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Síntese, Caracterização E Aplicação De Extração Em Fase Sólida Do
Polímero De Impressão Molecular Do Fungicida Metribuzin.
M. J. U. Toro
A. A. P. Reis
O. O. R. Junior
Universidade federal do Sul e Sudeste do Pará
Instituto de Geociências e Engenharias
Departamento de Engenharia de Materiais
junioremt13@gmail.com
Na agricultura os pesticidas são utilizados de forma descriminada, podendo
contaminar o homem e o meio ambiente. No estado do Pará, não se tem um
controle dessa contaminação. Os Polímeros de impressão molecular (MIP), são
polímeros sintetizados ao redor de uma molécula que é tomada como molde. Após a
extração deste molde, o polímero poderá atuar no processo de reconhecimento do
mesmo, uma vez que, ele apresentará sítios de ligação complementares a esta
molécula. Diante dessas informações este trabalho de pesquisa tem como objetivo a
utilização desses polímeros como adsorventes na extração em fase sólida. Os MIPs,
foram sintetizados através do método de Bulk utilizando o pesticida metribuzin como
molde. A aplicação deste material será realizada em amostras reais de agua e solo
na região do Pará. Os cálculos serão realizados a partir de isotermas de adsorção
que serão obtidas das curvas de absorvância por espectrofotometria.
Palavras-chave: síntese, caracterização, polímeros de impressão molecular,
metribuzin.
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1. INTRODUÇÃO
Poluentes ou contaminantes emergentes consistem numa classe de
compostos orgânicos de origem variada que podem ser encontrados em matrizes
ambientais e biológicas e muitas vezes não são controlados pelas agências
regulatórias o que não exclui, contudo, seu potencial risco à saúde humana e ao
meio ambiente(1). A EPA, do inglês United States Environmental ProtectionAgency,
adere a classificação dos contaminantes emergentes em função dos seus efeitos,
usos ou características químicas e biológicas.
Uma importante classe de poluentes emergentes são os herbicidas. O destino
final de todos os herbicidas, sejam eles aplicados em pré ou em pós-emergência, é
sempre o solo. A disponibilidade destes produtos para as plantas e para a biota é
influenciada pelas frações orgânica e mineral do solo. Em contato com os colóides
do solo, os herbicidas estão sujeitos à adsorção, lixiviação e degradação, mediante
processos fisico-químicos e biológicos(2).
Um dos maiores impactos da agricultura na qualidade dos recursos
hídricos(água subterrânea e superficial) ocorre devido à possibilidade de
contaminação desses com resíduos de agrotóxicos. Infelizmente, têm sido
crescentes as evidências sobre a presença de resíduos de agrotóxicos em amostras
de água subterrâneas e superficiais em áreas agrícolas ou até mesmo em áreas de
captação de água para consumo humano (3).
Joseph e colaboradores descrevem o reconhecimento molecular como um
fenômeno onde a ligação de uma molécula a um receptor é preferencial e seletiva
frente a outras moléculas e ressalta a importância destes sistemas em aplicações de
estudos da química analítica (4).
O uso de polímeros de impressão molecular é uma estratégia promissora no
quesito seletividade e já se encontram na literatura aplicações destes materiais em
várias técnicas, tais como cromatografia líquida, eletrocromatografia capilar e
eletroforese capilar, extração em fase sólida, microextração em fase sólida, e como
adsorventes seletivos em sensores químicos (5).
Polímeros de impressão molecular (do inglês molecularly imprinted polymers–
MIP) são polímeros com capacidade de reconhecimento molecular, uma vez
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dotados de sítios específicos estereoquimicamente moldados a partir da molécula ou
analito de interesse(6).
Várias técnicas de preparo de amostras a níveis traços são discutidas
atualmente. Dentre elas a SPE, do inglês SolidPhaseExtraction, uma técnica que
visa remover os efeitos de matriz, isolar e concentrar os analitos viabilizando a
análise e quantificação dos mesmos ainda que em quantidades traços. Trata-se de
uma técnica líquido-sólido e, além de ser empregada em extração de analitos
semivoláteis e não voláteis de amostras líquidas, é também útil para amostras
sólidas pré-extraídas com solventes(7).
A extração em fase sólida utilizando polímero de impressão molecular (MISPE,
do inglês molecularly imprinted polymer solid-phaseextraction) é, portanto, uma
alternativa interessante para análise quantitativa precisa de analitos alvo em
matrizes complexas tais como cursos d'água em concentrações traços. Nesta
técnica, os polímeros molecularmente impressos com sítios específicos de interação
são empregados como fases estacionárias, conferindo maior eficiência e precisão ao
processo SPE (8).
O presente trabalho teve como objetivo avaliar a atividade do herbicida
metribuzin em solo, foram sintetizados MIPs a paratir da moelcula de metribuzin
para uma analise de absorção dos MIPs e em amostras reais de solo.
2. MATERIAIS E METODOS
2.1. Polimeros de impressão Molecular (MIP) e polimeros de não impressão
molecular (NIP)
A primeira etapa da síntese dos polímeros de impressão molecular consiste em
dissolver o template (analito de interesse) em um solvente porogênico. Em seguida
adicionar o monômero contendo grupos funcionais complementares àqueles da
molécula molde, o que permiti formar em solução o complexo “monômero-molécula”,
por meio de interações não covalentes, entre os respectivos grupos funcionais
complementares. Posteriormente é adicionado ao meio reacional o reagente de
ligação cruzada e o iniciador radicalar de polimerização, o que Dara inicio a reação
de polimerização (9-10).
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O MIP e NIP foram sintetizados a partir da técnica de polimerização em bulk
(solução). Para a realização desta síntese empregou-se um tubo de ensaio de 10
mL de capacidade, no qual foram adicionados o solvente porogênico (Tolueno), o
analito (Metribuzin) e o monômero funcional (2 vinil Piridina). A solução foi então
homogeneizada por 10 minutos para permitir a interação entre o Monômero e o
analito. Imediatamente adicionou-se o agente de ligação cruzada (EGDMA) e o
iniciador radical (AIBN). Antes do aquecimento do tubo foi purgada com nitrogênio
por 5 minutos, terminada a etapa, o frasco reacional foi selado e colocado em um
banho termostatizado a 60°C. A temperatura favoreceu a reação que se processou
por um período de 24 h. (11)
Após a completa polimerização, os tubos de ensaio foram quebrados e os
polímeros triturados mecanicamente empregando um almofariz e pistilo. Fez-se uma
seleção do tamanho das partículas empregando-se uma peneira de 100 mm de
malha. A remoção do analito bem como dos reagentes remanescentes da síntese
foram feitas através de extrator soxhlet com solução de metanol/ácido acético 9:1
(v/v) por intervalo de 48 horas. Por fim, os polímeros foram secos a 60 °C e
estocados a temperatura ambiente. (11)
Outro polímero a base de monômero funcional foi também sintetizado para ser
empregado como controle, o NIP (non-imprinted polymer) foi sintetizado pelo mesmo
procedimento anterior mais sem adição do analito.
2.1.1. Caracterização Dos Polímeros De Impressão Molecular MIP E NIP Por
Espectroscopia No Infravermelho.
A caracterização do MIP e NIP por espectroscopia no infravermelho, foi
realizada no FTIR Cary 630 da Agilent com o acessório ATR de diamante, em um
procedimento rápido e fácil de medição para estes componentes pode-se obter o
espectro das amostras.
2.1.2. Caracterização Morfológica Dos MIPs Através Da Técnica DE Microscopia
Eletrônica De Varredura (MEV).
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O equipamento MEV da HITACHE modelo TM 3030 que trabalha em 5 kV, 15
kV e modo EDS, simplificando a configuração de uso, com uma ampliação de suave
de 15x até 30.000x foi utilizado para a caraterização do MIP e NIP. As amostras
foram preparadas em um envolto de filme fino de grafita e colocados no porta
amostra do microscópio eletrônico para realização da varredura e determinação das
medidas. Este equipamento também consiste em um aparelho de EDS acoplado e
foi possível determinado os elementos químicos presentes nas amostras em uma
determinada profundidade.
2.2. Caracterização Dos Polímeros Por Experimentos De Afinidade
Para avaliar a capacidade de adsorção do MIP obtido, foram realizados
experimentos estáticos de adsorção. Para isto, 5,0 mg de polímero foram
adicionados em frascos pequenos, contendo 5,0 mL de soluções padrão de
Metribuzin em concentrações entre 2 a 8 mg L-1. Após terem sido agitadas durante 5
h à temperatura ambiente, as amostras foram centrifugadas e decantadas para a
recuperação do MIP.
Após a decantação as amostras foram levadas ao espectrofotômetro de
modeloKasuaki UV/VIS de feixe duplo com varredura modelo IL-0082-BI por onde foi
possivel obter os valores de absorvancia de cada concentração.
2.3. Estração em fase Solida (SPE)
Na Figura 1 apresentada a seguir são mostradas as etapas em que a SPE
acontece. De inicio as forças do solvente de eluição com o solvente da amostra
precisam ser reguladas. Isto é feito condicionando o sorvente (MIP) com solvente
adequado; em seguida, a amostra é introduzida e, ao percorrer a coluna, o analito e
alguns interferentes são retidos; a coluna é, então, limpa para a retirada dos
interferentes (processo conhecido como clean-up) e, finalmente, a eluição do analito
de interesse é feita.(8)
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Figura 1 - Etapas da SPE para concentração e/ou isolamento do analito alvo.
Fonte: (3)
3. RESULTADOS E DISCURSÃO
3.1. Caraterização do polimero MIP para metribuzim atraves do espectro de
infravermelho
O espectro de infravermelho do agente de ligação cruzada EDGMA (Figura 2)
apresenta banda característica na região de 1700 cm-1 que correspondente ao
estiramento de C=O do grupo éster; e a 1700 cm-1 da banda correspondente à
deformação axial de C-O do éster; na região entre 1670 – 1640 cm-1, podem ser
vistas bandas de estiramento de grupos vinil C=C presentes em EDGMA
Figura 2 - Espectros de FTIR do EDGMA.
4000 3000 2000 1000 00
20
40
60
80
100
EDGMATra
nsm
itância
(%
)
Numero de onda (cm-1)
1700C=O
1640
C=C
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Fonte: Autor
Na figura 3 esta apresentado o espectro de infravermelho do polimero de
impresão molecular do MIP para o metribuzin com 2 vinilpiridina
4000 3000 2000 1000 0
60
80
100
1500
2940
1731
Tra
nsm
itância
(%
)
Número de onda (cm-1)
NIP-2-VP
Figura 3 - Infravermelho do MIP
Fonte: Autor
As bandas características do MIP podem que podem ser visualizadas no
polímero MIP são das do EDGMA, e 2-VP na região de 1700 cm-1, correspondente
ao estiramento de C=O do grupo éster e de 1550 cm-1 da deformação axial do éster.
Pode-se observar também a ausência do sinal em 1670-1640 cm-1 proveniente do
estiramento de grupos vinila do monômero, que desaparecem no polímero MIP
devido à quebra das ligações C=C no processo de polimerização, dando origem a
ligações simples. Isso pode ser visto na banda em 2940 cm-1 correspondentes aos
grupos CH2 E CH3.
3.2. Caracterização Do Mip E Nip Através Da Técnica De Microscopia Eletrônica De
Varredura (Mev)
Na Figura 4, mostram-se as microscopias eletrônicas de varredura do MIP e NIP
sintetizados neste trabalho
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Figura 4 - Microscopia eletrônica de varredura MEV do MIP e NIP sintetizados neste trabalho.
Fonte: Autor
Na figura 4 observa-se a diferença na porosidade dos materiais sintetizados.
O MIP apresentou ser mais granulado e poroso do que o polímero de controle, NIP,
mostrando diferença na área superficial e entre os polímeros. Embora uma
comparação visual não seja adequada para apresentar conclusões sobre as
diferenças entre os polímeros, pode-se observar que o MIP, aparentemente,
apresentou uma porosidade maior
3.3 Caracterização Do Polímero Sintetizado Com 2-Vp Através Da Análise De
Isotermas De Adsorção
3.3.1 Curva da Concentração
Na tabela 1 abaixo e na figura 5 estão apresentados os valores e a equação da reta
da curva de calibração para o Mestribuzim
Tabela 1 - valores para a curva de calibração
Concentração ppm
de Metribuzin
Absorvancia
1 0,133
4 0,324
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8000
6 0,429
10 0,742
15 1,087
Figura 5 - Curva de calibração do Metribuzin
Fonte: Autor
O comportamento da adsorção do MIP para Metribuzin foi explorado à
temperatura ambiente durante 12 h. Como pode ser mostrado na Figura 5, a
quantidade de adsorção (Q, mg/g) foi calculado com base na diferença de
concentração do metribuzin antes e após o adsorção em um volume constante de
metanol e um peso constante do MIP , de acordo com a equação 1:
(1)
Onde Co é a concentração inicial do Metribuzin ,C é a concentração do metribuzin
após a adsorção, V é o volume da solução do Metribuzin (mL) e M é a massa de
MIP(g).
Pode-se observar pelo gráfico da Figura 6, que a quantidade de adsorção
de pesticida aumentou com o aumento da concentração do Metribuzin, chegando a
um valor de saturação em uma concentração de 10 ppm, o que representa a
saturação de cavidades de ligação ativos no MIP
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Figura 6- Perfil da adsorção Do Metribuzin apresentado pelo MIP
Fonte: Autor
Pode-se observar pelo gráfico da Figura 7, que a quantidade de adsorção de pesticida
aumentou com o aumento com o tempo, chegando a um valor de saturação em um Tempo
de 12 horas , o que representa a saturação de cavidades de ligação ativos no MIP
Figura 7- Perfil da adsorção Do Metribuzin apresentado pelo MIP no tempo
Fonte: Autor
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Na figura 8 esta apresentado o comportamento do Mip atraves da isoterma de
Freundlich para o Metribuzin no MIP
Figura 8 - Isotermas de Freundlich para estimar as características de ligação do Metribuzin para o MIP
Fonte: Autor
Pode-se observar na Figura 8 que os ajustes de Freundlich não
apresentam uma simples linha reta, o que sugere que os locais de ligação do
polímero são heterogêneos com respeito à afinidade para o Metribuzin.
Atraves da equação da reta é calculado o Valor de n e da constante da isoterma
Assim, o fator de impressão obtido para o analito sempre deve ser superior a 1 e,
obviamente, maior que aqueles obtidos para os concomitantes. Neste caso o fator
de impressão (I) obtido para o MIP para o metribuzin foi de 2,81 Indicando o bom
desempenho do MIP.
Polímero Local de ligação Ajuste Freundlich R
Alta afinidade Log Q= 0,355logC + 0,676
0,601
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3.3.2 Aplicação Do Mip Através Da Extração Em Fase Solida
As amostras de água foram coletadas na região de uma plantação de milho de um
sitio localizado na região de Marabá do estado do Pará. Após a coleta das amostras,
estas foram enriquecidas com Metribuzin na concentração de ate 8 ppm e, em
seguida, analisadas pelo MIP proposto. Para tal, foi usado o método
espectrofotométrico através da curva de calibração e calculado o valor da
recuperação do analito.
Após a obtenção da curva de calibração e da equação da reta para o
Metribuzin foi obtida uma concentração de 6,8 ppm, que equivale a uma
concentração na amostra enriquecida de 8ppm equivalendo a uma recuperação de
85,8%, mostrando o excelente desempenho do MIP.
4 CONCLUSÃO
O Polimero de impressão molecular MIP para o Metribuzin apresentado em este
trabalho pode ser usado para a determinação do pesticida Metribuzin, mostrando
ser sensível para a determinação deste pesticida, o que pode ser observado quando
foi aplicado em agua dando uma recuperação de 85,8 %.
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REFERÊNCIA
(1) LA FARRÉ, M., PÉREZ, S., KANTIANI, L., BARCELÓ, D. (2008), Fate and
toxicity of emerging pollutants and transformation products in the aquatic
environment, Trens in Anal. Chem., 27: 991-1007.
(2)BAILEY, C.W. & WHITE, J L. Factors influencing the asorption and
movement of pesticides in soil. In: Residue review the triazine herbicides. V. 32 New
York. Springer Verlag 1970. P. 29-92.
(3) BROWN, C. D.; VAN BEINUM, W. Pesticide transport via sub-surface drains
in Europe. Environmental Pollution, Barking, v. 157, n. 12, p. 3314-3324, Dec. 2009.
(4) ANDERSSON, L.; SELLERGREN, B.; MOSBACH, K. Imprintingof amino
acidderivatives in macroporouspolymers. TetrahedronLett., v.25, n.45, p.5211-
5214,1984.
(5) MAGALHÃES, C.S., GARCIA, J.S.; LOPES, A.S.; FIGUEIREDO, E.C.;
ARRUDA, M.A.Z. Strategies for
samplepreparationfocusingonbiomoleculesdetermination/caracterization In:
ARRUDA, M.A.Z. (Eds.). Trends in samplepreparation.New York: Nova Science
Publishers, 2007. cap.9, p.245-288.
(6) CORREIA, J. IAREN, Referência Européia na Análise de Poluentes
Emergentes. U. Porto Alumni. 2008.
(7) NOVÁKOVÁ, L.; VLOCKOVÁ, H. Anal. Chim. Acta, 658, 8 (2009);
(8) LUIZA, A.N. Extração em fase sólida utilizando polímeros de impressão
molecular para determinação de estrógenos em cursos d’água. 2015, 3p. Tese
(Trabalho de Conclusão de Curso em Química) – Centro de Ciências Naturais e
Humanas, Universidade Federal do ABC, São Paulo.
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8005
(9) SPIVAK, D. A.; CAMPBELL, J.
Systematicstudyofstericandspatialcontributionsto molecular recognitionby non-
covalent imprinted polymers. Analyst, v. 126, n. 6, p. 793-797, 2001.
(10) SELLERGREN, B. Molecular imprintingbynoncovalentinteractions.
Enantioselectivityandbindingcapacityofpolymerspreparedunderconditionsfavoringthef
ormationof template complexes. MakromolekulareChemie, v. 190, n. 11, p. 2703-
2711, 1989.
(11) TORO, Maricely Janette Uria. Desenvolvimento de biossensor baseado em
extrato de açaí e sensor biomimético para detecção de hexazinona. 2014. 127 f.
Tese (doutorado) - Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho, Instituto
de Química de Araraquara, 2014.
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