erick soares lins seminários i iq-unb 22/02/2013
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Derivatização Fotoquímica
Erick Soares LinsSeminários IIQ-UnB 22/02/2013
• Introdução: Conceitos• Aplicações
– Fatores operacionais• Discussão de trabalhos• Conclusão
SUMÁRIO
Derivatização
Transformar quimicamente a substância objeto da análise de maneira a permitir ou facilitar sua detecção ou sua separação dos demais constituintes da matriz.
D. A. Skoog, F. J. Holler, T. A. Nieman in Principles of Instrumental Analysis (Ed.: Brooks/Cole), Thomson Learning, New Delhi, 1998, pp. 746
INTRODUÇÃO
Objetivos:• Maior Sensibilidade – introdução de
cromóforos ou fluoróforos na molécula; geração de um novo composto de resposta mais intensa
• Maior Seletividade – uso de reação de derivatização específica, que altere somente o composto de interesse em uma matriz complexa
Lores, M.; Cabaleiro, O.; Cela, R.; Trends in analytical Chemistry 1999, v. 18 no. 6, 392.
INTRODUÇÃO
• Janela Fotoquímica: 200 a 800 nm
Adaptado de UVABC’s (http://www.uvabcs.com/index.php)
• Fotoderivatização / Derivatização Fotoquímica- Radiação eletromagnética
INTRODUÇÃO
INTRODUÇÃO
AB hν [AB]* [AB]**, AB + CD* (transferência de energia intra ou intermolecular)
+M
AB + M* (“quenching”: energia dissipada por M na forma vibracional ou translacional)
AB + hν (luminescência)
[AB]∙+ + e- (fotoionização)
BA (isomerização)
ABE, AE+B (reação direta)
A + B (dissociação intramolecular)
+E
Fedorowski, J.; LaCourse, W. R.; Analytica Chimica Acta 2010, 657, 1.Cavicchioli, A.; Gutz, I. G. R.; Quím. Nova 2003, vol.26 no. 6, 913.
INTRODUÇÃO
INTRODUÇÃO
Detecção Analitos Matrizes Téc. Ref.
UV Naftodiantronas Extratos fitofarmacêuticos
HPLC Schmidt, A.H., J. Chromatogr. A, 2003, 181
Busulfan Plasma, água HPLC Jenke, A. et al. J. Chromatogr. B, 2004, 805, 147
Fluorescência Sulindac e metabólitos
Soro HPLC Siluveru, M., Stewart, J. Chromatogr. B, 1995, 673, 91
Rofecoxib Plasma HPLC Woolf, E., Fu, I., Matuszewski, B, J. Chromatogr. B, 1999, 730, 91
Aflatoxinas Amendoim, pistache, figos
HPLC Papadopoulou-Bouraoui, A. et al., J. AOAC Int., 2002, 85, 411
Aflatoxinas Farinhas de cereais
SPME-HPLC Quinto, M. et al., J. Chromatogr. A, 2009, 1216 (49), 8636
Pesticidas Organofosforados
Água, vegetais, grãos
HPLC Perez-Ruiz, T. et al., Anal. Chim. Acta, 2005, 540, 383
APLICAÇÃOTabela 1. Exemplos de aplicações utilizando fotoderivatização
Fatores Relacionados• Comprimento de onda
λ = 253,7nm• Potência da lâmpada (W)• Tempo de Exposição (s, min)• pH• Catalisadores
APLICAÇÃO
• LâmpadasTabela 2. Características de Fotoreatores e suas aplicações (adaptado de Lores et al.).
Lâmpada Controle de Temperatura
Método Ref.
Hg, 175W
Média Pressão
Ar Determinação de metais traço por meio de Complexos de Zn(II), Ni(II), Cu(II) e Hg(II) com n-butil-2-naftilmetilditiocarbamatopor HPLC
Shih, Y.T., Carr, P.W., Anal. Chim. Acta, 1984, 159, 211
Hg, 10W
Baixa Pressão
Ventoinha Determinação de compostos polifenólicos (22 álcoois e 12 aldeídos) por HPLC
Cela, R. et al., J. Chromatogr. , 1992, 626, 117
Xe, 150W
Alta Pressão
Ar pressurizado
Determinação de 5 alcalóides do Ergot por HPLC
Scholten, A.H.M.T, Frei, R.W., J. Chromatogr., 1979, 176, 349
Arco de Xe
Estudo de fotodegradação de PCDDs em fase gasosa
Sivils, L.D. et al., J. Chromatogr., 1994, 688, 221
APLICAÇÃO
• Fotoreatores comerciais
Fotos: http://www.aura-inc.com/1phred.htmlhttp://www.labx.com
PHoTOCHEMICAL REACTOR FOR ENHANCED DETECTIONTMLâmpada: vapor de Hg, baixa pressãoBobina de Reação: PTFE
Lâmpada: UV 254nm, 8WBobina de Reação: PTFE
ICT Beam-BoostTM Photochemical Unit
APLICAÇÃO
Henry Joshua, Presented at the Satellite Workshop to the Gordon Conference on Mycotoxins and Phycotoxins "Advances in Detection Methods for Fungal and Algal Toxins." June 17-19, 1999.
APLICAÇÃO
• Lab-made
Fedorowski, J.; LaCourse, W. R.; Analytica Chimica Acta 2010, 657, 1.
APLICAÇÃO
Bobina (Quartzo, PTFE)
ventoinha
Parede reflexiva
Lâmpada UV
• Potência da lâmpada
Fedorowski, J.; LaCourse, W. R.; Analytica Chimica Acta 2010, 657, 1.Lores, M.; Cabaleiro, O.; Cela, R.; Trends in analytical Chemistry 1999, v. 18 no. 6, 392.
APLICAÇÃO
• Tempo de exposição– Vantagens diretas: menor tempo total de análise,
menor consumo de reagentesTempo otimizado
aplicação Método Ref.
15s N-nitrosaminas em água
Quimiluminescência (luminol)
Kodamatani, H. et al., J. Chromatogr. A, 2009, 1216, 92
30s N-nitrosaminas em carnes
Quimiluminescência (tris(2,2-bipiridil) Ru(III))
Perez-Ruiz, T. et al., Anal. Chim. Acta, 2005, 541, 69
10min Hemoglobina bovina
Espectrofotométrico Pan, L. et al., J. PLOSOne, 2012, 7(8), e44142
2,4 min DON em Trigo Eletroquímico (HPLC-hv-EC)
Selavka, CM et al., J Chromatogr. Sci. , 1990 , 28 (2), 76
APLICAÇÃO
• Princípio de Grothus-Draper– A luz deve ser absorvida por um composto para que uma
reação fotoquímica ocorra.
• Princípio de Stark-Einstein (Lei da Fotoequivalência)– Para cada fóton absorvido por um sistema químico,
somente uma molécula é ativada para reação posterior.
MICHIGAN STATE UNIVERSITY. Photochemistry. Disponível em: http://www2.chemistry.msu.edu/faculty/reusch/virttxtjml/photchem.htm
FOTO-REAÇÕES: RENDIMENTO QUÂNTICO
MICHIGAN STATE UNIVERSITY. Photochemistry. Disponível em: http://www2.chemistry.msu.edu/faculty/reusch/virttxtjml/photchem.htm
Nível energético quase coincidente com uma Quebra de ligação
FOTO-REAÇÕES: RENDIMENTO QUÂNTICO
• Rendimento Quântico:– Número de mols de
reagente consumidos, ou de produto formado, por einstein de luz monocromática absorvida
– 1 einstein corresponde a 1 mol de fótons
Lee, C.; Choi, W.; Yoon, J.; Environ. Sci. Technol. 2005, 39, 2101.
• L – caminho óptico da célula• I – fluxo de fótons absorvidos pelo
NDMA• t – tempo de exposição à radiação UV0
FOTO-REAÇÕES: RENDIMENTO QUÂNTICO
• Influência de Espécies Oxigenadas Reativas
Pan, L. et al., PLOSOne, 2012, 7 (8), e44142
Discutir isto????
• pH– Diferentes produtos pretendidos
Kodamatani, H. et al., J. Chromatogr. A, 2009, 1216, 92Lee, C.; Choi, W.; Yoon, J.; Environ. Sci. Technol. 2005, 39, 2101.
(B): carreador, 10mM tampão borato; tempo radiação UV 15s; N-nitrosodietanolamina, (○); N-nitrosodimetilamina, (●); N-nitrosomorfolina, (□); e N-nitrosopirrolidina, (■). Background level (Δ).
VARIAÇÃO DE pH
• Catalisadores– TiO2 (anatase)– Disponível comercialmente– Utilizado em processos de
degradação fotolíticas de contaminantes ambientais
Kaufman, A. D.; Kissinger, P. T.; Jones, J. E.; Analytica Chimica Acta 1997, 356, 177.
CATALISADORES
Atividade fotocatalítica de reator de Teflon revestido com TiO2 p25: (○) reator revestido com TiO2 p25 em potencial aplicado de .1000mV vs. Ag/AgCl; (●) reator não revestido, potencial aplicado de .1000mV vs. Ag/AgCl; (∆) reator revestido com TiO2 p25 em potencial aplicado de .600mV vs. Ag/AgCl;(▼) reator não revestido em potencial aplicado de .600mV vs. Ag/AgCl.Cada ponto representa a soma das correntes máximas dos produtos detectados no tempo de fotólise.
• Fotoquimicamente estável• Quimicamente estável em
uma ampla faixa de pH• Insolúvel em água• Possível imobilização
sobre sólidos• Baixo custo• Não danoso ao ambiente
• Mecanismos oxidativos – geração de radicais hidroxila a partir de água e hidróxido adsorvidos
CATALISADORES
Kaufman, A. D.; Kissinger, P. T.; Jones, J. E.; Analytica Chimica Acta 1997, 356, 177.
Geração de radicais hidroxila a partir de oxigênio adsorvido
• Determinação de N-nitrosaminas em produtos cárneos– Automated flow-injection spectrophotometric determination of
nitrosamines in solid food samplesLuque-Pérez, E.; Ríos, A.; Valcárcel, M., Fresenius J. Anal. Chem., 2001, 371, 891.
• Carcinogênicas• Presença em alimentos (cozimento), cosméticos, fumaça de
tabaco, solo, águas superficiais etc.• Resultantes das reações entre óxidos nítricos ou NO2
- e aminas secundárias
• Regulamentação (águas): Canadá – 9ng/L (NDMA), EUA – 10ng/L (NDMA, NDEA, NDPA)
APLICAÇÃO: DISCUSSÃO DE TRABALHOS
• Detecção colorimétrica (Reação de Griess)• N-nitrosaminas:
– UV λ=253,7nm– excitação de orbitais tipo n →π* e
protonação– Geração do ânion radical NO● da
molécula– reação de Griess – Geração de um íon diazônio e,
posteriormente, um composto Azo detectável espectrofotometricamente, com cromóforo absorvendo em λ=540nm. Esta reação é específica para a espécie derivatizada.
Peter Griess, 1829-1888
APLICAÇÃO: DISCUSSÃO DE TRABALHOS
Método resumido• Extração – amostras em água a 90-95oC (agitação por 5min)• Filtração 1• Resfriamento (banho de gelo)• Filtração 2• Coluna de troca iônica – retenção de íons NO2
- e NO3-
eventualmente presentes na amostra (interferentes)• Exposição à radiação UV (254nm)• Mistura com reagente de Griess• Detecção – absorbância a 542nm
APLICAÇÃO: DISCUSSÃO DE TRABALHOS
1)
APLICAÇÃO: DISCUSSÃO DE TRABALHOS
2)
Fotoderivatização Derivatização Química
Escopo testado NDMA NPRO, NTHZC, NSAR, NHPRO, NMU, NMA
Detecção Colorimétrica TEA (Quimiluminescência – óxido nítrico)
Etapas Extração, Filtração, Resfriamento, Troca iônica, UV,adição de NED/SAM
Homogeneização com Acetonitrila; Centrif., Adição de KI, Ác. Sulfâmico/H2SO4; Decantação, Aquecimento 70oC, Resfriamento
Quantidade de amostra necessária
2g 10g
Faixa de trabalho 0,8 – 500 ng/mL 0,7-17 ppm
Recuperação média 95,4-106,0% 65,9%
Fiddler, W., Pensabene, J.W., Doerr, R.C., J. of AOAC Int., 1995, 78(6), 1435
APLICAÇÃO: DISCUSSÃO DE TRABALHOS
FIA!
Discussão• Avaliação de condições ótimas de: vazão, pH,
tempo de exposição, Concentração do reagente de Griess
• Não foram estudadas diferentes potências da lâmpada UV• Não foi avaliado o desempenho da coluna de troca iônica, nem
referenciado trabalho anterior• Não é feita menção a possíveis problemas ao FIA
(aquecimento excessivo da lâmpada, formação de bolhas)• Não é mencionado limite regulamentar (Projeto NDMA em
produtos cárneos: 3mg/kg – China)• Validação: Apenas desvio padrão das replicatas das
fortificações, recuperação em 4 níveis e faixa linear.
APLICAÇÃO: DISCUSSÃO DE TRABALHOS
• Determinação dos isômeros de Resveratrol e Piceid em vinho– Post-column on-line photochemical derivatization for
the direct isocratic-LC-FLD analysis of resveratrol and piceid isomers in wine
Durán-Merás, I.; Galeano-Díaz, T.; Airado-Rodríguez, D.; Food Chemistry, 2008, vol. 109 no. 4, 825
• Resveratrol: Estilbeno produzido por plantas em reação a infecção fúngica ou stress abiótico (por ex. contaminação por metais pesados)
• Ligado à redução dos riscos de doenças cardíacas (ingestão regular de vinho)
APLICAÇÃO: DISCUSSÃO DE TRABALHOS
Método resumido•Não há etapa de preparo de amostra•Separação cromatográfica (HPLC, C18, isocrát. 15oC, fase móvel = CH3CN: H3PO4(0,04%) 18:82 v/v, 0.9mL/min) •Fotoderivatização: tubo PTFE 3m enrolado em lâmpada de Xe 4W•Detecção Fluorescência 364nm (λexc = 260nm)
Radiação muito intensa impede a determinação da razão isomérica
APLICAÇÃO: DISCUSSÃO DE TRABALHOS
Discutir isto????
A) Lâmpada desligada
(_) e lâmpada ligada (...)
B) Padrões de t-Resveratrol e t-Piceid
(_); Amostra de vinho fortificada com os dois
analitos(...)
APLICAÇÃO: DISCUSSÃO DE TRABALHOS
• Comparação Ratola, N., Faria, J. L., and Alves, A., Food Technol. Biotechnol., 2004, 42 (2) 125
• Preparo: etapas LLE e SPE• HPLC-UV, sem derivatização• Determinação unicamente de trans-resveratrol• CV ~ 30% (extrações independentes de uma mesma amostra)• Faixa linear não informada• LD = 0,06mg/L (contra 0,0012μg/mL de Duran-Merás et al.)
http://resveratrolbenefit.org/
APLICAÇÃO: DISCUSSÃO DE TRABALHOS
Discussão
• Otimização das condições cromatográficas• Frequência analítica: 4 amostras em 35min• Possibilidade de identificação dos isômeros
• A validação do método contempla apenas: Precisão inter-dia, linearidade, LD e LQ
• Não detalha quais são os foto-produtos (FR e FP1, FP2)
• Não há limite regulatório, embora sintomas de overdose sejam conhecidos
• Exposição à luz solar produz os isômeros cis
APLICAÇÃO: DISCUSSÃO DE TRABALHOS
• Derivatização Fotoquímica– Redução de custos– Versatilidade– Controle das condições experimentais– Estudo interdisciplinar
CONCLUSÃO
• D. A. Skoog, F. J. Holler, T. A. Nieman in Principles of Instrumental Analysis (Ed.: Brooks/Cole), Thomson Learning, New Delhi, 1998, pp. 746
• Lores, M.; Cabaleiro, O.; Cela, R.; Trends in analytical Chemistry 1999, v. 18 no. 6, 392.• Lingeman, H; Underberg, W. J. M.; in Detection-Oriented Derivatization Techniques in Liquid
Chromatography (Ed.: Lingeman, H; Underberg, W. J. M.), Marcel Dekker, New York, 1990, cap. 1• J. Ruzicka, E. H. Hansen, in Flow Injection Analysis (Ed.: J. D. Winefordner), John Wiley & Sons,
New York, 1988, vol. 62, pp. 1-20.• Fedorowski, J.; LaCourse, W. R.; Analytica Chimica Acta 2010, 657, 1.• Krull, I. S.; Ding, X. D.; Selavka, C.; Bratin, K.; Forcier, G.; J. Forensic Sci. 1984, vol. 29 no. 2, 449.• Cavicchioli, A.; Gutz, I. G. R.; Quím. Nova 2003, vol.26 no. 6, 913.• D. C. Harris in Análise Química Quantitativa (Ed.: W. H. Freeman and Company), W. H. Freeman
and Company, New York e Basingstoke, 1999, pp. 448-464• MICHIGAN STATE UNIVERSITY. Photochemistry. Disponível em:
http://www2.chemistry.msu.edu/faculty/reusch/virttxtjml/photchem.htm Acesso em: 02janeiro2013
• Liu, H.; Krull, I. S.; Kaufman, A.; Aruda, W. O.; Kissinger, P. T.; Current Separations, 1997, 16:2, 37.• Luque-Pérez, E.; Ríos, A.; Valcárcel, M.. Fresenius J Anal Chem, 2001, 371, 891.
REFERÊNCIAS
• Jurado-Sanchez, B.; Ballesteros, E.; Gallego, M.; Talanta 2007, 73, 498.• Ding, X. D.; Krull, I. S.; J. Agr. Food Chem., 1984, 32, 622• Pacheco, W. F.; Batalha, J. A. L.; de Oliveira, C. C.; Aucelio, R. Q.; Talanta 2008, 74, 1442.• Lee, C.; Choi, W.; Yoon, J.; Environ. Sci. Technol. 2005, 39, 2101.• Kaufman, A. D.; Kissinger, P. T.; Jones, J. E.; Analytica Chimica Acta 1997, 356, 177.• G. Roloff in Degradação do hormônio estradiol por eletrólise, fotólise e fotocatálise -
Dissertação apresentada ao Instituto de Química de São Carlos (Orientador: Prod. Dr. Germano Tremiliosi Filho) Universidade de São Paulo, São Carlos, 2007, pp. 20-24
• Y. L. Chow in The Chemistry of Functional Groups Supplement F: The Chemistry of amino, nitroso and nitro compounds and their derivatives (Ed.: S. Patai), John Wiley & Sons, Binghantom, 1982, vol. 1, pp. 262-281
• Ivanov, V. M.; Journal of Analytical Chemistry 2004, vol. 59 no. 10, 1002.• Held, P., An Introduction to Reactive Oxygen Species, BioTek Application Guide, 2012• Kim, M.; Stripeikis, J.; Iñón, F.; Tudino, M.; Talanta 2007, 72, 1054.• Durán-Merás, I.; Galeano-Díaz, T.; Airado-Rodríguez, D.; Food Chemistry, 2008, vol. 109 no.
4, 825• UVABC’S http://www.uvabcs.com/index.php)
Obrigado
Erick Soares LinsSeminários IIQ-UnB