METROLOGIA EM CROMATOGRAFIA

ESCOLA AVANÇADA EM METROLOGIA QUÍMICA

INMETRO, Xerém, RJ

Prof. Francisco Radler de Aquino Neto

LADETEC-IQ/UFRJ

18 / 11 / 2003

METROLOGIA TRADICIONALMENTE TEM SIDORELACIONADA À FÍSICA

MEDIDAS FÍSICAS FUNDAMENTAIS SÃO BASEADASEM TEORIAS CONSOLIDADAS E CONHECIMENTO

DETALHADO DOS SISTEMAS DE REFERÊNCIA

A QUÍMICA TEM LUTADO PARA TRANSFORMAR-SENUMA CIÊNCIA EXATA, MAS FALTA MUITO

ISSO INIBE A DEFINIÇÃO DE UM ENQUADRAMENTOMETROLÓGICO PARA A QUÍMICA APLICADA

FÍSICA• CAMPOS & INTERAÇÕES COM MATERIAIS• PROPRIEDADES, ESTRUTURA & LEIS FUNDAMENTAIS

DE SISTEMAS MATERIAIS & CAMPOS

QUÍMICA• ESTRUTURA & # DE MOLÉCULAS*, COMPOSIÇÃO DE

MATERIAIS & PROPRIEDADES MACROSCÓPICAS• TRANSFORMAÇÃO DE MOLÉCULAS*

NATUREZA• ENTIDADES IMATERIAIS• MATERIAIS CONSTITUÍDOS POR MOLÉCULAS*

* “Espécies químicas”

METROLOGIA TRADICIONAL

• “METROLOGIA em FÍSICA ”

CC Eletricidade (CCEM) (CCE, 1997) 1927CC Fotometria (CCP) (CCPR, 1971) 1933 30’sCC Termometria (CCT) 1937CC Comprimento (CCDM) (CCL,1997) 1952CC Segundo (CCDS) (CCTF,1997) 1956 50’sCC Radiação ionizante (CCEMIR;CCRI, 1997) 1958

4 seções, em 1975 trêsCC Unidades (CCU) (CSU,1954) 1964CC Massa e quantidades correlatas (CCM) 1980CC Quantidade da matéria (CCQM) 1993 90’sCC Ac., Ultras. & Vib. (CCAUV) 1998

70’s

METROLOGIA em QUÍMICA: ANOS INICIAIS

• “METROLOGIA QUÍMICA”: 1OS PASSOS, FÍSICA “METROLOGIA FÍSICA”

MEDIDAS DIRETAS INDIVIDUAISCC Radiação ionizante (CCEMIR) (CCRI, 1997) 1958

4 seções, em 1975 trêsCC Quantidade da matéria (CCQM) 1993

ESPÉCIES INDIVIDUAISPOUCAS ESPÉCIES EM “BACKGROUND” SIMPLES (MATRIZ)MAIORIA CQ / AVALIAÇÃO DE PUREZACOMPOSIÇÃO GLOBAL DE MATERIAIS

1A COMPARAÇÃO GLOBAL (ANÁLISE DE 6 GASES) 2000

METROLOGIA em QUÍMICA: ATIVIDADES CENTRAIS• “METROLOGIA QUÍMICA” DESENVOLVE-SE

LENTAMENTE PARA ESPÉCIES SIMPLES EMENSURANDOS INORGÂNICOS

REALIZAÇÃO DO MOL DIFÍCIL E AFASTADA DA REALIDADE

MOLÉCULAS DE SUBSTÂNCIAS DIFERENTES NÃO SÃO“CORPÚSCULOS” SÃO ENTIDADES ÚNICAS!

MEDIDAS AO NÍVEL MOLECULAR: ESTÍMULO PERTURBA OSMENSURANDOS E SUAS RELAÇÕES COM AS MATRIZES

SISTEMAS (FERRAMENTAS DE MEDIÇÃO, MENSURANDOS &MATRIZES) EM MUITOS CASOS NÃO SÃO PERMANENTESPODEM SE ALTERAR NO TEMPO E ESPAÇO NA ESCALA

MOLECULAR

METROLOGIA em QUÍMICA: ATIVIDADES CENTRAIS

• “METROLOGIA QUÍMICA” BUSCA NOVOS PARADIGMAS

RASTREABILIDADE DO MOL PARA SI 1996

MÉTODOS PRIMÁRIOS DE MEDIDA 1996 MAIORIA PARA MEDIDA DE ESPÉCIES INDIVIDUAIS

COMPARAÇÕES CHAVE

MRC (“CRM”)

METROLOGIA em QUÍMICAATIVIDADES CENTRAIS CORRENTES

•MÉTODOS PRIMÁRIOS DE MEDIDAMAIORIA PARA MEDIÇÃO DE ESPÉCIES INDIVUDUAIS

GRAVIMETRIATITULAÇÃOCOULOMETRIACALORIMETRIApHANÁLISE POR ATIVAÇÃO NEUTRÔNICA

ESPECTROMETRIA DE MASSASPOR DILUIÇÃO ISOTÓPICA

MAIORIA DEPENDE DECOMPARAÇÕES CHAVEMRC (“CRM”),

PARA SEREM ÚTEIS NO MUNDO REAL

METROLOGIA em QUÍMICAATIVIDADES CENTRAIS CORRENTES

•CCQM COMPARAÇÕES CHAVE (ANO DE 2000)PARA AVALIAR A CAPACITAÇÃO ANALÍTICA & QUANDO

POSSÍVEL ESTABELECER VALORES CONCENSUAISMAIORIA DE MEDIÇÕES INDIVIDUAIS

SAÚDE 10ALIMENTOS 16MEIO AMBIENTE 21MATERIAIS AVANÇADOS 05COMMODITIES 12FORENSE 04FÁRMACOS - -BIOTECNOLOGIA 02ANÁLISE EM GERAL 09

TOTAL 79 (40)

METROLOGIA em QUÍMICAATIVIDADES CENTRAIS CORRENTES

•MATERIAIS DE REFERÊNCIA (RM)MAIS DE 20,000 MR EM BANCOS DE DADOS DE

PROVEDORES

MAIORIA NÃO É MRC

MUITOS NÃO RASTREÁVEIS A PADRÕES OU MÉTODOS 1os

VÁRIOS CONSTITUÍDOS DE MENSURANDOS EM MATRIZESESPECÍFICAS (DE REFERÊNCIA?!)

1% DAS NECESSIDADES ATUAIS ?

NECESSIDADES FUTURAS? INSONDÁVEL

METROLOGIA em QUÍMICANOVOS CONCEITOS?

• COMPLEXIDADE DOS SISTEMAS QUÍMICOSCC Quantidade da matéria (CCQM,1993) 1999

• IDENTIDADE DA METROLOGIA em QUÍMICABIPM INICIA PESQUISA EM MemQ 2000

• SUBDIVISÃO DA METROLOGIA EM QUÍMICACCQM – GRUPOS DE TRABALHO

COMPARAÇÕES CHAVEANÁLISE ORGÂNICAANÁLISE INORGÂNICAANÁLISE DE GASESpH

MRC• “PREOCUPAÇÃO COM ANÁLISES COMPLEXAS”

METROLOGIA em QUÍMICACGPM RESOLUTION 10

21st CGPM, 1999, Resolução # 10 sobre MemQ

Acordos comerciais (OMC)

Eliminar barreiras técnicas associadas às medições(ciência de alimentos, fármacos, materias “high-tech”)

Decisões sobre Meio Ambiente e Saúde Pública baseadas emmedidas químcas com reconhecimento GLOBAL

Desenvolvimento de rastreabilidade para medidas químicasainda deixa muito a desejar no mundo todo

METROLOGIA em QUÍMICAUM NOVO PARADIGMA?

• “METROLOGIA QUÍMICA INOVADORA”

MEDIÇÕES DE SISTEMAS CADA VEZ MAIS COMPLEXOS

MAIS DE 25,000,000 MOLÉCULAS REGISTRADAS, NÃOCONSIDERANDO AS ESPÉCIES QUÍMICAS

MAIORIA DAS MEDIÇÕES LIDA COM VÁRIOSMENSURANDOS IMERSOS EM MATRIZES COMPLEXAS

ANALISTAS PERSEGUIDOS PELO EFEITO DE MATRIZ

MATRIZES REAIS SÃO INDIVIDUALMENTE ÚNICAS

METROLOGIA em QUÍMICANOVO MILÊNIO

• “METROLOGIA QUÍMICA” CHAMADO DO DEVER

ANÁLISE DE MISTURAS COMPLEXAS

PREPONDERÂNCIA DE ESPÉCIES ORGÂNICAS

AMOSTRAS COMPLEXASMISTURAS DE MENSURANDOSMATRIZES LARGAMENTE DIVERSASMATRIZES INDIVIDUAIS MUTANTESFERRAMENTAS DE MEDIÇÃO MUTANTES

METROLOGIA em QUÍMICAESCOLA AVANÇADA

• ESCOLA → ENSINO → DOGMÁTICO →

→ RÍGIDO → PERMANENTE → IMUTÁVEL

simples na essência / cristalino / 100% transparente /

claro , brilhante & belo

• CURSO AVANÇADO → Público apto a

tolerâcia / flexibilidade / adaptação /

pronto a mudar de conceitos rígidos para a realidade

METROLOGIA em CROMATOGRAFIAESCOLA AVANÇADA

• QUÍMICA não é uma ciência exataMAS é a mais relevante para a sociedade moderna

• CROMATOGRAFIA PERMITIU A REVOLUÇÃO DA QUÍMICA NASEGUNDA METADE DO SÉCULO XX

• CROMATOGRAFIA, técnicas afins e a espectrometria demassas serão, no século XXI, o diferencial entre naçõesdesenvolvidas e sub-desenvolvidas

• METROLOGIA EM CROMATOGRAFIA representa tal desafiocientífico que contribuirá para aumentar o fosso entra asnações

METROLOGIA em CROMATOGRAFIAESCOLA ATRASADA (?!)

• CROMATOGRAFIAS intrinsecamente variáveis

• Correções com materiais de referência (MRC?)

• Dia a dia desvio padrão

• Rastreabilidade metrológica & incerteza: o grande desafio

METROLOGIA em CROMATOGRAFIAEXEMPLO DO DESAFIO

Possíveis fontes de incerteza envolvidas no processocromatográfico

AmostraCondições de armazenamentoAlíquotas

Preparação da amostraAdição do padrão internoDiluiçãoPerda na extração:- extração por fase sólida- extração líquido-líquido- tempo de incubação- temperatura de incubação- evaporação- secagem- reconstituição

DerivatizaçãoEtapas de transferênciaContaminação cruzada

Possíveis fontes de incerteza envolvidas no processo

cromatográfico

InstrumentoCalibração do instrumentoRepetitividade do instrumento:- volume injetado- controle da temperatura- Fluxo- especificações da coluna

Análise de dadosCromatograma:- forma do pico- tempo de retençãoParâmetros para integraçãoMédia dos dados

Preparação do padrãoIncerteza do material padrão- peso do material de referência- incerteza da balança analíticaPreparação da solução padrão- material volumétrico utilizado- solvente utilizado (evaporação)

Esquema do processo de estimativa da incerteza

Esquema do processo de estimativa da incerteza

Calcular a incerteza padronizada

Analisar criticamente e, se necessário reavaliar os principais componentes

Calcular a incertezaFIM

Etapa 4

Curva de calibração de cafeína

Curva de calibração de cafeína

y = 3910,8x + 1957,1R2 = 0,9987

0

100000

200000

300000

400000

500000

0 20 40 60 80 100

conc.(ug/mL)

área

Análise de cafeína por CLAE

Análise do teor de cafeína no chá mate

Co-injeção de cafeína

Estimando a incerteza

METROLOGIA em QUÍMICANECESSIDADES PRESENTES E FUTURAS

•EXEMPLOS DE MISTURAS COMPLEXAS

CAMPO DE APLICAÇÃO MOLÉCULAS TÉCNICA*BIOMOLÉCULAS METABÓLITOS CG-EMMEIO AMBIENTE PCB’s, DIOXINAS CG-EMARONCOLOGIA QUIMIOT./TMO-LMC CG-EMCIÊNCIA ALIMENTOS NITROFURANOS/CARNE CLAE-EM-EMDOPING/ABUSO ANABOLIZANTES CG-ITD/EM^nG-,P-, METABOLÔMICA DNA, PROTEÍNAS, … MALDI-TOF/EMDISTIN. MOLECULAR GOM,EXOG/ENDOG, … CG/C/EMRIEM GERAL COMBUST., Q. CLÍNICA, … CGxCG-TOF/EM

* Cromatografia(s?) & técnicas relacionadas + técnicas de Espectrometria de Massas

GLICOSÍDEOS DO CAJÚ

BIOMOLÉCULAS

ALFA & BETA-AMIRINASBIOMOLÉCULAS

O

O

����

������

����

����

������

����������

n

n = 5-27

O

O

������

��������

����

����

������

��������

n

n = 9-27

Alcanoato de β-amirina Alcanoato de α-amirina

Tempo de Retenção (min)

ON

NO2N O

O

ON

NO2N O

O

N O

ON

NO2N

H

NH2

O

ON

NO2N NH

O

O

H2NN O

O

H2NN O

O

N O

H2NN

H

NH2

O

H2NN NH

O

O

Furazolidona

Furaltadona

Nitrofurazona

Nitrofurantoína

AOZ:-amIno-2-oxazolidinona

AMOZ:3-amino-5-morfolinometil-2

-oxazolidinona

SC: Semicarbazida

AH: 1-Aminoidantoína

NITROFURANS IN POULTRY

FOOD CHEMISTRY

TÉNCNICAS DE ALTA (CG-EMAR) X BAIXA SENSIBILIDADE (CG-EM)DETECÇÃO DE EPIMETENDIOL

01020304050607080

# O

F P

OS

ITIV

1994 1995 1996 1997YEAR

CG-EMCG-EMAR

CONTROLE DE DOPAGEM NO ESPORTE

COMPARAÇÃO DE PRÉ-TRATAMENTOS

FLUIDO BIOLÓGICO (ELL)

10400

2000

200600

FLUIDO BIOLÓGICO (EFS & ELL)

FLUIDO BIOLÓGICO (CIE)

M/Z 545, ESTANOZOLOL

CONTROLE DE DOPAGEM NO ESPORTE

QUALQUER (?) MISTURA COMPLEXA

CG x CG COMPREENSIVA

QUALQUER (?) MISTURA COMPLEXA

3D - CG x CG COMPREENSIVA

QUALQUER (?) MISTURA COMPLEXA

2D - CG x CG COMPREENSIVA – TOFEM

CONSIDERAÇÕES. I

•METROLOGIA EM CROMATOGRAFIA EXIGECONCEITOS ESPECÍFICOS EEMBASAMENTO TEÓRICO “SUI GENERIS”

•DESENVOLVIMENTO EM C & T EXIGEINCORPORAÇÃO DE METROLOGIA EMCROMATOGRAFIA PARA ADEQUAÇÃO DACOLETA E DO PROCESSAMENTO DEDADOS

• METROLOGIA EM CROMATOGRAFIA ÉINOVAÇÃO EXIGINDO NOVA ABORDAGEMMETROLÓGICA PARA SISTEMASCOMPLEXOS

CONSIDERAÇÕES. II

•METROGIA QUÍMICA APLICADA EXIGECONCEITOS ESPECÍFICOS EEMBASAMENTO TEÓRICO “SUI GENERIS”

•DESENVOLVIMENTO C & T EXIGEINCORPORAÇÃO DE METROLOGIAQUÍMICA PARA ADEQUAÇÃO DA COLETAE DO PROCESSAMENTO DE DADOS

• METROLOGIA QUÍMICA DEVE INOVARCOM BASE NO CONHECIMENTO QUÍMICOPRESENTE E NÃO APENAS SEGUINDO ATRADIÇÃO EM METROLOGIA

CONCLUSÕES

• MemQ NO BRASIL PODE INOVAR POIS O INMETROERA INTRINSECAMENTE METROLOGIA FÍSICA

• RECONHECIMENTO ≅ MemF & MemQ APONTAPARA SINERGIA ENTRE DIVISÕES DA MC&I DOINMETRO

• MemQ ESTÁ SENDO ERGUIDA DO ZERO• MemQ NO INMETRO, COM SUPORTE

GOVERNAMENTAL E APOIO DA SOCIEDADEORGANIZADA, PODE ELIMINAR O ATRASOTECNOLÓGICO EM RELAÇÃO AO 1O MUNDO ESITUAR O BRASIL EM POSIÇÃO DE LIDERANÇA EMRELAÇÃO À METROLOGIA APLICADA

ILAÇÕES. I

•A ABORDAGEM REVOLUCIONÁRIA EMPREENDIDA PELOINMETRO, CASO BEM SUCEDIDA, ABRIRÁPERSPECTIVAS PARA OUTRAS NAÇÕESSUBDESENVOLVIDAS, MAS INDUSTRIALIZADAS, DESUPERAR O NEOCOLONIALISMO DERIVADO DASBARREIRAS TÉCNICAS IMPOSTAS ASSIMETRICAMENTESOBRE SUAS FATIAS DO COMÉRCIO INTERNACIONAL

•POR ENVOLVER O MERCADO MUNDIAL DE ALIMENTOS,ENERGIA, MEDICAMENTOS, ESPORTE E RESTRIÇÕESAMBIENTAIS, SANITÁRIAS E DE SAÚDE PÚBLICA, AANÁLISE QUÍMICA, EM ESPECIAL A CROMATOGRAFIA,TERÁ PAPEL SINGULAR NESSA LUTA

ILAÇÕES. II

•NÃO É FANTASIOSO IMAGINAR QUE A METROLOGIA EMCROMATOGRAFIA ESTEJA FADADA A SER O GRANDEDIVISOR DAS NAÇÕES NAS PRÓXIMAS DÉCADAS

•CABE AO BRASIL A DECISÃO DE QUE LADO DABARREIRA PRETENDE SE POSICIONAR