) e a Agncia

Nacional de Vigilncia Sanitria (ANVISA, 2013) mostraram que o Brasil o maior

consumidor e produtor de agrotxicos do mundo, desde o ano de 2009. A

utilizao de pesticidas na agricultura brasileira tem apresentado um crescimento

significativo (FIG. 1.1), sendo que o consumo mdio passou 10,5 litros por hectare

(l/ha) em 2002, para 12,0 l/ha em 2011.

FIGURA 1.1 Produo agrcola e consumo de agrotxicos nas lavouras do Brasil de 2002 2011

Fonte Adapato de SINDAG (2010 e 2011) e IBGE/SIDRA (2012)

23

Segundo Ministrio do Meio Ambiente (MMA) (2015) os pesticidas so

produtos e agentes de processos fsicos, qumicos ou biolgicos, utilizados nos

setores de produo, colheita, armazenamento e beneficiamento de produtos

agrcolas de alimentos, pastagens, proteo de florestas (nativas ou plantadas) e

de outros ecossistemas (ambientes urbanos, hdricos e industriais), com a

finalidade de alterar a composio da flora ou da fauna, para preserv-las da ao

danosa de seres vivos considerados nocivos. Ainda, os agrotxicos so definidos

como substncias e produtos qumicos empregados como desfolhantes,

dessecantes, estimuladores e inibidores de crescimento, bioativos capazes de

prevenir, destruir ou combater espcies indesejveis que interfere na produo de

alimentos (Holland, 2006).

O Ministrio da Agricultura, Pecuria e Abastecimento (MAPA, 2015)

fiscaliza a qualidade e a eficcia dos agrotxicos usados no Brasil e ao mesmo

tempo, diminuir o risco que a aplicao desses produtos possa oferecer sade

humana e ao meio ambiente. O agrotxico precisa ser registrado pelo MAPA, pelo

Instituto Brasileiro do Meio Ambiente e dos Recursos Naturais Renovveis

(IBAMA) e pela ANVISA.

Na Europa, a European Food Safety Autority (EFSA, 2015) o rgo

responsvel por fiscalizar os riscos dos pesticidas e o Annual Report on pesticides

Residues analisa e avalia as informaes dos compostos qumicos aplicados na

agricultura. A legislao da Unio Europia (UE) referente aos pesticidas

disponveis ao agricultor, encontra-se descrita na Directiva 91/414/CEE, do

Decreto de Lei n 98/94, que tem como finalidade assegurar a harmonizao da

homologao dos pesticidas utilizados na lavoura, reavaliar e regulamentar os

agrotxicos existentes, autorizar o emprego de novos produtos no campo e

reduzir os riscos de contaminao (Amaro, 2007).

A concentrao mxima permitida ou reconhecida como admissvel em um

alimento denominada como Limite Mximo de Resduos (LMR) (Cooper e

Dobson, 2007; Pay et al., 2007). O LMR visa estabelecer um controle da

exposio humana aos resduos de pesticidas presentes nos alimentos (ANVISA,

2003; krbi e Predojevi, 2008).

No Brasil, a ANVISA criou em 2001 o Programa Nacional de

Monitoramento de Resduos de Agrotxicos em Alimentos (PARA). Os principais

objetivos do PARA so detectar resduos devido ao uso imprprio e/ou uso no

24

autorizado do agrotxico para determinada cultura, avaliar a segurana para o

consumo do alimento tratado, proteger a credibilidade de exportadores perante

seus clientes e melhorar aes contra o uso imprprio destes produtos (ANVISA,

2001).

O controle de resduos e contaminantes exerce papel fundamental para

garantir a segurana alimentar. por meio do Plano Nacional de Controle de

Resduos e Contaminantes (PNCRC) que o MAPA (2011) assegura que os

produtos alimentcios que chegam ao consumidor livres de substncias perigosas

e contaminantes a nveis no aceitveis.

1.1.1 Destino e atuao dos pesticidas no meio ambiente

Os pesticidas tm sido empregados de diversos modos durante a pr e a

ps-colheita dos alimentos. Infelizmente, alguns pesticidas, como DDT (Dicloro-

difenil-tricloroetano), persistem e permanecem na natureza e, consequentemente,

so encontrados em vrios alimentos cultivados em solo contaminado ou nos

peixes que vivem em gua contaminada (Shibamoto e Bjeldanes, 2014).

Os problemas ambientais ocasionados pelo uso incorreto de pesticidas

esto relacionados principalmente com o destino que estes compostos tem no

meio ambiente, como a contaminao de solos agrcolas, de guas superficiais e

subterrneas, na atmosfera e nos alimentos (Cooper e Dobson, 2007; Pay et al.,

2007). Os pesticidas em contato com o solo esto vulnerveis aos processos

fsico-qumicos que controlam seu destino no ambiente, como processo de

adsoro, soro ou reteno, transformaes de natureza biolgica (degradao

por microorganismos) ou qumica (quebra da molcula por fotlise ou hidrlise). A

biodegradao pode ser considerada o principal mecanismo de degradao dos

agrotxicos no solo, devido a ao microbiana nas molculas dos pesticidas

(Baskaran et al., 2003).

http://www.infoescola.com/quimica/dicloro-difenil-tricloroetano-ddt/http://www.infoescola.com/quimica/dicloro-difenil-tricloroetano-ddt/

25

Os pesticidas podem ser transportados no ecossistema pelos processos de

lixiviao, volatilizao e escoamento superficial (run-off) ocorrendo exposio

dos recursos hdricos ao risco de contaminao. Na FIG.1.2 esto representados,

esquematicamente, os principais processos na degradao e movimentao dos

pesticidas na natureza e ainda ilustra os caminhos mais provveis nos quais

esses produtos qumicos podem ser encontrados (Birolli, 2013).

FIGURA 1.2 - Principais processos fsicos, qumicos, biolgicos no transporte e na degradao de pesticidas no meio ambiente

Fonte Adaptado de Birolli (2013)

No processo de degrao dos pesticidas deve se considerar os processos

qumicos, fsicos e biolgicos, como tambm seus produtos de degradao. Alm

de haver a degradao fsico-qumica do pesticida no solo, ocorre a ao

enzimtica da biota do solo, dificultando a separo do produto degradado

biologicamente com o composto modificado abioticamente, como ocorre em

grupos funcionais lbeis ou interconvertidos (Birolli, 2013).

http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0100-40422009000400031#fig01

26

1.1.2 Classificao dos pesticidas

O Brasil um dos pases que mais utilizam pesticidas no mundo com 425

princpios ativos permitidos para uso agrcola e 2 mil formulaes comerciais

diferentes (ANVISA, 2014). Os agrotxicos podem ser classificados de acordo

com sua toxicologia, sua ao e ao grupo qumico a que pertencem (Patnaik,

2007).

Os pesticidas esto divididos em quatro classes toxicolgicas (TAB 1.1),

Dose Letal (DL50), que so: I = rtulo vermelho, II = rtulo amarelo, III = rtulo azul

e IV = rtulo verde. A classe I abrange os compostos considerados altamente

txicos para seres humanos, a II, os mediamente txicos, a III, os pouco txicos e

a IV, os compostos considerados praticamente no-txicos para seres humanos

(IAL, 2008).

TABELA 1.1 - Classes toxicolgicas dos pesticidas

Classe

Toxicidade

DL50 oral

(mg/kg)

DL50 drmica

(mg/kg)

CL50

inalatria

(mg/L) Lquido Slido Lquido Slido

I Extremamente 20 5 40 10 0,2

II Altamente 20 - 200 5 50 40 400 10 100 0,2 2,0

III Medianamente 200 - 2000 50 500 400 - 4000 100 - 1000 2,0 - 20,0

IV Pouco txico > 2000 > 500 > 4000 > 1000 > 20,0

DL: Dose letal; CL: Concentrao Letal Fonte Adaptado de EMBRAPA (2006)

A Dose Letal considera a quantidade da substncia txica que produz uma

mortalidade de 50 % dos animais de prova em condies controladas por 24

horas. Esta dose geralmente expressa em funo da massa do agente txico

inoculada (mg) por unidade de massa corprea da espcie em estudo (kg)

(EMBRAPA, 2006).

Os agrotxicos so agrupados conforme o tipo de agente a ser controlado

e podem ser classificados como inseticidas, fungicidas, herbicidas, bactericidas,

acaricidas, nematicidas, moluscidas e raticidas (Carvalho, 2009; Jickells e

Negrusz, 2008; Patnaik, 2007). Segundo SINDAG (2010), os agrotxicos mais

utilizados no Brasil so os herbicidas seguidos pelos inseticidas e fungicidas.

27

Quanto forma de atuao, os pesticidas podem ser sistmicos ou no-

sistmicos (Carvalho, 2009). Os sistmicos fixam-se na superfcie da planta,

dispersando-se, subsequentemente, atravs de toda a planta, transportando-se

em quantidade letal para o inseto, sem prejudicar a planta. Os no-sistmicos

necessitam atingir diretamente os organismos nocivos para serem eficazes,

portanto, tem ao de contato, penetrao, ingesto e fumegante. Com relao

toxicologia dos alimentos as classes mais importantes de pesticidas so os

inseticidas, os fungicidas e os herbicidas. Os acaricidas, os moluscicidas e os

rodenticidas tm menor importncia (Shibamoto e Bjeldanes, 2014).

Do ponto de vista da composio qumica, os pesticidas possuem uma

grande diversidade estrutural, mas muitos deles apresentam algumas

caractersticas em comum, sendo classificados dentro de um mesmo grupo, ou

seja, por estruturas moleculares semelhantes. Os pesticidas podem ser divididos

quimicamente em quatro classes distintas: organoclorados, organofosforados,

piretrides e carbamatos (Ware e Whitane, 2004; U.S. EPA, 2012).

As prximas sees abordam a descrio do pesticida orgafosforado e

profenofs que foram empregados nos experimentos realizados neste trabalho.

1.1.3 Organofosforados

Os organofosforados so compostos que atuam como inseticidas ou

acaricidas formados por teres ou tiis derivados de cidos fosfricos, fosfnico,

fosfnico ou fosforamdico (Grisolia, 2005), esto entre os pesticidas sintticos

mais antigos, que compe a classe de inseticidas mais utilizados na atualidade.

Sua estrutura molecular est descrita na FIG. 1.3.

FIGURA 1.3 - Estrutura molecular geral dos organofosforados

Sendo: X = O, S ou SE, o R1 e R2 = aquil, SR', OR' ou NHR' e o L = Halognios, alquil, aril ou compostos heterocclicos

28

Os R1 e R2 so grupos arilas ou alquilas, formando fosfinatos ou fosfonatos

ou tiofosfonatos, atravs de um tomo de oxignio ou de enxofre, formando

fosfatos e fosforotioatos. Em algumas situaes, R1 est diretamente ligado ao

tomo de fsforo e o R2 est ligado por um tomo de oxignio ou de enxofre,

formando fosfonatos ou tiofosfonatos. O grupo L pode pertencer a uma variedade

de grupos, tais como halognios, alquila, arila ou heterocclicos (Santos et al.,

2007).

A classe dos organofosforados ocupam um tero dos pesticidas mais

utilizados mundialmente por proporcionar alto rendimento na produo agrcola,

possuir baixo custo (Kanekar et al., 2004; Singh e Walker, 2006; Cycon et al.,

2009) e ter ampla gama de aplicao (Xu et al., 2010). Os pricipais pesticidas

organofosforados so: paration, metil parathion, metilparaoxon, paraoxon,

diaziona, melation (Shibamoto e Bjeldanes, 2014) e profenofs.

At recentemente, pouca ateno foi dada aos possveis efeitos txicos

dos pesticidas sobre os organismos alvo, os seres humanos e outros organismos

(Shibamoto e Bjeldanes, 2014). O uso intensivo de organofosforados leva a

contaminao do meio ambiente pelo processo de escoamento superficial no solo

e a lixiviao das guas subterrneas. Alm de intoxicar diretamente os

agricultores eles ainda podem ampliar o seu processo de contaminao at as

populaes dos grandes centros urbanos.

A maioria dos compostos desta classe so inibidores da

acetilcolinesterases como a acetilcolina (ACh), que um neurotransmissor

(Grisola, 2005) responsvel pelo funcionamento do sistema nervoso, bem como em

certas regies cerebrais, permitindo a transmisso de impulsos nervosos nos seres

vivos (Shibamoto e Bjeldanes, 2014).

Normalmente, acetilcolina aps ser liberada, se degrada rapidamente por

enzimas conhecidas como colinesterases. Os organofosforados so capazes de

competir com a acetilcolina pelo stio receptor localizado nas colinesterases e,

dessa forma, bloqueiam a quebra da acetilcolina. A extenso da inibio da

enzima depende muito de fatores estricos, isto , do modo como o inibidor se

encaixa na enzima e tambm da natureza dos grupos orgnicos presentes.

O acmulo resultante de acetilcolina nas junes da musculatura lisa em

humanos provoca uma opresso torcica, salivao, lacrimejamento, aumento da

sudorese, peristalse, nuseas, vmitos, clicas, diarreia, bradicardia e uma

29

constrio caracterstica das pupilas oculares (Grisolia, 2005; Shibamoto e

Bjeldanes, 2014).

Embora os organofosforados representem um perigo ocupacional

significativo para os trabalhadores agrcolas, os resduos presentes nos produtos

alimentcios normalmente no acarretam exposies suficientes para provocar

sintomas txicos agudos em seres humanos (Shibamoto e Bjeldanes, 2014).

1.1.3.1 Profenofs

O profenofs classificado como pesticida organofosforado, apresenta

nome qumico de O-4-bromo-2-chlorophenyl O-ethyl S-propyl, frmula qumica:

C11H15BrClO3PS (FAO, 1998; ANVISA, 2012; Reddy e Rao, 2008), possui ao

acaricida e inseticida. Este pesticida aplicado na estrutura foliar nas culturas de

algodo, amendoim, batata, caf, cebola, ervilha, feijo, feijo-vagem, girassol,

mandioca, melancia, milho, pepino, repolho, soja, tomate e trigo na agricultura

brasileira (ANVISA, 2012). O profenofs amplamente utilizado em vrios pases,

como a Tailndia, Vietn e ndia (Swarnam e Velmurugan 2013; Toan et al. 2013),

incluindo o Brasil (AGROFIT, 2015).

Segundo a Organizao Mundial da Sade (OMS) a molcula de

profenofs possu toxidade moderada (Classe toxicolgica II) em contato drmico

ou injesto do produto (Malghani et al., 2009).

A TAB. 1.2 apresenta as diferentes culturas agrcolas e sua respectiva

tolerncia para o profenofs, de acordo com o MAPA. Os ingredientes ativos,

produtos formulados, relatrios e componentes de frmulas registrados no MAPA,

podem ser consultados no Sistema de Agrotxicos Fitossanitrios (AGROFIT,

2015).

30

TABELA 1.2 - Culturas e tolerncia para profenofs

Cultura (s) Limite Mximo de Resduo

mg/kg do Produto Comercial

Intervalo

de

Seguraa

(Dias)

Ingesto

Diria (IDA)

mg/kg Peso

Corporal

Nacional Codex

Amendoim 0,02 - 22 0,01

Batata 0,05 0,05 14 0,01

Caf 0,03 - 7 0,01

Cebola 0,05 - 5 0,01

Ervilha 0,10 - 4 0,01

Feijo 0,10 - 14 0,01

Melancia 0,05 - 4 0,01

Milho 0,02 - 7 0,01

Pepino 0,10 - 3 0,01

Repolho 0,05 1,00 14 0,01

Soja 0,10 0,05 21 0,01

Tomate 1,00 10,00 10 0,01

Trigo 0,10 - 14 0,01

Segundo, dados da FAO (Food and Agriculture Organization of the United

Nations - Organizao para a Alimentao e Agricultura das Naes Unidas) o

profenofs pode ser efemeramente degradado em condies aerbias at a

mineralizao do pesticida. O principal composto qumico resultado da hidrlise

ou das reaes metablicas do profenofs definido como 4-bromo-2-clorofenol.

A FIG. 1.4 esquematiza os diversos produtos de degradao por

biotransformaes possveis para o profenofs (Silva, 2013).

31

FIGURA 1.4 - Vias metablicas sugeridas para degradao de profenofs no solo, vegetais e em reaes enzimticas

1.2 Irradiao de Alimentos

A irradiao de alimentos empregada como mtodo de conservao

segura, com a finalidade de reduzir a incidncia de doenas alimentares e

problemas potenciais na cadeia de produo de alimentos (Lima et al., 2001;

Miller, 2005).

A radiao ionizante apresenta vrias vantagens em relao aos mtodos

tradicionais de conservao de alimentos (Farkas, 2006) por atuar como um

tratamento fitossanitrio no controle de pragas (Morehouse, 2002), proporcionar

aumento da vida de prateleira de alguns produtos alimentcios, reduzir os nveis

de contaminao microbiolgica e retardar os processos fisiolgicos em vegetais

(Lima et al., 2001).

O processo de irradiao de alimentos um tratamento fsico pelo qual

ocorre a emisso e propagao de energia atravs do espao ou de uma matria.

Os equipamentos emissores de radiao ionizante podem ser classificados como

32

fontes naturais ou artificiais. Fontes emissoras naturais consistem em um

radioistopo emissor alfa (), beta () ou gama () de alta energia. As fontes

artificiais geram feixe de eltrons de energias variveis, e incluem equipamentos

de raios X, aceleradores de eltrons e cclotrons (Fellows, 2006).

Para aplicaes em alimentos, as principais fontes emissoras de raios

gama so: cobalto-60 (60Co) ou csio-137 (137Cs). Os raios X gerados por

mquinas que operam com nvel de energia de at 5 MeV e os feixe de eltrons

gerados por mquinas que operam com nvel de energia de at 10 MeV, tambm

so permitidos para utilizao em alimentos segundo o Codex Alimentarius

Commission (CAC, 2003).

A irradiao normalmente aplicada em alimentos embalados, processo

de fcil controle e os produtos podem ser imediatamente distribudos na cadeia de

abastecimento alimentar aps o tratamento (Roberts, 2014). Os custos do

tratamento de irradiao de alimentos so competitivos com tratamentos

alternativos e em alguns casos pode ser considerada menos dispendiosa

(Boaratti, 2004). Contudo, o processo ionizante no evita a re-contaminao ou a

re-infestao de agentes patognicos (Boaratti, 2004).

Alimentos que apresentam em sua composio qumica elevado teor de

gordura podem promover a formao da 2-alcilciclobutanonas aps serem

irradiados com doses elevadas. As 2-alcilciclobutanonas possuem risco

toxicolgico potencial que podem afetar sade humana (Roberts, 2014).

Quando absorvida por um material biolgico, a radiao ionizante pode ter

ao direta ou indireta sobre o material. O efeito direto ocorre quando a radiao

age diretamente no material biolgico, causando excitao ou ionizao de

molculas do cido nuclico, podendo conduzir a morte celular (Alcarde et al.,

2003).

O efeito indireto ocasionado pela interao da radiao com a molcula

de gua (radilise), gerando radicais livres. A maior presena de gua no alimento

resulta em maior produo de radicais livres, trazendo consequncias, como a

diminuio de nutrientes (Tritsch, 2000).

33

1.2.1 Radilise da gua

Em alimentos que contm alto teor de umidade, a gua ionizada pela

irradiao (Fellows, 2006) e produz molculas ionizadas, excitadas e eltrons

livres, esse fenmeno conhecido como radilise da gua (WHO, 1994).

Durante a radilise as molculas de gua atingem um estado excitado

(H2O*) ou ento propicia a formao de produtos radiolticos como o eltron

hidratado ou aquoso (e-aq), hidrnio (H3O+), gua ionizada (H2O

+), radical

hidroperoxila H2O-, os quais, por serem instveis podem levar formao de

radicais livres, perxido de hidrognio, radical de hidrognio (H), radical de

hidroxila (OH), hidroperoxilia (HO2) e perxido de hidrognio (H2O2). Os radicais

livres se caracterizam por serem muito reativos (Breen e Murphy, 1995; Riley,

1994).

A interao da radiao ionizante com uma molcula de gua forma

espcies ionizadas e excitadas como:

H2O H2O+ + e-

H2O+ + e- H2O

-

O on positivo reage com a gua formando um radical hidroxila e H3O+

H2O+ + H2O H3O

+ + OH-

Os produtos H2O+ e H2O

- so muitos instveis podendo se dissociar em:

H2O+ H+ + OH

H2O- OH- + H

Algumas reaes so formadas como consequncia da interao entre

molcula de gua e a radiao ionizante. Os principais produtos moleculares

esto mostrados abaixo:

OH + OH H2O2

H + H H2

H + H2O OH + H2

H + OH H2O

RH + OH R + H2O

A radilise da gua o mecanismo mais importante no processo de

irradiao de materiais em solues aquosas. Os eltrons, os ons carregados

34

positivamente e as espcies excitadas so os precursores das alteraes

qumicas no produto irradiado (Kubesh et al., 2005).

1.2.2 Situao Sanitria de Alimentos Irradiados

A Organizao Mundial de Sade (OMS) em conjunto com Organizao

das Naes Unidas para Agricultura e Alimentao (FAO) e a Agncia

Internacional de Energia Atmica (IAEA) aprovam e recomendam irradiao de

alimentos, em doses que no comprometam suas caractersticas sensoriais. A

partir disso, a irradiao de determinados alimentos foi aprovada por autoridades

de sade em aproximadamente 60 pases (Delince, 2005).

No Brasil a ANVISA a agncia reguladora, vinculada ao Ministrio da

Sade, responsvel pelo controle sanitrio de todos os produtos e servios

submetidos vigilncia sanitria, este rgo monitora e certifica os alimentos que

tenham sido intencionalmente submetidos ao processo de radiao ionizante

(Anvisa, 2001).

As normas para o emprego desta tecnologia esto descritas na Resoluo

n 21 de 25 de janeiro de 2001, autorizada pela ANVISA que preconiza o uso da

irradiao de alimentos com finalidade sanitria, fitossanitrias e/ou tecnolgicas.

Esta resoluo estabelece que a dose mxima absorvida seja inferior quela que

comprometa as propriedades e os atributos sensoriais e nutricionais do alimento,

e que a dose mnima aplicada seja suficiente para atingir o objetivo desejado

(Anvisa, 2001).

A Resoluo RDC n 21 determina que os alimentos devem apresentar

condies higinicas aceitveis para ser submetido ao processo de irradiao,

todo produto tratado por energia ionizante deve ser identificado no seu rtulo com

o smbolo da radura (FIG. 1.5) ou descrito como alimento tratado por processo de

irradiao.

35

FIGURA 1.5 Radura: smbolo internacional para alimentos irradiados

1.2.3 Aceleradores de Eltrons

Os aceleradores de eltrons so mquinas emissoras de eltrons que

consistem de um catodo aquecido para fornecer eltrons e um tubo com vcuo no

qual os eltrons so acelerados por um campo eletrosttico de alta voltagem. Os

dispositivos mais difundidos so os aceleradores de eltrons, acelerados Van der

Graaff e os cclotrons (Fellows, 2006).

Fontes emissoras de eltrons so usadas em aplicaes que vo desde

estudos fundamentais de interao entre partculas, cross-linking em cadeias

polimricas, aplicaes mdicas e at na irradiao de alimentos. As principais

vantagens destas fontes emissoras so que elas podem ser desligadas depois de

utilizadas e podem ser direcionados sobre o alimento embalado (Martins e Silva,

2014).

Em aplicaes industriais existem aceleradores de eltrons de 500 keV

10 MeV de energia, que so utilizados para a irradiao da superfcie de materiais

slidos, conservao de alimentos, esterilizao mdica, digitalizao de carga e

outros produtos industriais (Mittal, 2012).

A aplicao de aceleradores lineares de eltrons de 5 MeV de energia tem

a limitao de no penetrar profundamente nos alimentos em comparao com

equipamentos de energia de 10 MeV. Na China, as fontes emissoras de raios

gama de 60Co e aceleradores de eltrons de baixa energia tendem a ser

substitudos por aceleradores lineares de eltrons de 10 MeV (potncia > 10 kW),

por fornecerem uma capacidade de processamento. Assim, com 10 MeV a

irradiao por feixe de eltrons mais adequada para a aplicao industrial em

larga escala (Yang et al., 2014).

36

Estudo realizado por Miller (2005) utilizou aceleradores de eltrons com

janela de titnio de 0,003 polegadas. O estudo mostrou o comportamento da

deposio da energia de eltrons em meio aquoso pela densidade superficial,

aplicando diferentes faixas de energias (1 10 MeV).

O cdigo TIGER unidimensional de Monte Carlo foi o modelo usado para

descrever o comportamento de deposio de energia na gua para diferentes

energias cinticas de eltrons como est mostrado na FIG. 1.6.

FIGURA 1.6 - Comportamento da deposio de energia em meio aquoso para di- ferentes energias cinticas produzidas por aceleradores de eltrons

Fonte Adaptado de Miller (2005)

O grfico mostra que com o aumento da energia cintica do feixe de

eltrons h uma maior penetrao dos eltrons na gua. Observou-se que a

interao da energia cintica com o meio contribui para o decrscimo da energia

de deposio. evidente que a energia de deposio ao atingir um valor mximo

seguida de uma diminuio linear. Entretanto, a energia depositada no tem a

tendncia de cair para zero abruptamente. Este resultado uma consequncia da

energia dispersa, do espalhamento e do freamento dos eltrons no meio.

A perda de energia especfica ou poder de freamento definida como a

taxa de perda de energia sofrida por uma partcula carregada em atravessar um

comprimento de caminho (-dE/dx) e est relacionado carga e velocidade da

partcula incidente e das propriedades fsicas do meio (Rivadeneira et al., 2007).

37

O poder de freamento pode ser expressa pela Equao 1.1 (Ryan e Poston,

2005):

(1.1)

Quando dividida pela densidade do material, as quantidades so

convertidas pelas suas respectivas massas de poder de freamento (Equao 1.2).

(1.2)

Sendo : a densidade do meio, (dE/dx )col a massa de coliso de

energia de freamento, que inclui toda a energia perdida nas colises de partculas

que produz diretamente eltrons secundrios (raios delta) e excitaes atmicas,

(dE/dx ) rad a radiativa do poder de freamento em massa que inclui todas as

perdas de energia do eltron primrio que levam produo de bremsstrahlung

(ICRU, 1984). O poder de freamento de coliso para eltrons foi calculado pela

Equao 1.3:

(1.3)

Sendo: (dE/dx)col a perda de energia especfica ou poder de freamento; k

o nmero de tomos por unidade de volume; e: representa a carga do eltron; Z:

representa o nmero atmico do material de barreira; me a massa em repouso

do eltron; : a velocidade dos eltrons; = /c; na qual, c: a velocidade da

luz. A derivada da energia de freamento pela derivada da distncia (-(dE/dx))

expresso por joules por metro (J/m).

38

1.3 Mtodos analticos de extrao

1.3.1 Extrao em fase slida

A extrao em fase slida (SPE Solid Phase Extration) um mtodo

rpido, flexvel, de fcil manipulao empregada para separar e isolar um ou mais

analitos presentes em uma mistura lquida ou extrato de uma mistura slida, de

acordo com as suas propriedades qumicas e fsicas (Kang et al., 2011). O SPE

til para a pr-concentrao de analitos, extrao, clean up e estocagem de

diversos tipos de amostras. Este procedimento muito empregado na purificao

de resduos de pesticidas e pode ser aplicada em vrias matrizes como:

substncias qumicas, sangue, gua, tecidos animais e vegetais, etc. A SPE

baseia se fundamentalmente no condicionamento da coluna, a reteno do

analito, a lavagem da coluna e a eluio, como mostra a FIG. 1.7.

FIGURA 1.7 Princpio de extrao em fase slida Fonte - Adaptado de Bel Hadj-Kaabi (2008)

A etapa de condicionamento consiste em preparar a coluna para receber a

amostra e ativa-la com gua e/ou solvente orgnico, em seguida os analitos

39

presentes em uma matriz lquida so percolados atravs de cartucho de SPE e

adsorvidos em um sorvente slido. Na etapa de lavagem os interferentes so

removidos com solventes orgnicos, enquanto os analitos de interesse

permanecem retidos no adsorvente. Por fim, a coluna eluda com solventes

orgnicos recuperando os analitos e obtendo os extratos mais limpos (Zhang et

al., 2012).

A SPE emprega pequenas colunas de extrao, preenchidas com

adsorventes que permite uma separao eficaz dos componentes da matriz.

Existem vrios tipos de colunas, as principais so as colunas de slica gel e C18,

que garantem rapidez, economia, eficincia na preparao das amostras.

A fase extratora empacotada possu diversos formatos (FIG. 1.8) e podem

ser utilizadas na forma de cartuchos e seringas de polipropileno e polietileno com

a presena de discos porosos denominados frits. Os SPE podem ser usados

discos e ainda como bandeja ou placas de 96 poos em cada poo possu um

cartucho com fase extratora ou discos possibilitando processamento de amostras

de maneira mais rpida.

FIGURA 1.8 Alguns tipos de colunas de SPE Fonte - Adaptado de Thurman e Snavely (2000)

1.3.2 Metodologias de anlise de resduos de pesticidas em alimentos

O preparo da amostra tem como finalidade extrao do analito da matriz e

remover quaisquer interferentes (clean up) que interfiram no desempenho do

instrumento analtico (Kinsella et al., 2009; Wiilkowska e Biziuk, 2011). A

amostragem deve ser representativa e o pr-tratamento da amostra deve ser

eficiente para no comprometer a determinao cromatogrfica (Tadeo, 2000).

40

O pr-tratamento e/ou a extrao de resduos de pesticidas presentes nos

alimentos pode abordar diferentes metodologias, como Disperso da Matriz em

Fase Slida (MSPD), Extrao em Fase Slida (SPE), Microextrao em Fase

Slida, (SPME), Extrao Assistida por Microondas (MAE), Extrao Lquida

Pressurizada (PLE), Extrao com Fludo Supercrtico (SFE), Extrao Sortida em

Barras de Agitao (SBSE), Rpido, Barato, Eficaz, Robusto e Seguro

(QuEChERS) e Microextrao Empacotada por Sorbentes (MEPS) (Tadeo et al.,

2000; Abdel-Rehim, 2011; Zhang et al., 2012), extrao lquido-lquido com

partio em baixa temperatura (LLE-LTP), Polmeros Molecularmente Impressos

(MIPs) (Zhang et al., 2012).

As metodologias desenvolvidas atualmente para o preparo de amostras

procuram reduzir fontes de erros, aumentar a sensibilidade para identificao e

quantificao dos analitos, alm de utilizar volumes menores de amostras e

solventes como os QuEChERS e os MIPs (Anastassiades et al., 2003; Abdel-

Rehim, 2011).

1.3.3 Extrao com solvente

A extrao lquido-lquido (ou do ingls, liquid-liquid extraction - LLE) pode

ser considerada como operao tradicional e simples para o preparo de amostras

(Botitsi et al., 2007; Lambropoulou e Albanis, 2007; Liu et al., 2011).

A LLE uma tcnica empregada nos processos de separao de um ou

mais compostos de uma mistura lquida. O mtodo consiste na transferncia dos

analitos presentes em uma matriz lquida para outra fase lquida imiscvel

(solvente orgnico menos polar ou apolar), de acordo com as diferenas de

solubilidade dos produtos nestas duas fases (Blackadder e Nedderman, 2004).

A LLE possu as vantagens de ser um mtodo de separao clssico e

simples para preparo das amostras e garante a anlise de diversos compostos

qumicos com extratos de tima seletividade para alguns analitos especficos

(Queiroz et al., 2001).

A LLE apresenta as seguintes desvantagens: utiliza grande volume de

solvente orgnico elevando custo do processo, operao de difcil automao,

pode apresentar baixa repetibilidade e reprodutibilidade em virtude das inmeras

41

fases de extrao, possibilidade de formao de emulses, e muitas vezes no

capaz de eliminar os interferentes presentes em matrizes complexas (Beyer e

Biziuk, 2008; Blackadder e Nedderman, 2004).

1.3.4 QuEChERS

Em 2003, Anastassiades e colaboradores desenvolveram o QuEChERS

(do ingls Quick, Easy, Cheap, Effective, Rugged and Safe). Esta metodologia foi

elaborada para a extrao de pesticidas, aplicada principalmente em alimentos

para reduzir as limitaes prticas de mtodos de extrao de multirresduos.

Rotineiramente, o QuEChERS utilizado para quantificar os nveis de

pesticidas em alimentos (Albert et al., 2014; Kruve et al. 2008), sendo empregado

especificamente pelos mtodos oficiais da AOAC 2007.01 e da EN 15662.

As vantagens do mtodo QuEChERS incluem a rapidez de anlise, a

maioria dos solventes empregados so pouco poluentes e txicos, permite a

reduo significativa de contaminaes nas amostras, baixo consumo de

solventes, uso de material descartvel, muito fcil de manusear e apresenta

baixos custos (Lehotay, 2005).

O mtodo QuEChERS original, representado na FIG. 1.9, envolve uma

extrao inicial de 10 g de amostra com 10 mL de acetonitrila (ACN) que promove

uma partio lquido-lquido facilitado a remoo de componentes polares da

matriz. Em seguida, adiciona-se de 4 g de sulfato de magnsio anidro (MgSO4),

agente secante que remove o excesso de gua presente na amostra, e mais 1 g

de cloreto de sdio (NaCl), para o ajuste da fora inica em um tubo, aps

centrifugados causam o efeito salting out. O emprego do MgSO4 foi devido a sua

capacidade de absoro de gua em relao a outros sais, alm de ser processo

exotrmico, resultando num aquecimento de 40 a 45 C, que aumenta a

velocidade de extrao (Anastassiades et al., 2003).

42

FIGURA 1.9. - Esquema da tcnica de extrao QuEChERS Fonte - Adaptado de Macedo (2012)

Para remover a gua residual e realizar fase de limpeza ou de clean up

deve-se retirar uma alquota de 1 mL da fase sobrenadante, adiciona-se 150 mg

de MgSO4 e 25 mg do adsorvente amina primria e secundria secundria (PSA -

composto por grupos etilenodiamina-N-propil ligados slica) so simplesmente

misturadas com 1 mL extrato de acetonitrila (Anastassiades et al., 2003). O PSA

tem a funo de remover acares, cidos graxos, cidos orgnicos e pigmentos

(Wilkowska e Biziuk, 2011). A etapa de clean up da amostra tem como finalidade,

remover os interferentes e componentes polares da matriz, como cidos

orgnicos, pigmentos polares, acares, entre outros, (Anastassiades et al., 2003)

antes de realizar a anlise cromatogrfica (Pay et al., 2007).

Anastassiades e colaboradores (2003) determinaram a relao de 10 g de

amostra e 10 mL de ACN, pois em testes experimentais os autores notaram que

grande parte de agrotxicos mais polares no foram bem extrados pelo solvente

usando a relao de 10 g de amostra e 5 mL de ACN. O solvente mais

empregado na extrao QuEChERS ACN, entretanto a acetona e acetato de

etila podem ser utilizados como solventes alternativos (Anastassiades et al.,

2003).

43

1.3.5 Sntese de polmeros de impresso molecular por via radicalar

1.3.5.1 Princpio da impresso molecular

A impresso molecular um mtodo verstil e simples para a preparao

de receptores artificiais que contm stios de reconhecimento especfico e alta

seletividade para uma determinada substncia ou para um grupo de substncias

estruturalmente semelhante (Tamayo, 2007).

Nos ltimos anos, os MIPs so aplicados em diferentes reas, tais como:

na extrao em fase slida (SPE) (Tamayo,2007), na indstria de frmacos

(Puoci, 2011), usado para mimetizar catlise enzimtica (Resmini, 2012), tm sido

amplamente estudados para a remoo de poluentes ou substncias txicas no

meio ambiente, entre outros (Li et al., 2012; Cao et al., 2014). O MIP utilizado

para garantir maior seletividade a mtodos de preparo de amostras que visam

limpeza e concentrao dos analitos antes da determinao dos mesmos.

A seletividade dos MIPs est relacionada ao reconhecimento de molcula

de interesse que foi estabelecida como molde (tambm conhecido como template,

molcula chave, molcula alvo, molcula impressa ou analito).

O processo de impresso molecular inicia-se com a interao da molcula

impressa por meio de ligao covalente ou no com os monmeros funcionais,

formando um complexo estvel monmero-template. Essa interao leva a

formao de interaes reversveis e posies especficas das extremidades dos

monmeros ao redor da molcula alvo (Lord et al., 2000; Haupt e Mosbach,

1999). Posteriormente, adicionado o agente reticulante que promove ligaes

cruzadas no monmero para formar uma matriz polimrica rgida. Com a adio

do iniciador radicalar inicia-se a reao de polimerizao (Tarley et al., 2005).

A polimerizao ocorre dentro um tubo em presena de um solvente

porognico entre monmeros complexados com o molde e o agente reticulante

para formar cavidades especficas.

Posteriormente, com o monlito formado realiza-se a moagem,

peneiramento, sedimentao, transfere o MIP para um cartucho (Lordel, 2011)

para a remoo do template do suporte polimrico com uso de solventes

porognicos ou com a clivagem qumicas (Ye e Mosbach, 2001). As cavidades

44

geradas so similares molcula de impresso em forma e tamanho, e

apresentam stios ativos vazios que promovem as interaes especficas com a

molcula molde. O processo de impresso molecular est ilustrado na FIG. 1.10.

FIGURA 1.10 - Polmero de molcula impressa Fonte Adaptado de Haupt (2003)

A seletividade dos MIPs est relacionada com o processo de sntese, das

propores molares entre o template e monmero funcional, a escolha do

solvente, a qualidade e quantidade do agente reticulante e iniciador radicalar,

alm do tempo da reao de polimerizao.

Os MIPs podem ser sintetizados por trs mtodos diferentes, covalente,

no-covalente e semi-covalente, dependendo da natureza de ligao entre

monmeros funcionais e a molcula molde.

1.3.5.2 Interaes moleculares para preparo do MIP

O preparo do MIP por ligaes covalentes entre a molcula alvo e os

monmeros utiliza o mesmo tipo de interaes que os sistemas de

reconhecimento molecular que so: ligaes de hidrognio, interaes

eletrostticas e interaes (Albericio e Tulla-Puche, 2008). Neste tipo de

impresso, adiciona-se uma grande quantidade de monmero, formando maiores

nmeros de locais de ligao no especficos, porm diminuindo a seletividade da

ligao (Albericio e Tulla-Puche, 2008; Komiyama et al., 2004).

Polmeros constitudos por ligao covalente possuem stios mais seletivos,

devido uniformidade gerada nos mesmos, possu um limitado nmero de

molculas compatveis com a cintica de ligao, clivagem entre os monmeros

(Abdullah et al., 2006).

45

A impresso no-covalente recebe essa denominao devido as ligaes

entre os monmeros funcionais e o template. Esse tipo de impresso tem sido

empregado como estratgia para formao de stios especficos de

reconhecimento molecular com maior uniformidade, isso ocorre, pois a clivagem

entre os monmeros e a molcula realizada lentamente (Abdullah et al., 2006).

As interaes no-covalentes que podem ocorrer so: ligaes de hidrognio,

inica, on-dipolo, dipolo-dipolo e dipolo-dipolo induzido (Abdullah et al., 2006). A

principal desvantagem a formao de stios de ligao heterogneos (Ye e

Mosbach, 2001).

A impresso de polmeros por ligaes semi-covalentes combina a

impresso covalente e no-covalente. Neste procedimento de polimerizao, a

molcula impressa e o monmero funcional se ligam por interaes covalentes e

so facilmente separadas por clivagem hidroltica. Os grupos ainda presentes na

cavidade formada aps a hidrlise tm a capacidade de estabelecer ligaes com

o template por meio de ligaes no covalentes (Albericio e Tulla-Puche, 2008;

Navarroa et al., 2011).

1.3.5.3 Reagentes para sntese de MIPs

O desenvolvimento dos MIPs consiste na adio dos seguintes reagentes

no meio reacional: template, o monmero funcional, agente reticulante, solventes

e iniciador radicalar. A seleo dos reagentes para sntese de MIP deve ser

criteriosa, pois estes determinam a superfcie morfolgica, natureza qumica e o

desenvolvimento de stios especficos de reconhecimento molecular.

Nesse contexto, a escolha da molcula impressa deve possuir em sua

estrutura grupos funcionais que interajam fortemente com os monmeros para

gerar o complexo estvel entre eles. A interao entre template-monmero em

snteses no covalente so formadas durante a reao de polimerizao como as

ligaes de hidrognio, interaes eletrostticas, interaes hidrofbicas, as

ligaes do tipo - ou internaes ligao metlica. O template deve ser estvel

e quimicamente inerte durante o processo de polimerizao (Sousa e Barbosa,

2009; Cormack e Elorza, 2004).

46

A escolha do monmero funcional depende principalmente da sua

interao com a molcula impressa para obter uma perfeita interao e,

consequentemente, obteno de stios especficos seletivos. Os compostos que

possuem grupos bsicos interagem com maior facilidade com monmeros que

apresentem grupos cidos, por exemplo, o cido metacrlico, realizando ligaes

de hidrognio ou eletrostticas. No entanto, molculas cidas impressas reagem

preferencialmente com monmero de carter bsico, como: o 4-vinilpiridina

(Tarley et al., 2005), para formao do polmero, o estireno seria capaz de realizar

interaes de natureza hidrofbica e do tipo (Lordel, 2011).

Na FIG 1.11 esto representados alguns monmeros funcionais utilizados

na sntese de MIP. Estes compostos qumicos caracterizam-se por possuir

potencialidade de interao inica e de ligao de hidrognio (Tarley et al., 2005).

FIGURA 1.11 - Monmeros funcionais comumente empregados na sntese do MIP

A interao entre o monmero funcional e o template obedece ao princpio

de Le Chatelier. O incremento da concentrao do monmero funcional ocasiona

o deslocamento do equilbrio qumico na direo da formao do complexo. Desta

forma, na sntese polimrica o monmero deve ser inserido em maiores

quantidades, geralmente uma proporo de 4:1 (monmero: molcula impressa),

para deslocar o equilbrio e formar o maior nmero possvel de stios especficos

de reconhecimento (Martn-Esteban, 2001; Yan e Ho Row, 2006; Mayes e

47

Whitcombe, 2005). O monmero funcional garante ao MIP as caractersticas

mecnicas como a rigidez e porosidade (Martn-Esteban, 2001).

A escolha do solvente outro aspecto fundamental para o desenvolvimento

do MIP. A sua principal finalidade solubilizar os reagentes da sntese polimrica

(template, monmeros funcionais, reagente reticulante e iniciador radicalar). O

solvente contribui na construo de stios seletivos (Tarley et al., 2005; Yan e Ho

Row, 2006; Mayes e Whitcombe, 2005) e suas propriedades no devem interferir

na formao do complexo entre o monmero funcional e a molcula molde

(Pichon, 2007). Os solventes mais adequados para sntese de MIP devem possuir

carter ligeiramente polar e aprticos, como o diclorometano e a acetonitrila, para

desenvolver as interaes polares entre o monmero funcional e a molcula

impressa por ligaes de hidrognio ou eletrostticas. O emprego de um solvente

polar favorece o desenvolvimento das interaes de natureza hidrofbica (Lordel,

2011). O solvente contribui na construo de macroporos no suporte polimrico

por isso denominado solvente porognico (do grego formador de poros)

(Cormack e Elorza, 2004; Martn-Esteban, 2001; Yan e Ho Row, 2006; Mayes e

Whitcombe, 2005).

A estabilidade mecnica, stios de ligao e a textura da matriz polimrica

podem ser garantidos com emprego do agente reticulante ou reagente de ligao

cruzada. Este reagente promove as ligaes cruzadas no polmero, conferindo

uma estrutura rgida e tridimensional ao redor do template, proporcionando a

estabilidade da molcula alvo com o monmero. O agente de reticulao deve ser

inserido em excesso molar em relao aos outros reagentes para permitir a

obteno de cavidades bem definidas (Yan e Ho Row, 2006; Mayes e Whitcombe,

2005).

A FIG. 1.12 ilustra alguns reagentes de ligao cruzada que podem ser

utilizados na impresso molecular. Contudo, o etileno glicol dimetacrilato

(EGDMA) tem sido o reagente mais utilizado por conferir ao MIP propriedades

trmicas e mecnicas estveis com fcil transferncia de massa (Cormack e

Elorza, 2004; Tarley et al., 2005).

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FIGURA 1.12 - Estrutura qumica de alguns agentes de ligao cruzada usados na sntese de MIP

A presena dos agentes de sntese (template, monmero funcional, agente

reticulante e solvente) no suficientemente capaz de desenvolver os radicais

livres para a polimerizao. Portanto, o emprego de iniciadores radicalares em

associao com estmulos fsicos como temperatura e/ou radiao UV, so

fundamentais para iniciar e manter a reao de polimerizao do MIP. Vrios

iniciadores radicalar (FIG. 1.13) podem ser empregados na sntese do MIP, o 2,2-

azo-bis-iso-butironitrila (AIBN) o mais comumente empregado (Cormack e

Elorza, 2004).

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FIGURA 1.13 - Estrutura qumica dos iniciadores radicalares mais utilizadas na sntese de M