AUTARQUIA ASSOCIADA UNIVERSIDADE DE SO PAULO

DESENVOLVIMENTO E CARACTERIZAO DE UM GEL

ALANIMA PARA APLICAO NA MEDIDA DA DISTRIBUIO

DA DOSE DE RADIAO USANDO A TCNICA DE

ESPECTROFOTOMETRIA

ERICK YUKIO MIZUNO

Dissertao apresentada como parte dos requisitos para obteno do Grau de Mestre em Cincias na rea de Tecnologia Nuclear-Aplicaes.

Orientadora: Dra. Leicia L.C. Rodrigues

2.08 d

So Paulo 2007

Instituto de Pesquisas Energticas e Nucleares Autarquia Estadual vinculada USP e gerenciada pela CNEN

DESENVOLVIMENTO E CARACTERIZAO DE UM GEL DE ALANINA PARA APLICAO NA MEDIDA DA DISTRIBUIO DA

DOSE DE RADIAO USANDO A TCNICA DE ESPECTROFOTOMETRIA

/

ERICK YUKIO MIZUNO

Dissertao apresentada como parte

dos requisitos para obteno do Grau

de "Mestre em Ciencias" na rea de

Tecnologia Nuclear - Aplicaes.

Orientadora:

Dra. Leticia Lucente Campos Rodrigues

SAO PAULO

2007

Aos meus pais,

Yoshinobu Mizuno

Isaura de Oliveira

E tambm a

Wataru Hassegawa (Paulo)

Miyoko Kumagai

Mireni da Silva Primo

D. Antonieta Gonalves Gilioli

AGRADECIMENTOS

Ao IPEN, na pessoa do Sr. Superintendente, Dr. Cludio Rodrigues,

pela oportunidade de executar este trabalho.

minha orientadora, a Dra. Leticia Lucente Campos Rodrigues por

todo o apoio, crena e dedicao dispensadas, no somente a mim, mas,

tambm, a todos os seus orientandos e orientados. Obrigado tambm, pela

amizade demonstrada!

Ao Dr. Orlando Rodrigues Jnior por todo o apoio e profissionalismo

com que sempre me auxiliou no que necessitei, seja tcnico-cientificamente

falando, seja no que se refere coordenao do grupo de trabalho.

Ao Dr. Alberto Saburo Todo pelas discusses sobre proteo

radiolgica e por algumas caronas tambm.

Dra. Linda V.E. Caldas por ter me recebido neste Centro; CMR -

Centro de Metrologia das Radiaes/IPEN.

Aos amigos do IPEN: Roberto Vicente, Jos Cludio Dellamano,

Sandra Beilintani, Tomie Hirayama por todo o apoio e, principalmente, amizade

demonstrados at hoje.

Aos amigos Salomo, Sr. Luis, Linda (tcnica qumica), Tereza, David e

Manzolli e Vicente por tudo o que me ajudaram e/ou orientaram.

Ao incrvel trio Bete, Carlos e Hlio do CTR-IPEN por toda a dedicao,

cuidado, presteza, preciso e profissionalismo com que sempre realizaram as

irradiaes e, mais do que isso, pela amizade demonstrada durante esse tempo.

A GELITA SOUTH AMERICA pelas amostras de gelatina suna de alta

pureza e qualidade com as quais pude fazer os dosmetros.

Aos carssimos amigos, colegas de ps-graduao/iniciao cientfica,

do IPEN, pessoas que tornaram mais agradvel minha passagem por esta

instituio. Assim, muito obrigado a vocs: Fbio Antunes, Giuiiano Trigueiro,

Ricardo Spolaor, Cristiane Cavinato, Eduardo Souto (Gacho), Eduardo Herdia e

Mara (desde os tempos da Fsica).

Ao ilustre professor Dr. Frank Herbert Quina do Departamento de

Fsico-Qumica do Instituto de Qumica da USP pelas discusses acerca de

eventos qumicos.

Aos servidores fixos ou terceirizados que tive o prazer de conhecer

Tnia, Freire, Suzi, Alves, Raimundo, Gabriel, Joo Malandro e Arajo.

Aos meus amigos da famlia Esteves, Nelson, Vilani e Julio pelas

palavras sinceras de incentivo e o apoio que sempre me deram.

Quase terminando, agradeo ao bom e 'velho' amigo, o tecnlogo

Hendrigo Baldin, pelas vrias discusses a respeito dos temas relacionados ao

espalhamento de raios-X.

Agradeo, por fim, aos amigos annimos que j me ajudaram e cuja

lembrana o tempo levou, muito obrigado.

DESENVOLVIMENTO E CARACTERIZAO DE UM GEL DE

ALANINA PARA APLICAO NA MEDIDA DA DISTRIBUIO DA

DOSE DE RADIAO USANDO A TCNICA DE

ESPECTROFOTOMETRIA

Erick YukJo Mizuno

RESUMO

Este trabalho tem por objetivo a composio e caracterizao de um dosmetro

base de DL-Alanina e Ferro-ll em forma de gel para aplicaes em dosimetra

para campos de doses da radiao gama do Co-60 experimentadas em

procedimentos de radioterapia. O aminocido DL-Alanina dissolvido em soluo

cida contendo o Fe-ll e adicionado o gel. Procedeu-se a uma srie de ensaios

variando reagente a reagente e realizando procedimentos para avaliar o

comportamento em funo do tempo do gel dosimtrico obtido. Os espectros de

absoro antes e aps a irradiao apresentam mximos em 457 nm e 588 nm,

respectivamente. Esses dois picos correspondem aos comprimentos de onda de

absoro das espcies Fe-ll e Fe-lll, respectivamente; estando ambas as

espcies em equilbrio. Com a irradiao, ocorre a formao de radicais que

oxidam o Fe-ll em Fe-lll, alterando com isso o balano entre as duas espcies -

da o aumento da concentrao de Fe-lll - fazendo com que mude a tonalidade

do gel, sendo, portanto, possvel de ser determinada a dose absorvida. Nas

anlises dos espectros e respectivas curvas dose-resposta observou-se que o gel

dosimtrico apresenta linearidade no intervalo de doses entre 0,5 e 40 Gy. A partir

dos resultados obtidos de linearidade, estabilidade e menor dose detectvel -

0,3 Gy - conclui-se que o presente Gel Dosimtrico base de DL-Alanina e Fe-ll

apresenta excelente potencial para a finalidade que proposto, qual seja a

determinao do campo de doses em radioterapia e futura aplicao como padro

na determinao desses campos, em 3D, utilizando-se a tcnica de Imagem por

Ressonncia Magntica - IRM.

DEVELOPEMENT AND CHARACTERIZATION OF AN DL-ALANINE

GEL TO BE APPLIED IN THE MEASUREMENT OF THE DOSE

DISTRIBUTION WITH THE SPECTROPHOTOMETRY TECHNIQUE

Erick Yukio IVIizuno

ABSTRACT

The aim of this work is to develop a DL-Alanine, Fe-ll based gel dosimeter to be

applied in the dosimetry of the Co-60 gamma-radiation fields in the dose range of

radiation therapy procedures. The aminoacid DL-Alanine is dissolved in an acid

solution containing the Fe-ll and added to the gel. A series of essays was

performed with different chemicals and different procedures were made to

evaluate the behavior of the obtained dosimetric gel as function of the time. The

absorption spectra, before and after the irradiation, present maximum in 457 nm

and 588 nm, respectively. These two peaks correspond to absorption wavelengths

of the chemical species Fe-ll and Fe-lll, respectively, both species being in

equilibrium. With the irradiation, the formation of the radicals that oxide the Fe-ll

into Fe-lll occurs, altering the chemical balance of both species - hence the

increase of the Fe-lll - and causing the gel to change its tonality, in such a way

that it is possible to determine the absorved dose. In the analysis of the spectra

and respective dose-response curves it was observed that the dosimetric gel

shows linearity in dose range of 0.5 to 40 Gy. From the obtained linearity results,

stability and lower detectable dose - 0,3 Gy - it is possible to conclude that the

present DL-Alanine, Fe-ll based dosimetric gel presents an excellent potential to

the application to which it is proposed, namely, the determination of the dose fields

in radiation therapy and its future application as a standard in the determination of

these fields, in 3D, using the Magnetic Resonance Imaging.

6

SUMARIO

1 INTRODUO 10

2 OBJETIVOS 14

2.1 Gerais 14

2.2 Especficos 14

3 FUNDAMENTOS TERICOS 15

3.1 Conceito de Dosimetria 15

3.2 Dosimetria Qumica 16

3.3 Dose Absorvida 17

3.4 Influncia de Fatores Externos em Dosimetria 19

3.4.1 Dependncia Energtica 19

3.4.2 Taxa de Dose 20

3.4.3 Condies Ambientais 20

3.4.4 Estabilidade em Funo do Tempo 20

3.5 Propriedades Dosimtricas 21

3.5.1 Linearidade 21

3.5.2 Estabilidade 22

3.5.3 Repetitibilidade 22

3.6 Caractersticas Gerais Desejadas 23

3.7 Espectrofotometria de Absoro 23

3.8 Aplicaes mdicas das radiaes ionizantes ....25

3.8.1 Radiodiag nstico 25

3.8.2 Radioterapia 26

3.8.3 Medicina Nuclear 27

3.8.4 Cobalto 28

3.8.5 Dosmetros Usados na Radioterapia 29

3.8.6 Dosmetro Fncl

4.1.3 Alaranjado de Xilenol 32

4.1.4 Gelatina Suna 32

4.1.5 Gelatina Bovina 33

4.1.6 Agar-Agar 34

4.1.7 Agua Tri-Destilada 34

4.1.8 cido Sulfrico 34

4.2 Simulador de Gel 34

4.3 Cuidados com a Vidraria 35

4.4 Equipamentos Utilizados 35

4.5 Mtodos 35

4.5.1 Cubetas 35

4.5.2 Preparao do Gel 35

4.5.2.1 Gelatinas Bovina e Suna 35

4.5.2.2 Gelatina Base de Alga Marinha - Agar-Agar 36

4.5.3 Intervalo entre a elaborao do gel, a irradiao e as leituras 37

4.5.4 Operao da balana de preciso 37

4.5.5 Operao do Espectrofotmetro Shimadzu UV 2101 PC 37

4.6 Arranjo Experimental 38

4.6.1 O Irradiador 39

4.7 Mtodo Espectrofotomtrico Utilizando DL-Alanina 39

4.7.1 Uso do Branco na Segunda Cubeta 40

4.8 Sistema de Irradiao 41

4.9 Interpretao dos Resultados 43

4.9.1 Avaliao dos Dados 43

4.9.2 Tratamento dos Dados 43

5 RESULTADOS E DISCUSSES 44

5.1 Mtodo Espectrofotomtrico 44

5.2 Estabilidade Mecnica do Gel (Consistncia) 46

5.2.1 Gelatinas Tipo Bsica (Bovina) e cida (Suna) 46

5.2.2 Gelatina de Algas Marinhas - Agar-Agar 48

5.3 Determinao do pH da Soluo 49

5.4 Determinao da Concentrao de Sulfato Ferroso Amoniacal (Sal de

Mohr) 51

5.5 Determinao da Concentrao de DL-Alanina 53

8

5.6 Determinao da Concentrao de Alaranjado de Xilenol 54

5.7 Ensaio Comparativo SEM DL-Alanina 54

5.8 Curva Dose-Resposta 57

5.9 Estabilidade 59

5.9.1 Leitura mnima detectvel 62

5.10 Dependncia com a taxa de dose 63

5.11 Simulador de Cilndrico 64

5.12 Incertezas na determinao da dose 69

6 CONCLUSES 71

7 REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS 73

9

1. INTRODUO

A radiao ionizante um meio efetivo de acelerar reaes qumicas e

melhorar a qualidade de produtos naturais e sintticos, oferecendo vantagens

tecnolgicas nunca antes obtidas.

A escolha dos processos industriais e das pesquisas avanadas que

utilizam essas radiaes depende de anlises das qualidades do material, sendo

necessria, em ambos os casos, a presena de um sistema dosimtrico seguro

que possa garantir que o tratamento requerido foi corretamente aplicado.

Em especial, trs processos importantes, como a esterilizao de

produtos de uso mdico, a preservao de alimentos pela esterilizao utilizando

radiao gama e a radioterapia, esto diretamente associados sade pblica.

Outras principais aplicaes industriais da radiao, como a

modificao de polmeros, a cura de revestimentos de superfcies e a irradiao

de fios e cabos, que oferecem vantagens em relao aos sistemas convencionais,

principalmente no aspecto ambiental, tambm necessitam de um controle da dose

absorvida para que seja obtido o efeito desejado.

A dosimetria da radiao ionizante tem por finalidade a detemiinao

da dose absorvida (Hubell, 1982) resultante de interao da radiao com o meio,

alm de assegurar que os resultados obtidos em laboratrio possam ser

reproduzidos em outros locais. Para isso, utilizam-se dosmetros, que so

dispositivos com capacidade de fornecer informaes que estejam direta e

proporcionalmente relacionadas com a dose absorvida (Costa, 1994).

De forma mais especfica, quanto utilizao de radiao ionizante na

rea mdica, os recentes avanos na tecnologia de tratamentos com radiao,

tais como "gamma knife" e radiocirurgias, forneceram meios alternativos para os

mdicos tratarem pacientes com tumor de crebro e outros tipos de tumores, que

10

no podem ser efetivamente tratados pelos procedimentos convencionais de

terapia com radiao.

O sucesso da terapia com radiaes ionizantes depende de quo

prximo est o valor da dose administrada ao paciente, daquela prescrita. Desse

modo, uma maneira de se comparar as duas doses absorvidas atravs da

dosimetria, que a quantificao da dose absorvida em um ponto ou volume alvo.

Com o crescimento do emprego da radiao ionizante na rea mdica

e o aumento das doses aplicadas nos procedimentos mdicos, a demanda por um

mapeamento tridimensional da distribuio das doses tambm aumenta.

Os mtodos convencionais disponveis para avaliao da dose

absorvida em um meio incluem as cmaras de ionizao (Attix et al, 1963),

dosmetros termoluminescentes (TL) (Portal, 1981) e filmes radiocrmicos (Van

Bree Nam, 1994), bem como simulao por computador empregando Mtodo de

Monte Carlo (Moraes, 2006). Todavia, os mtodos experimentais no apresentam

natureza tridimensional (3D) para a medida, e muitas vezes, empregam materiais

dosimtricos que no possuem boa equivalncia com o tecido e, portanto, no

sendo adequados para medidas 3D de dose (Horowitz, 1994).

Atualmente existem vrias aplicaes para os mtodos dosimtricos

que determinam precisamente a variao espacial da dose de radiao

depositada em um meio absorvedor. Por exemplo, tcnicas de radioterapia que

utilizam campos combinados e movimentos complexos das fontes de radiao, os

quais produzem distribuies de dose que so difceis de prever precisamente

sem o uso extensivo de clculos computacionais e calibraes.

Apesar da existncia de mtodos algortmicos - como as simulaes

computacionais existente nos softv\/ares dos equipamentos de teleterapia - que

simulam e prevem a distribuio do campo de dose no paciente, indispensvel

a aferio do quo prxima est a dose efetivamente recebida daquela prescrita

para o tratamento. A tcnica da dosimetria tridimensional tem se mostrado

bastante promissora na determinao, prtica, da distribuio de doses.

11

A dosimetria tridimensional (Tsai, 1999; OIsson, 1989) pode ser

realizada de duas maneiras no que se refere s dimenses dos detectores.

Dosimetria discreta - atravs do posicionamento em um simulador

desses detectores que possuem um tamanho fsico mensurvel tipo TLD -

Thermo Luminescet Dosimeter - , por exemplo, que possuem seo transversal

de 1 mm^ e, aps serem irradiados no interior do simulador, so avaliados

(medidos) um a um a fim de se obter, aps adequado processamento

computacional, o campo da irradiao. Isso feito atravs do processamento das

isolinhas de doses que so, em seguida, sobrepostas paralelamente formando-se

um volume espacial.

Dosimetria contnua - feita utilizando-se um meio contnuo base de

gel; apresenta um potencial de definio da dose de radiao absorvida mais

preciso, visto que a variao na intensidade da radiao em funo da

profundidade que penetra no tecido varivel continuamente, sendo mais

precisamente determinada atravs de um dosmetro do tipo gel, onde ocorrem

transformaes qumicas (Olsson, 1989) que tornam possvel a determinao da

vanao de dose de radiao em funo da profundidade no tecido

(Spinks, 1964).

No caso da dosimetria gel ou gel/polmero ocorre a variao na

concentrao de algum componente qumico, ocasionando alterao no equilbrio

qumico entre seus componentes e/ou a formao de centros de cor; o que

permitir o emprego da tcnica de leitura de absoro ptica.

Na dosimetria qumica, contnua, tem-se o uso do dosmetro Fricke

tradicional (Fricke & Morse, 1929), do Fricke Gel, ou do Fricke modificado

(Bero, 2001; Cavinato, 2006), Gis dosimtricos base de on ferroso-alanina

(Fe-ll) (Mizuno, 2006) e os Gis Polimricos (Baffa et al, 2006). A tcnica

geralmente empregada para a avaliao da dose a absoro ptica.

A grande vantagem desses materiais reside no fato de que esta tcnica

de determinao de curvas de isodoses pode ser associada ao mtodo de leitura

12

da Ressonncia IVlagntica Nuclear - RMN (Chu, 2001; Olsson, 1989), tcnica

diagnstica de grande gama de possibilidade de visualizao de volumes em

anlise por imagem; seja por cortes antero-posterior, sagitais, longitudinais ou por

camadas radiais.

A dosimetria, desta maneira, poderia ser feita observando-se diferentes

cortes de um volume a fim de se estudar a distribuio de doses de radiao em

diferentes planos de leitura, por exemplo.

A alanina um material de nmero atmico efetivo baixo, Z=48,

equivalente ao do tecido para efeitos da interao da radiao ionizante com a

matria, de baixo custo e de fcil obteno no mercado nacional. O dosmetro

alanina/RPE um dosmetro padro para doses (Galante, 1999) nvel de

aplicao industrial.

Existem, tambm, estudos da aplicao da soluo de alanina +

alaranjado de xilenol (Costa, 1994) na dosimetria qumica, empregando a tcnica

de espectrofotometria de absoro na regio UV-Visvel.

Devido grande aplicabilidade desse material na dosimetria de doses

altas, neste trabalho avaliada a viabilidade de um gel de alanina para a

determinao de dose empregando a tcnica de espectrofotometria de absoro.

Prev-se a aplicao desse novo sistema dosimtrico para a

determinao de doses atravs da tcnica de Ressonncia Magntica Nuclear -

RMN, numa oportunidade futura.

13

2. OBJETIVOS

2.1. Gerais

Este trabalho visa a obteno de um Gel Dosimtrico baseado em

DL-Alanina e Ferro II. Objetiva-se um sistema dosimtrico capaz de determinar

curvas de isodose com preciso suficiente para sua aplicao em procedimentos

de simulao em Teleterapia e Braquiterapia que utilizem a radiao gama do

Cobalto 60 e que seja confivel, reprodutvel e barato, no sujeito a decaimento

rpido do sinal devido luz ou temperatura e que seja, ao mesmo tempo,

consistente em temperatura ambiente, sem a necessidade de ser mantido

constantemente sob refrigerao.

2.2. Especficos

- Desenvolver e um material em forma de gel para medida de doses no

intervalo de doses de radioterapia;

- Pesquisar diferentes materiais geleificantes e o efeito da variao da

concentrao dos diferentes componentes da soluo;

- Estudar a reprodutibilidade e estabilidade do gel obtido empregando a

tcnica de espectrofotometria de absoro;

- Efetuar os testes de desempenho do material para aplicao na

dosimetria da radiao gama do Co-60.

- Desenvolver um objeto simulador de pescoo, base de gel, para

efetuar medida da distribuio de doses;

- Avaliar a incerteza na determinao da dose.

14

3. FUNDAMENTOS TERICOS

3.1. CONCEITO DE DOSIMETRIA

A determinao correta da dose absorvida de grande importncia na

utilizao das radiaes ionizantes. Assim, organizaes internacionais elaboram

e recomendam a utilizao de protocolos de dosimetria para que certos cuidados

sejam tomados e para que se possa determinar a dose absorvida nos diversos

materiais (ICRU, 1993).

Entre os vrios tipos de dosmetros que podem ser utilizados na

determinao da dose absorvida, alguns so considerados como absolutos ou

padres primrios. Nesse caso, ele definido como um dosmetro de alta

qualidade metrologica, com o qual pode-se determinar a dose no prprio volume

sensvel do detector, sem requerer calibrao em um feixe de radiao

conhecido. Como exemplo tem-se o calormetro, o Dosmetro de Fricke (Fricke &

Morse, 1927; Chu, 2001).

Os dosmetros de referncia, ou padres secundrios, so

suficientemente precisos e estveis, podendo ser calibrados por um padro

primrio. Como exemplo, tem-se o etanol clorobenzeno e a alanina, dentre outros

(lAEA, 1994).

A maioria dos dosmetros de referncia tambm pode ser utilizada

como padro de transferncia. Nesse caso, o dosmetro deve ser estvel,

reprodutvel e possuir propriedades de absoro semelhantes quelas dos

materiais irradiados. Como o dosmetro de transferncia muitas vezes no

avaliado aps a irradiao, as condies de temperatura e umidade durante a

irradiao, o transporte e o armazenamento devem ser observados (lAEA, 1994).

Existem, ainda, os dosmetros de rotina, que so usados diariamente

nas instalaes ou laboratrios que utilizam a radiao. Esses sistemas devem

ser calibrados freqentemente, j que so instveis. Como exemplo, os filmes

plsticos, vidros e solues qumicas (lAEA, 1994).

15

3.2. DOSIMETRA QUMICA

A dosimetria qumica consiste na determinao da dose absorvida a

partir das medidas da variao das concentraes dos reagentes qumicos na

soluo, induzidos pela radiao ionizante. Quando a radiao interage com um

meio, esta pode ser convertida na produo de ons. Os ons podem favorecer

reaes com outras molculas, produzindo radicais livres e ons secundrios, que

podem reagir e formar produtos qumicos estveis.

A dosimetria qumica teve incio em 1927 com Hugo Fricke e Stern

Morse, que iniciaram um estudo sobre a ao qumica de uma soluo de sulfato

ferroso para realizao de medidas de dose absorvida para raios X

(Fricke & Morse, 1927).

O dosmetro de Fricke baseado na oxidao do on ferroso, Fe-ll, em

on frrico, Fe-lll, na presena de oxignio, sob influncia da radiao ionizante.

No presente trabalho e em outros, foi utilizada a radiao gama do Co-60

(Spinks, 1964).

Hugo Fricke props este sistema pela primeira vez em 1929 utilizando

uma soluo a base de cido sulfrico sob a irradiao de raios-x de tal forma que

a resposta fosse a mesma das cameras de ionizao (Anderson, 1993).

O princpio de funcionamento relativamente simples; a radiao

ionizante deposita parte de sua energia no volume dosimtrico, pares eletron-ion

so formados pela reao (Dainton, 1964)

e' + H'^ H. (1)

Em soluo cida - alta concentrao de on de hidrognio - esta

reao ocorre mais rapidamente quanto maior for a concentrao de oxignio

(Dainton, 1964; Palm, 2000). A reao a que segue:

16

H + Chi^ ^ HO,

H O 2 + Fe' + ^ H O 2 -f Fe^-^.

Uma vez que todos os oxignios presentes dissolvidos na soluo

forem utilizados, o radical HO2 no mais poder ser formado, o que inibir a

oxidao do on ferroso em on frrico, fazendo com que a reao pare de ocorrer

e alcance uma situao de equilbrio qumico.

Agora, a partir do dosmetro de Fricke, surgem propostas de dosimetria

qumica buscando cada vez mais praticidade e preciso em seus resultados, os

quais se encontram fortemente dependentes do desenvolvimento de tcnicas de

avaliao por imagem mais e mais sofisticadas e precisas. Como o caso

dosimetria utilizando a tcnica diagnostica por imagem de Ressonncia

Magntica Nuclear - RMN (Tsai, 1999; Anderson, 1993).

3.3. DOSE ABSORVIDA

Define-se a dose absorvida D como (Attix & Roesch, 1968):

d

Onde: de a energia mdia depositada pelo feixe de radiao ionizante na

matria de volume dm.

A unidade de medida da dose absorvida gray, representada por Gy e

cuja unidade no SI o J . kg'"'. Vale observar que ainda utilizada a unidade rad

para a medida da dose absorvida, ainda que mais antiga, e tem a seguinte

correspondncia:

17

1 Gy = 1 J . kg-^ = 100 rad

No presente trabalho, foi observado o intervalo de doses de radiao

para terapia, no intervalo de doses entre 0,5 e 20 Gy.

A dose absorvida por certos materiais depende de fatores importantes,

como segue:

- a atividade e a geometria da fonte;

- a distncia entre a fonte e o material a ser irradiado;

- o tempo de irradiao;

- a composio e a densidade do material;

- a geometria do material.

A dose absorvida em um material medida por um dosmetro. Quando

o dosmetro colocado juntamente com o material durante a irradiao, ele

constitui uma descontinuidade ou uma "cavidade" no meio. Geralmente, ele difere

do material em nmero atmico e densidade e, por isso, diferir tambm nas

propriedades de absoro. Por esta razo, faz-se necessria a correlao dessas

doses obtidas em diferentes meios e dada por (Attix & Roesch, 1968):

Dm = 0,876^ {Men'P) Ar

X (5)

Onde: a dose absorvida, A a razo das fluencias, X a

exposio em Roentgens, / p )^ e / p)^^ so os coeficientes de absoro

de energia pelo meio e pelo ar, respectivamente.

A exposio X a medida do nmero de ionizaes por kilograma no

ar ocorridas devido exposio radiao ionizante.

18

3.4 INFLUNCIA DE FATORES EXTERNOS EM DOSIMETRIA

Devido s vantagens tecnolgicas obtidas com o uso das radiaes

ionizantes e pelo fato de a medida da dose absorvida no ser direta e

tecnicamente simples mas, envolver incertezas em cada passo da padronizao,

tornou-se necessria a implantao de um controle de qualidade aceito

internacionalmente.

Desta forma, desde 1977 a lAEA (International Atomic Energy Agency)

implantou um programa de padronizao de doses em escala internacional, a fim

de promover a dosimetria como medida de controle de qualidade durante o

processo por irradiao e tambm desenvolver novas tcnicas dosimtricas

(ICRU, 1993) (lAEA, 1994).

Alguns sistemas dosimtricos so utilizados indiretamente na medida

da dose absorvida, por satisfazerem os requisitos para um controle dirio, porm,

so dependentes de um srie de fatores que no so controlados facilmente.

Dentre eles destacam-se:

dependncia energtica;

taxa de dose;

condies ambientais;

estabilidade em funo do tempo.

3.4.1 DEPENDNCIA ENERGTICA

A dependncia energtica pode causar incertezas na medida da dose

absorvida, principalmente quando um dosmetro calibrado sob condies

especficas de energia e geometria de irradiao e utilizado sob condies que

no sejam exatamente as mesmas daquelas de sua calibrao.

Existem, porm, situaes nas quais a dependncia energtica

inerente ao sistema dosimtrico, tendo uma resposta que varia em funo da

energia da radiao incidente.

19

3.4.2 TAXA DE DOSE

A taxa de dose um outro fator de importante contribuio, indesejada,

que deve ser observado na determinao da dose absorvida, assim como na

ocasio da calibrao de um sistema dosimtrico.

Alguns sistemas dosimtricos comportam-se de maneiras diferentes

em funo de diferentes taxas de doses s quais estejam expostos. Este

comportamento, dependente da taxa de dose, varia de sistema para sistema

dosimtrico, cabendo aqui, to somente, atentar para esta importante

caracterstica que dever ser analisada quando da padronizao de um sistema

dosimtrico.

3.4.3 CONDIES AMBIENTAIS

As condies ambientais so determinantes quando se trata de

dosimetria qumica, principalmente. So fatores ambientes mais relevantes a

temperatura, iluminao, concentrao de oxignio, difuso, dentre outros menos

freqentes. A importncia reside no fato de as reaes qumicas no serem

estticas, ou seja, elas ocorrem e continuam ocorrendo em velocidade que

depende destas condies ambientais.

Desta forma, um sistema dosimtrico a seco (no aquoso) ser mais

estvel, ao passo que um aquoso, ser menos estvel (Dainton, 1964) pelo fato

de haver a presena de gua o que favorecer a recombinao constante dos

radicais, formando-se outras espcies e variando-se uma leitura inicial. Este

fenmeno recebe o nome de Recombinao de ons (ou radicais) e no

observada em sistemas a seco, dada a ausncia de gua.

3.4.4 ESTABILIDADE EM FUNO DO TEMPO

A maioria dos dosmetros utilizados depende da medida de uma

espcime estvel ou relativamente estvel, a qual formada como resultado de

uma srie de reaes envolvendo ons, radicais livres, reaes intermedirias e

de competio que ocorrem aps a irradiao e antes que o produto mensurvel

seja formado. Desta forma, percebe-se que, inevitavelmente, haver um aumento

na resposta de absoro ptica em funo do tempo. Aumento este ocasionado

20

principalmente devido a existncia de recombinaes provocadas, por sua vez,

tambm, pelos fatores apontados, quais sejam a temperatura, concentrao de

oxignio, iluminao, dentre outras.

Incertezas adicionais na determinao da dose so introduzidas por

erros instrumentais ditos erros sistemticos que so, por exemplo, a estabilidade

do sistema de medida, medio incorreta dos reagentes, falta de manuteno e

calibrao de instrumentos e o erro de percepo e tempo de reao humanos.

Fatores como a direo de incidncia da radiao, atenuao,

composio atmica, tamanho e tipo do dosmetro tambm contribuem para

aumentar as incertezas. Porm, os mesmo so facilmente minimizados pela

escolha do dosmetro adequado em tamanho e com caractersticas semelhantes

s do meio irradiado, atravs da anlise do qual, quer-se determinar a dose de

radiao absorvida.

3.5 PROPRIEDADES DOSIMTRICAS

As principais propriedades dosimtricas que um material deve

apresentar para ser empregado com sucesso na dosimetria das radiaes so:

Linearidade;

Estabilidade;

Reprodutibilidade.

3.5.1 LINEARIDADE

Para ser til, um dosmetro deve ter uma sensibilidade adequada em

um intervalo de dose absorvida, de modo a fornecer uma resposta linear dentro

dos limites estabelecidos e facilitar os clculos e a interpretao dos resultados.

O limite inferior, muitas vezes, imposto por limitaes do equipamento

utilizado nas leituras, o qual responsvel, freqentemente, por respostas

esprias causadas pela interferncia devido ao rudo ocasionado por outras

fontes como, por exemplo, radiao ambiental e variaes de temperatura.

21

o limite superior da regio til do dosmetro pode ser imposto por

condies externas ao instrumento, tais como leituras fora da regio de

sensibilidade do equipamento ou por danos de irradiao causados aos

dosmetros. Para doses acima desse limite a resposta do dosmetro no se altera

mais ou apresenta um crescimento visivelmente tendendo a se estabilizar at que

no mais se altere com o aumento da dose, caracterizando uma regio de

saturao.

3.5.2 ESTABILIDADE

A estabilidade de um dosmetro caracteriza-se pela mudana, ou no,

da resposta dosimtrica em funo do tempo decorrido entre a irradiao e o

momento da leitura.

A diminuio da estabilidade pode ser causada por condies adversas

de armazenamento. Assim, um dos requisitos mais importantes nas anlises

dosimtricas que o dosmetro seja o mais insensvel possvel s mudanas

extremas das condies ambientais, ou ento, que permita a correo dos erros

causados por esses fatores.

3.5.3 REPETITIBILIDADE

O ideal que o material dosimtrico apresente uma resposta

reprodutvel nas mesmas condies de anlise. A repetitibilidade est associada

aos conceitos de preciso.

A preciso pode ser estimada a partir de dados obtidos em medidas

repetidas e usualmente estabelecida em termos do desvio padro da mdia.

Uma alta preciso associada a um pequeno desvio padro. Ou seja, quanto

mais medidas, desde que reprodutveis, mais preciso o resultado.

No caso de uma nica medida, a preciso indica quo prxima ela est

do valor esperado da grandeza que est sendo medida. Igualmente, a preciso do

valor mdio de um grupo de medidas realizadas sob as mesmas condies

expressa a probabilidade de sua concordncia com o valor esperado.

22

Exatido uma palavra usada para descrever o quanto o valor

experimental est prximo do valor verdadeiro da grandeza. Quanto menor for o

erro total, tanto maior a exatido do resultado. Em outras palavras, um valor

muito exato um valor muito prximo do valor verdadeiro.

3.6 CARACTERSTICAS GERAIS DESEJADAS

De um modo geral, espera-se que o sistema escolhido como dosmetro

seja fcil e simples de usar, tenha custo inicial e operacional satisfatrios e

apresente propriedades de absoro semelhantes quelas dos produtos

irradiados.

Vale aqui salientar que a referida propriedade de absoro semelhante

melhor ocorre quanto mais o nmero atmico efetivo do meio dosimtrico se

aproximar do nmero atmico efetivo do produto irradiado.

3.7 ESPECTROFOTOMETRIA DE ABSORO

A espectrofotometria um mtodo analtico que se utiliza da

transmisso ou absoro de comprimentos de onda com energias que variam

continuamente na faixa do visvel ao ultra-violeta (Gupta et al, 1982, 1985, 1986).

Atende ao princpio da Lei de Beer-Lambert representado,

esquematicamente por:

PO

b representa a espessura a ser percorrida

pelo feixe de luz dentro da amostra.

23

E cuja relao matemtica dada pela expresso:

A = log^o (6)

Onde:

Ao valor da Absorbncia da amostra;

Poo valor da intensidade luminosa injetada na amostra;

P o valor da intensidade luminosa emergente da amosta.

Para a avaliao das propriedades pticas do material foi empregado

um espectrofotmetro no intervalo de comprimentos de onda de 190 at 900 nm.

Este mtodo utiliza a mudana na cor do meio que se deseja analisar. Mudana

ocasionada pela ionizao induzida pela radiao no meio dosimtrico e

conseqente formao de centros de cor.

Esses centros de cor so resultado de recombinaes dos radicais

formados com o Fe-ll, de cor caracterstica, ionizando-o em Fe-lll, cuja estrutura

associada ao Alaranjado de Xilenol possui cor diferente daquela devida ,

somente, presena do Fe-ll.

A formao de radicais no meio dosimtrico que promove as reaes

qumicas responsveis pela alterao na tonalidade da amostra, o que permite

sua avaliao por esta tcnica.

No caso do dosmetro Fricke, esses radicais, quando dissolvidos em

soluo contendo sulfato ferroso amoniacal, alaranjado de xilenol e cido

sulfrico, oxidam os ons ferrosos (Fe-ll) em ons frricos (Fe-lll) que, combinado

ao alaranjado de xilenol, forma um complexo de diferente tonalidade na soluo

inicial (GUPTA, B.L.; et al, 1982, 1985, 1986) (Van Laere, 1991; Gay, 1999; Van

Laereetal , 1999, 1999a).

A absorbncia do complexo medida por espectrofotometria de

absoro. A mudana na absorbncia devida a um aumento da concentrao

dos ons frricos, o que ocasiona a mudana na cor, e uma funo da dose

24

absorvida. Embora a parte qumica e fsica da reao no seja completamente

entendida, um esquema da reao foi proposto por Van Laere (Van Laere et al,

1999, 1999a), atravs do qual possvel explicar qualitativamente as interaes

observadas.

A reao de oxidao efetiva na qual o sistema baseado depende

fortemente do oxignio presente na soluo.

3.8. APLICAES MDICAS DAS RADIAES IONIZANTES

3.8.1 Radlodiagnstico^

Alguns dos mais interessantes desenvolvimentos na gerao de

imagens para a Medicina ocorreram no campo da tomografia, que possibilita a

formao de imagens de uma parte especfica do corpo, tanto por meio da

incidncia externa de raios-X, quanto da injeo endovenosa ou ingesto de

radioistopos associados a frmacos alvo-especficos.

H tambm a tomografia computadorizada axial, (CAT -

Computadorized Axial Tomography), tcnica na qual ocorre a incidncia de feixes

de raios-X na regio de interesse. Para cada feixe possvel determinar a perda

de intensidade e, portanto, o nvel de absoro por uma determinada direo.

Assim, podem ser formadas imagens bidimensionais da regio de interesse.

Outro exemplo o da Tomografia por Emisso de Positrons (PET -

Positron Emission Tomography), na qual um istopo emissor de positrons

introduzido na rea a ser estudada. Seu decaimento, atravs da emisso de um

par de ftons anti-paralelamente, possibilita a formao de imagens, em vrios

aspectos mais interessantes que aquelas produzidas pelo CAT, visto que a PET

pode revelar tambm efeitos dinmicos, tais como o fluxo de sangue. Aplicaes

interessantes para o mapeamento funcional do crebro so possveis por esse

meio.

1. http://ipn0001.iridiunn.com.br

25

http://ipn0001.iridiunn.com.br

Outra interessante tcnica diagnostica, algo semelhante PET o

SPECT (Single Photon Emission Computadorized Tomography) tambm baseada

na administrao de radiofrmacos a pacientes e posterior leitura atravs da

deteco dos ftons emitidos.

3.8.2 Radioterapia^

O uso bsico das radiaes ionizantes na terapia para a destruio

de tecidos indesejveis que no funcionam corretamente, tumores cancergenos

ou da glndula tireide hiper ativa. Isso obtido atravs do uso das radiaes

ionizantes.

De maneira resumida, a destruio desses tecidos feita atravs dos

seguintes passos:

(1) as radiaes incidentes ionizam tomos de molculas do material

irradiado;

(2) as molculas ionizadas participam de uma reao quimica, que d

lugar a radicais livres ou outras molculas excitadas (ver item 3.2);

(3) os radicais livres podem ser incorporados dentro de uma

estrutura biolgica complexa (no nivel molecular) e alterar suas

funes, podendo levar horas e at anos para que os efeitos dessa

mudana biolgica se tornem aparentes. No caso, o efeito desejado

a destruio celular, de um tecido cancerigeno.

possvel ter uma ao direta pela radiao nas molculas sensveis

biolgicamente, seguindo o passo (2); uma vez que o corpo humano formado

aproximadamente por 70% em massa de gua, mais provvel que a radiao

produza eventos ionizantes em molculas de gua. Assim, a molcula de gua

pode ser ionizada pela incidncia de radiao, ocasionando a formao dos

radicais livres que iro promover a destruio do tecido alvo.

2. http://ipn0001 .iridium.com.br

26

http://ipn0001http://iridium.com.br

3.8.3 Medicina Nuclear^

Os radioistopos produzidos em reatores nucleares ou aceleradores de

partculas tm sido freqentemente associados s substncias qumicas na

formao de compostos chamados de radiofrmacos, os quais se associam a

determinado tecido ou rgo humano objetivando o diagnstico de doenas. H

vrias tcnicas de utilizao dessas substncias, sendo a cintilografia a mais

conhecida e utilizada.

A cintilografia utiliza a propriedade do radiofrmaco de ter um

comportamento biolgico que idntico ao de similares no radioativos, como o

exemplo da concentrao de iodo, radioativo ou no, na tireide. Aps o tempo

necessrio para a fixao do composto no rgo a se pesquisar, imagens so

produzidas em cmaras de cintilao ou por outros aparelhos de deteco de

radiao. A deteco gera uma imagem onde os pontos mais claros so aqueles

que emitem maior radiao.

Alm da imagem, a concentrao e a captao do radiofrmaco

tambm so fatores para o diagnstico feito pelo mdico. A utilizao desse tipo

de imagem revolucionou as tcnicas de diagnstico, pois, diferente das outras

formas de imagem, como radiografia simples, a deteco de radiofrmacos avalia

o perfeito funcionamento do rgo e no, apenas sua morfologia. Alm de

oferecer a incomparvel vantagem de ser uma tcnica no invasiva.

O radiofrmaco produzido a partir de elementos radioativos de meias-

vidas curtas, pois a presena do elemento no organismo no pode ser duradoura,

para no ocasionar danos maiores que os benefcios - Principio da Justificao

em radioproteo - ao paciente.

3. http://ipn0001 .ndium.com.br

27

http://ipn0001http://ndium.com.br

Exemplos desses elementos, rgos de utilizao e meias-vidas so:

Tc-99m (crebro, glndulas salivares, figado, pulmo, rins, sistema linftico,

ossos e estmago) de meia-vida de 6 horas, 1-131 (tireide, pulmo e rins) de

meia-vida de 8 dias, 1-123 (tireide e rins) de meia-vida de 13,2 horas, lr-192

(garganta) de meia-vida de 75 dias, TI-201 (corao) de meia-vida de 3 dias,

Cr-51 (intestino e rins) de meia-vida de 27,7 dias, Ga-67 (tecidos moles) de meia-

vida de 3 dias, dentre outros.

3.8.4 COBALTO 60

O Co-60, um radioistopo, usado como fonte de radiao gama em

radioterapia, esterilizao de alimentos (esterilizao fria) e radiografia industrial

para o controle de qualidade de metais, gamagrafia, (deteco de fendas).

um radionuclideo artificial produzido a partir da irradiao do Co-59

(encontrado na natureza) em um feixe de nutrons. Como ncleo instvel, ele se

desintegra pela emisso de partculas (3" (eltrons) se transformando no elemento

niquel-60, que, por sua vez, emitir a radiao gama, para alcanar a

estabilidade.

O Co-60 apresenta duas formas de decaimento para o istopo estvel

de niquel Ni-60. Em ambos os casos, o istopo de cobalto Co-60 primeiramente

decai, por emisso de uma partcula P" e de um antineutrino (v), a um estado

excitado do istopo de niquel Ni-60. Este processo pode ser representado pela

reao

27Co' ^ 28Ni'* + e- + V , (7)

onde o asterisco indica que o istopo de niquel produzido em seu estado

excitado (A energia disponvel na reao pode ser dividida entre o eltron e o

antineutrino e desta forma o eltron pode emergir com energia cintica entre zero

o um valor mximo). Na forma de decaimento mais provvel (99,85%) este estado

4. http://www.epa.qov/radiation/radionuclides/cobalt.htm#properties

28

http://www.epa

excitado (do istopo de nquel 28Ni^) encontra-se energeticamente 2,405 MeV

acima do estado fundamental. Subseqentemente o istopo de nquel decai deste

estado excitado ao estado fundamental, passando por um outro estado excitado

1,332 MeV acima deste e a com a emisso sucessiva de dois raios gama com

energias bem definidas (1,173 MeV e 1,322 MeV). Na segunda forma de

decaimento (0,15 %), o istopo de cobalto 27Co^ decai diretamente para o estado

excitado 1,332 MeV acima do estado fundamental. A meia-vida do ncleo de

cobalto de 5,26 anos e estes processos de decaimento fornecem uma fonte de

raios gama com um perodo de vida razoavelmente longo. O esquema de

decaimento do Co-60 apresentado na figura 1:

27C0^ iTy2 = 5,26

(32~ (1,482 MeV) (0,15%)

3r (0,309 MeV) (99,85 %)

Y (1,173 MeV)

Y (1,332 MeV)

Figura 1 Esquema de decaimento do Co-60.

3.8.5 DOSIIVIETROS UTILIZADOS NA RADIOTERAPIA

Os dosmetros mais comumente utilizados so os tipo TLD. So

posicionados no interior de simuladores antropomrficos, irradiados e, aps,

obtidas as leituras, dosmetro a dosmetro atravs de uma leitora

termoluminescente.

So tambm utilizados os dosmetros de Alanina, em forma de p,

para a determinao das curvas de isodose por um equipamento de teleterapia

(Chen et al, 2005) O mtodo de leitura dos dosmetros o RPE - Ressonncia

Paramagntica Eletrnica.

29

Como padro primrio, pode-se utilizar o dosmetro de Fricke

convencional ou, o Fricke gel. Os dosmetros de Fricke sero comentados no

item 4.6.

Propem-se, atravs do presente trabalho, dentre outros, a utilizao

de um Gel Dosimtrico a base de DL-Alanina e on Ferroso cujo princpio

bastante semelhante ao Fricke Gel diferindo, contudo, pelo fato da presena do

aminocido DL-Alanina que propicia a oxidao do on ferroso em on frrico

possibilitando a diferenciao entre diferentes doses.

Tambm so utilizados na radioterapia os Filmes Radiocrmicos e as

Cmaras de Ionizao.

3.8.6 DOSMETRO FRICKE E FRICKE GEL

O dosmetro de Fricke consiste em uma soluo aquosa, cida, com

ons ferrosos que aps a irradiao, oxidam-se em ons frricos. Possue a

vantagem de, diferentemente das cmaras de ionizao e dos TLDs, ser

equivalente ao tecido e possvel de ser feito em pequenos volumes, da ordem de

1mL.

O dosmetro Fricke Gel ou Fricke modificado, FXG, difere do

convencional pois em forma de gel, atravs do emprego de gelatina de origem

animal. Apresenta linearidade da resposta no intervalo de doses at 30 Gy,

tecido-equivalente, sendo portanto adequado ao uso que se prope em

metrologia em radioterapia.

3.8.6.1 Imagem por Ressonncia Magntica- IRM

IRM - Imagem por Ressonncia Magntica - tambm conhecida por

Tomografia por Ressonncia Magntica, TRM, uma tcnica diagnstica, in vivo,

no invasiva, no radioativa - sem o uso de radioistopos ou de feixes da

radiao - que fornece imagens do interior de um volume que se deseja examinar.

30

Seu princpio de funcionamento a variao no tempo de relaxao do

spin do prton dos tomos de hidrognio presentes na gua que compe,

aproximadamente, 70% em massa os seres vivos.

A tcnica consiste da medio do tempo de retorno desde a

perturbao provocada por um pulso de rdio-freqncia, gerado no equipamento

de Ressonncia Magntica como perturbao ao equilbrio inicial dos spins, at

sua posio de equilbrio, paralela ao campo magntico intenso produzido pela

bobina supercondutora do equipamento.

No caso da dosimetria utilizando-se desta tcnica, o que se deseja a

determinao desses tempos de retorno pois variam em funo da dose de

radiao aplicada ao dosmetro (Chu, 2001).

Os matrias na forma de gel, que contm Fe-ll em sua composio e,

que aps a irradiao so oxidados, aumentando a concentrao de Fe-lll, so

empregados em dosmetros cuja leitura feita pela tcnica de Imagem por

Ressonncia Magntica - IRM - pois a presena ons frricos, Fe-lll, diminui o

tempo de relaxao do spin do prton do Hidrognio presente nas molculas de

gua. O que torna possvel sua diferenciao via variao do tempo de relaxao

do spin da gua e sua, subseqente, aplicabilidade na determinao da dose

absorvida.

31

4 - MATERIAIS E MTODOS

4.1 Gel Dosimtrico

4.1.1 DL-Alanina

Foi utilizado o aminocido DL-Alanina [ C3H7NO2 ], de peso molecular

89,09 g/mol, na forma de p. A Alanina foi diluda na soluo cida e, por isso,

no foi tomada nenhuma precauo no sentido de controlar a o tamanho dos

gros. Foi utilizada a DL-Alanina de alta pureza de fabricao dos laboratrios

MERCK.

4.1.2 Sulfato Ferroso Amoniacal

Foi utilizado Sulfato Ferroso Amoniacal [ Fe(NH4)2 (SO4) 2 6H20 ], (Sal

de Mohr), de peso molecular 392,16 g/mol, em forma de gros de tamanho

varivel, altamente sujeitos umidade e de cor verde-azulada. Quando dissolvido

em soluo cida contendo alanina, estabelecido um equilbrio entre a

populao original de Ferro II e a de Ferro III, derivada da oxidao que ocorre

devido presena da Alanina de Ferro II para Ferro III. O Sulfato Ferroso

Amoniacal tambm de fabricao dos labratenos MERCK.

4.1.3 Alaranjado de Xilenol

Alaranjado de Xilenol [ C3iH28N2Na40i3S ] encontrado na forma de

p, altamente sujeito umidade, de peso molecular 760,60 g/mol e de fabricao

dos laboratrios MERCK. Foi utilizado como indicador de cor para utilizao a

tcnica de espectrofotometria de absoro.

4.1.4 Gelatina Suna

Gelatina Suna 270P BLOOM / 8 Mesh, tipo cida, do fabricante Gelita

South-America. Foi utilizado o lote LF21743P 05 e N de controle 5-3702. Essa

gelatina de altssima pureza e utilizada na confeco de cpsulas para

medicamentos, degradvel pelo HCI estomacal.

Segundo dados fornecidos pelo fabricante, sua composio

aproximada dada na tabela 1:

32

Tabela 1: Composio aproximada da gelatina suna do fabricante Gelita South Amrica.

Fsico Qumico Limites Bloom 6,66% 260 -280 Viscosidade 6,66% 40 -51 mPs Umidade 8,0-13.0 Cinzas < 1,5% PH (6,67%) 4 ,5-5 ,8 Cromo < 2ppm Arsnico < 1 ppm Nitrognio > 15,0% S02 AFNOR < 40 ppm Perxido de Hidrognio < 10 ppm Metais pesados < 20 ppm Chumbo < 1,5 ppm Granulometria 8 Mesh

4.1.5 Gelatina Bovina

Gelatina Bovina 240B BLOOM / 20 Mesh, tipo bsica, do fabricante

REBIRE. Esta gelatina proveniente do lote de nmero 505311/3/2/1 e

utilizada comercialmente para fins de consumo humano.

Segundo dados fornecidos pelo fabricante, sua composio

aproximada dada na tabela 2:

Tabela 2: Composio aproximada da gelatina bovina do fabricante Rebire.

Aminocidos Proporo (%)

Alanina 11,0 Arginina 9,0 Acido 6,7 aspartico Cistena 0,0 Cistina 0,1 cido 11,4 Glutmico Glicina 27,0 Histidina 0,8 Prolina 16,0 Hidroxiprolina 13,8

Aminocidos Proporo (%)

Isoleucina 1,5 Leucina 3,3 Lisina 4,3

Metionina 0,8 Fenilalanina 2,4 Serina 4,1

Treonina 2,2 Triptofano 0,0 Tirosina 0,3

33

Embora as composies fornecidas por cada fabricante no atendam a

um mesmo padro, de formas a possibilitar uma anlise comparativa entre as

contribuies do tipo bovina e do tipo suna, fornecem diversas informaes teis.

Como exemplo, nveis de alguns aminocidos capazes de interagir com o Fe-ll do

gel.

4.1.6 Aqar-Aqar

Gelatina extrada de algas marinhas. Proveniente do distribuidor:

KYODAI Com. de Produtos Alimentcios Ltda.

4.1.7 gua Tri-Destilada

Foi utilizada gua tri-destilada na lavagem de toda a vidraria e no

preparo do Gel Dosimtrico.

4.1.7 cido Sulfrico

Foi utilizado cido sulfrico P.A. tanto no preparo das amostras

dosimtricas quanto na soluo para limpeza da vidraria. O cido sulfrico

tambm foi obtido dos laboratrios MERCK.

4.2 SIMULADOR DE GEL

Para a confeco do simulador de pescoo (cilndrico) utilizou-se

gelatina bovina tipo 240B, tipo bsica, dissolvida em gua filtrada comum. Como

molde, foi utilizado PMMA (polimetilmetacrilato) transparente como parede lateral

e, como fundo, uma placa de petri. O cuidado na escolha do material plstico

justificado pelo fato de as irradiaes serem feitas no simulador dentro do suporte

plstico, apesar de poder ser feita sem o mesmo, visto que o gel apresenta

consistncia e resistncia temperatura ambiente. O PMMA apresenta

comportamento semelhante gua e ao tecido para efeitos da interao da

radiao gama do Co-60.

34

4.3 Cuidados com a vidraria

Toda a vidraria utilizada foi lavada com soluo de cido sulfrico e

cido ntrico na proporo de 1:1, temperatura ambiente, durante 24 horas. O

enxge foi feito com gua tri-destilada em abundncia e deixada a vidraria

imersa por mais 24 horas. A secagem foi feita em estufa de esterilizao.

4.4 Equipamentos utilizados

i) Espectrofotmetro de Absoro ptica

Modelo: Shimadzu UV 2101 PC

Certificado de calibrao: 1102033000 78 KL

ii) Balana de preciso

Modelo: Mettler Toledo - AB204-S

Preciso: 0,0001 grama

Certificado de calibrao: 1.040.407-7

4.5 - MTODOS

4.5.1 - Cubetas

Foram utilizadas cubetas de acrlico de alta qualidade com as quatro

faces transparentes e de seo transversal quadrada, de arestas de 1 cm e altura

de 5 cm.

4.5.2 - Preparao do gel

4.5.2.1 Gelelatinas Bovina e Suna

Foram realizados ensaios com diferentes tipos de gelatinas. Gelatina

bovina, suna e agar-agar.

Foram tomados alguns cuidados indispensveis no preparo do Gel

Dosimtrico. So apresentadas na seqncia as etapas que foram seguidas em

sua formulao.

35

Inicialmente, aps terem sido separadas as massas de cada reagente,

estes foram misturados soluo cida de H2SO4. Em seguida, foi adicionada a

gelatina a esta soluo pr-aquecida a 50C para a hidratao. Aps 10 minutos,

a temperatura foi elevada a 150C, sob constante agitao, para que a gelatina se

dissolvesse. Atingindo a temperatura ambiente a soluo era acondicionada nas

cubetas de acrlico e levada para a refrigerao.

4.5.2.2 Gelatina a base de alga marinha - Agar-Agar

Na preparao das amostras utilizando-se o agar-agar, cuidados

adicionais foram tomados. O agar-agar utilizado foi o de uso comercial na

culinria. Primeiramente, o agar-agar no se apresenta como um bom agente

solidificante temperatura ambiente e em meio cido, necessrio para o

favorecimento das reaes de oxidao dos ons de ferro. Alm do que,

apresenta-se de maneira translcida, no cristalina. Como seria utilizada a tcnica

de espectrofotometria de absoro para a determinao das doses, era de

enorme importncia que as amostras fossem o mais cristalinas, transparentes,

possvel. Para que fosse possvel tornar o agar-agar cristalino o suficiente,

consistente e em meio cido procedeu-se as etapas:

i) Preparo do gel a base de agar-agar, meio cido - 0,5N em

H2SO4;

) Antes de sua solidificao, eram alojados no interior de tubos de

ensaio com gelo e imediatamente levados a uma centrfuga;

iii) Eram deixados por 10 minutos em centrifugao e envoltos por

gelo;

iv) A fase turva permanecia depositada no fundo da cubeta e o

restante do volume tornava-se translcido o suficiente para que

se pudesse analisar por espectrofotometria. - Foram feitas 30

leituras de cada cubeta a fim de se reduzir estatisticamente as

flutuaes devidas leve opacidade das amostas.

As amostras de dosmetros elaboradas com o agar-agar apresentavam

baixa interferncia do material solidificante, agar-agar, devido sua pureza, mas

apresentavam o inconveniente de necessitarem estar constantemente sob

36

refrigerao e de no serem perfeitamente transparentes, obrigando a realizao

de um nmero grande de leituras (Mizuno, 2006).

4.5.3 Intervalo entre a elaborao do gel, a irradiao e as leituras

As amostras foram irradiadas sempre 24 horas aps a preparao do

Gel Dosimtrico e avaliadas por absoro ptica, em mdia, 1 hora aps o

trmino da irradiao no Centro de Tecnologia das Radiaes - CTR/IPEN.

Como este Gel Dosimtrico est sendo feito em verso indita, foram

realizados todos os passos necessrios sua caracterizao para o uso a que se

prope. Primeiramente, foram feitos os ensaios necessrios para obter boa

estabilidade do gel para estocagem temperatura ambiente, como consistncia,

resistncia temperatura e homogeneidade, parmetros visivelmente

averiguveis. Superada essa etapa, foi feita a caracterizao dosimtrica

propriamente dita, que consistiu na variao da concentrao de cada reagente,

de tal forma a obter a melhor resposta quando os dosmetros so irradiados com

doses de controle, em geral 1 Gy e 2 Gy e no irradiados. Algumas vezes foram

feitas irradiaes com dose de 0,5 Gy. A justificativa foi encontrar a concentrao

tima de cada componente do gel de tal forma a obter a melhor diferenciao

entre as doses de 1 a 2 Gy, em condio de equilbrio eletrnico, para a radiao

gama do Co-60 no ar.

4.5.4 Operao da Balana de Preciso

Na balana utilizada, Metler Toledo AB204-S, com preciso at

0,0001 g, era, primeiramente, medida a massa do recipiente onde seria colocado o

reagente qumico e, aps isso, descontado - tara - o seu valor do valor total;

reagente mais recipiente. Foi tomado o cuidado de garantir a preciso at 1

milsimo de grama, 0,001 g.

4.5.5 Operao do Espectrofotmetro Shimadzu 2101 PC

Na operao do Espectrofotmetro, foi utilizado o conjunto de dados

que constam da seo 4.7, tabela 3. Neste equipamento, h duas cavidades e foi

37

sempre utilizado uma cubeta na cavidade de leitura e nada na segunda cavidade,

esta ltima, utilizada para se fazer o desconto da leitura da primeira.

Como existe um problema de estabilidade quanto emisso das

lmpadas do Espectrofotmetro, foi sempre aguardado um intervalo de 30

minutos para que possveis distores nas leituras devidas instabilidade

transiente no afetassem os espectros obtidos.

4.6 - ARRANJO EXPERIMENTAL PARA IRRADIAO

O arranjo experimental para a irradiao constou de um conjunto de 3

cubetas alojadas em uma capa de equilbrio eletrnico com paredes de 4 mm de

espessura, confeccionada em acrlico, que material tecido-equivalente para

efeitos do comportamento da penetrao da radiao gama do Co-60.

A figura 2 mostra o arranjo experimental utilizado. possvel perceber

o posicionamento a exatamente 20 cm da fonte, tipo Panormica, do conjunto de

trs dosmetros com a capa de equilbrio eletrnico.

38

4.6.1 O irradiador

- Fonte de Co-60, tipo panormica pertencente ao CTR - Centro de

Tecnologia das Radiaes, IPEN

- Energia mdia: 1,25 MeV

- Meia Vida: 5,27 anos

- Atividade (em 13/Nov./2006): 691,3 Ci ( 27,637 TBq )

- Taxa de Dose: 112,1 Gy/h

- Dose de Trnsito: 0,3352 Gy

Figura 2. Arranjo experimental para a irradiao dos dosmetros de gel.

4.7 MTODO ESPECTROFOTOMTRICO UTILIZANDO DL-ALANINA

As leituras feitas no espectrofotmetro utilizaram as mesmas

configuraes do equipamento, as quais, constam na tabela 3:

39

Tabela 3. Ajuste dos parmetros do espectrofotmetro

utilizados nas medies.

Espectrofotmetro UV-2101PC UV-VIS Shimadzu Measuring Mode ABS (absorbncia) Record Range Low: 0.000 High: 6.000 Wavelenght Range Start: 700 End: 400 Speed FAST Slit Width 5.0 Sampling Interval (nm) AUTO

Foram feitos ensaios variando-se a velocidade das leituras (Speed) e

variando-se a largura da fenda (Slit Width). Nas leituras variando-se os

parmetros Slit e Width nenhuma diferena no sinal foi observada nos espectros.

Foram realizadas diversas medidas das cubetas contendo o Gel

Dosimtrico no intuito de encontrar qual a concentrao ideal de cada

componente. Utilizou-se, inicialmente, seguindo-se o trabalho de dissertao de

Costa (1994).

4.7.1 Uso do branco na segunda cubeta

No espectrofotmetro UV-2101PC existem 2 cavidades. A primeira

para a cubeta que se deseja analisar e a segunda para a cubeta que deve conter

o material de referncia a ser subtrado, descontado, das leituras.

Foram realizados ensaios onde, na segunda cubeta, foram colocados

gua, e, em outro ensaio, gelatina a base de gua. O objetivo foi estudar a

contribuio da gelatina no resultado e verificar se oferecia muito rudo. Foi

decidido pela no utilizao de cubeta com qualquer material na segunda

cavidade pelo fato de que, provavelmente devido aos meios serem bastante

parecidos; cubetas 1 e 2, resultava em um erro relativo da ordem de 30% maior, o

que comprometia uma melhor avaliao das doses menores, visto que a diferena

entre as respostas das cubetas com o material dosimtrico (cubeta 1) e a cubeta

com a gelatina pura (cubeta 2) era menor quando era utilizada esta segunda

cubeta com gelatina.

40

Optou-se, portanto, pela utilizao de uma cubeta de acrlico vazia na

segunda cavidade.

4.8- SISTEMA DE IRRADIAO

As exposies radiao gama foram efetuadas utilizando-se uma

fonte de Co-60 tipo panormica pertencente ao CTR - Centro de Tecnologia das

Radiaes, do IPEN. Essa fonte, permite o posicionamento das amostras a

diferentes distncias, (5, 10, 20, 30, 40, 50 e 60 cm a partir da frente ou de trs da

fonte) proporcionando, assim, diferentes taxas de doses.

O nucldeo radioativo Co-60 est na forma de um basto (chamado de

lpis), o qual suspenso, a partir da blindagem que se localiza abaixo da mesa,

at a poro superior da mesma. De forma que fique exposto no interior da pea

metlica, conforme mostrado na figura 3. O Co-60 uma fonte selada com o

mximo de segurana, de maneira a evitar contato direto com o material a ser

irradiado.

O dispositivo de irradiao consiste de um sistema que faz com que a

fonte seja retirada da blindagem, localizada abaixo do plano da mesa e seja

suspensa at a altura onde sero realizadas as irradiaes. Esse equipamento de

irradiao est montado em uma sala blindada no sub-solo do CTR.

Para fixarmos uma taxa de dose de forma a manter uniformes as

irradiaes, foi fixada a distncia fonte-amostra em 20 cm, na parte de trs,

conforme ilustra a figura 2, j apresentada.

A imagem do aparato do irradiador mostrado na figura 3:

As cubetas com o material dosimtrico possuem uma seo transversal

quadrada de arestas de 1 cm e altura de 5 cm. Foram irradiadas sempre a 20 cm

da parte de trs da fonte utilizando-se uma capa de equilbrio eletrnico de 4 mm

de espessura. De tal forma a garantir a dose desejada exatamente no centro das

cubetas.

41

Figura 3. Fonte Panormica de Co-60. Pertencente ao CTR / IPEN Centro de Tecnologia das Radiaes.

42

4.9 INTERPRETAO DOS RESULTADOS

4.9.1 Avaliao dos Dados

A fim de padronizar o mtodo, as cubetas irradiadas foram mantidas

sob refrigerao, irradiadas temperatura ambiente, visto que no era possvel

um controle de temperatura devido s condies do aparato, e avaliadas, por

espectrofotometria de absoro, tambm temperatura ambiente, em,

aproximadamente, 1 hora aps terem sido irradiadas.

Nos casos em que foram realizadas leituras para avaliar o decaimento

da resposta em funo do tempo de armazenamento, foram realizadas leituras

em intervalos no uniformes de tempo. Em geral, as leituras foram feitas em

intervalos de 1, 2 ou 3 dias.

O tempo aproximado para a leitura de cada cubeta com material

dosimtrico foi de 3 minutos, temperatura ambiente.

Todas as leituras foram realizadas temperatura ambiente,

principalmente devido ao fato de as cubetas, ao serem retiradas da refrigerao,

apresentarem em suas paredes gotculas de gua que comprometem as leituras.

Esse fato obrigou que sempre fosse esperado o tempo de 1 hora aps a retirada

das cubetas da refrigerao a fim de que cessasse a condensao e,

subseqente, formao de gotculas de gua e, ainda, devido ao fato de a leitura

do Gel Dosimtrico apresentar menos rudo temperatura ambiente.

4.9.2 Tratamento dos Dados

Os pontos apresentados nas curvas representam o valor mdio obtido

para 3 amostras diferentes, com 4 leituras de cada uma, uma para cada face das

cubetas, onde o desvio padro da mdio indicado pelas barras de incerteza.

43

5 RESULTADOS E DISCUSSES

5.1- MTODO ESPECTROFOMTRICO

Foi verificado, para o primeiro ajuste de velocidade de leitura do

espectrofotmetro, Speed, que em nada influenciava as curvas de absorbncia

quando eram utilizados os modos Fast, Mdium ou Slow. Por isso, e por

economia de tempo, visto as os mtodos Mdium e S\O\N so progressivamente

mais demorados, foi utilizado o modo Fast.

Quanto largura da fenda (Slit Width), foram realizadas medidas em

todos os valores e verificado quem em nada era alterado o resultado. Por isso, foi

fixado o valor do ajuste de fbrica do equipamente, qual seja, 5.0.

A proposta do presente trabalho a obteno de um Gel Dosimtrico a

base de DL-Alanina e Ferro-ll. Ao se acrescentar o aminocido DL-Alanina

soluo original de Costa (Costa, 1994) mais o agente solidificante gelatina, foram

obtidas leituras onde o rudo era elevado e a diferena entre leituras de doses no

intervalo de 1 a 20 Gy eram absolutamente indistinguveis.

As leituras obtidas no permitiam diferenciar irradiaes com doses

variando de 2 a 20 Gy. Somente era percebida leitura diferente para o dosmetro

(cubeta) de controle que no era irradiada.

A curva dose-resposta fornecia informao absolutamente intil, visto

que as incertezas associadas eram maiores que as variaes nas leituras.

O espectro de absorbncia obtido apresentado na figura 4 e a curva

dose-resposta e respectivas barras de incertezas na figura 5. As incertezas nas

medidas eram superiores aos valores das prprias medidas, ainda que calculadas

sobre um nmero grande de pontos, superior a 30. O que no era desejado.

44

3,e

S 3,4 c

3,2

O

I 2,8

2,e

2,4

2,2

2,C

1,

Doses (Gy) Radiao Gama do Co-60

588 Comprimento de onda (nm)

Figura 4. Espectro de absoro para a formulao original da soluo dosimtrica de alanina.

CO

I su <

3,70

3,6

3,60

3,5

3.50

3,45

3,4C

3,35

3,3C

3,25

3.20

3,15

3,10

3,05

3,00

Curva Dose x Resposta Para irradiao com Gama do Co-60 Comp. onda 588 nm

-w 5 D Dose (Gy)

Figura 5. Dose-resposta para o gel de alanina produzido a partir da formulao original, irradiado no ar, em condies de equilbrio eletrnico.

45

Esse comportamento semelhante para as doses no intervalo de dose

de 1 a 50 Gy. A partir disto, procedeu-se aos ensaios variando-se reagente a

reagente a fim de se obter uma concentrao tima de cada um desses a ponto

de tornar ntida, distinguvel, as leituras de cubetas irradiadas com diferenas de

1 Gy de dose, ou menos ainda. Foram feitas leituras com diferena de at

0,5 Gy, na formulao final.

Primeiramente, foi variado o tipo de gelatina a ser empregado. Foram

usadas as gelatinas:

Tipo Bovina - 240 Bloom - Tipo Bsica

Tipo Suna - 270 Bloom - Tipo cida

Agar-agar

5.2 ESTABILIDADE MECNICA DO GEL (CONSISTNCIA)

5.2.1 GELATINAS DE TIPO BSICA (BOVINA) E CIDA (SUNA)

Inicialmente, foram feitos ensaios com diferentes concentraes de

gelatina bovina 240B, tipo bsica, tentando obter a estabilidade do gel

temperatura ambiente e consistncia adequada.

Em uma segunda etapa, foi utilizada gelatina suna 270P Bloom, tipo

cida, devido sua maior consistncia, e, principalmente, pelo fato de sua

constituio interferir de forma muito menor do que a da gelatina bovina na

absoro ptica do gel, conforme pode ser observado visualmente atravs da

observao da variao da tonalidade do gel em ensaios realizados utilizando-se

os tipos de gelatina bsico e cido, apresentados na figura 6A.

Nas imagens das figuras 6A e 6B, so apresentados dois conjuntos de

amostras. Sendo que o conjunto de baixo contm a gelatina suna, tipo cida, e o

de cima, contm a gelatina bovina, tipo bsica.

46

Gelatina &oy\m

mm Gelatina Suna

Figura 6A. Ensaio comparativo: amostras no irradiadas de gelatina suina e gelatina bovina em funo da acidez da soluo. A numerao marcada nos becl

cida, interferir em menor grau no escurecimento da soluo, ou seja, na sua

absoro ptica, do que a de tipo bovino, 240P, bsica. Vide figuras 6A e 6B.

Pode ser observada, ainda, a maior resistncia acidez por parte da

gelatina suna, visto que, na figura 68, a gelatina tipo P continua consistente,

enquanto a tipo B j perdeu sua consistncia temperatura ambiente. A partir

desta etapa, foi convencionada a utilizao de uma concentrao de 1g para cada

10 mL de soluo 0,5N em cido sulfrico.

Devido ao fato de a gelatina do tipo cida, suna, apresentar melhores

caractersticas mecnicas, e interferir menos na oxidao do composto, optou-se

por us-la na fabricao do Gel Dosimtrico. De tal maneira que no foram

realizados testes de absorvncia comparativa entre os dois tipos de gelatina.

5.2.2 Gelatina de Algas Marinhas - Agar-Agar

Foram, tambm, realizados ensaios para o Agar-Agar. Os resultados

obtidos, em termos de estabilidade mecnica, foram questionveis. Visto que este

agente solidificante no apresenta perfeita transparncia, ver figura 7, o que

condio essencial para a utilizao na espectrofotometria de absoro, e, ainda,

exigia condies de preparo demasiadamente controladas, tais como a exigncia

de centrifugao durante o processo de solidificao.

O grande problema encontrado que, sendo feito desta forma, embora

fosse razoavelmente transparente, a amostra, no se mantinha consistente

temperatura ambiente. Foi, contudo, apresentado um trabalho onde foi aplicado o

Agar-Agar como agente de solidificao (Mizuno, 2006).

7

Figura 7. Ensaio com agar-agar pura em gua destilada. - Ligeiramente turva.

48

5.3 DETERMINAO DO PH DA SOLUO

A partir de dados catalogados (Perrin, 1979), foi utilizado um intervalo

de pH tal que contivesse os intervalos de mxima concentrao das duas

espcies de Ferro em tela; o Fe-ll e o Fe-lll. Optou-se por utilizar as

concentraes normais: 0,1 N; 0,3N; 0,5N; 0,7N; 1,0N; 1,5N e 2,0N. Estes valores

cobrem o intervalo de 3,0 a 0,3 para valores expressos em pH.

Foram realizados ensaios com cada uma das concentraes normais

contendo a gelatina em meio cido. Por questo de padronizao e uniformizao

dos procedimentos, primeiramente, foi adicionada a gelatina s solues,

esperou-se 10 minutos para que esta fosse fiidratada e, em seguida, a soluo foi

aquecida de forma branda e gradual at a temperatura de 150C, na qual a

gelatina se dissolve por completo.

Tendo em vista a instabilidade das gelatinas quando em meio cido,

primeiramente, foi observado quais concentraes manteriam a consistncia do

gel quando, depois de prontas e retiradas da refrigerao, as amostras fossem

deixadas temperatura ambiente. Foram obtidos os resultados apresentados na

tabela 4.

Tabela 4. Consistncia em funo da concentrao normal de cido sulfrico.

Concentrao (N) H2SO4

pH (medido) Resultado

0,1 3,0 Consistente 0,3 1,7 Consistente 0,5 1,5 Consistente 0,7 1,3 NAO Consistente 1,0 1,0 NAO Consistente 1,5 0,5 NAO Consistente 2,0 0,3 NAO Consistente

Em seguida, terminada a fase de ensaios quanto consistncia e

resistncia temperatura ambiente, foram feitas as anlises de cada uma dessas

solues empregando a tcnica de espectrofotometria de absoro num

espectrofotmetro Shimadzu, UV-2101PC, no intervalo de comprimentos de onda

de 400 a 700 nm.

49

Foram utilizadas as seguintes concentraes dos reagentes.

Sulfato Ferroso Amoniacal (sal de Mohr): 0,2 mM

Alaranjado de Xilenol: 0,2 mM

DL Alanina: 1 g/50 mL de soluo

Gelatina 270P: 5g/50 mL de soluo

As concentraes de SFA (sal de Mohr) e de Alaranjado de Xilenol,

baseiam-se no trabalho de Costa (1994).

Em todas as medidas foi utilizado o comprimento de onda de 588 nm.

Visto que existe um mximo de absoro neste valor para o Fe-lll formado

quando da composio do gel, e acentuado devido irradiao. Quanto

concentrao de DL Alanina, esta foi determinada variando-se de 1 em 1 grama a

sua massa e analisados os espectros. As amostras no irradiadas e irradiadas

com doses de O, 1 e 2 Gy foram avaliadas, procurou-se obter a maior distino

entre doses de 1 e 2 Gy. Os resultados obtidos so apresentados na figura 8:

Pode ser observado que na concentrao de 0,5N em cido sulfrico,

existe uma maior diferena nos valores de absorvncia entre as doses de

1 e 2 Gy. Alm disso, nesta concentrao cida, a gelatina tipo P, suna, mantm

perfeitamente sua consistncia mesmo no estando sob refrigerao.

Desta forma, foi fixada a concentrao em cido sulfrico em 0,5N, o

que corresponde a um pH de 1,5 que, por sua vez, encontra-se perfeitamente

entre os dois mximos das concentraes de Fe-ll e Fe-lll conforme valores

tabelados (Perrin, 1979).

Foi escolhido este valor por tratar-se de um valor de pH em uma regio

de equilbrio entre duas espcies; o Fe-ll e Fe-lll, pois, durante a preparao do

dosmetro, existe, inicialmente, uma dada concentrao de Fe-ll, maior do que a

de Fe-lll. Aps a irradiao, h a oxidao do Fe-ll em Fe-lll, que faz com que as

espcies variem proporcionalmente. Da a importncia da escolha de uma

concentrao em cido tal que o dosmetro encontre-se entre esses mximos.

50

s g 2 < 3

0,03Q

0.02

g ^ 0,02C

KO = 0.01:

0,01 C

o,oo;

o.ooc

DIT

Variao na Absorbncia x Concentrao H SO (N)

Radiao Gama do Co-60

"13:5- I T S Tu Concentrao (N)

Figura 8 Diferena entre o sinal de A.O. de amostras do gel irradiadas com doses de 1 e 2 Gy em funo da concentrao Normal em H2SO4 do gel.

5.4 DETERIVIINAO DA CONCENTRAO DO SULFATO FERROSO

AlVONIACAL (SAL DE VOHR)

De posse das concentraes de Gelatina suna, 1g/10 mL de soluo,

e da concentrao cida, 0,5N em H2SO4 , foi detenninada a concentrao tima

de Sal de Mohr. Para tal, foi variada a concentrao deste reagente mantendo-se

constante a concentrao dos demais reagentes, na proporo:

Alaranjado de Xilenol: 0,2 mM

DL Alanina: 1 g/50 mL de soluo

Gelatina 270P: 5g/50 mL de soluo

Concentrao (H2SO4) : 0,5N

Os espectros de absoro das diferentes solues so apresentados

na figura 9.

Para esta etapa foram avaliadas amostras no irradiadas e aplicadas

doses de 1 e 2 Gy em cinco dosmetros, a fim de se determinar qual a

concentrao de Fe-ll que forneceria a melhor diferenciao entre as doses

aplicadas. Vale observar que o conjunto de 3 curvas correspondentes

concentrao de 1,5 mM apresenta maior diferenciao entre as doses de

51

1 e 2 Gy, que o desejado. O resultado deste ensaio para diferentes

concentraes de Fe-ll apresentado na figura 10.

588 nm Absorbncia vs. Concentrao de Fe-ll 5 Conjuntos de 3 doses: 0,1 e 2 Gy.

2,5 mM Cada conjunto com uma concentrao em mM.

Radiao Gama do Co-60

J5 6 65o ~^00 Comprimento de Onda (nm)

Figura 9 Espectro de absoro de amostras de gel em funo do comprimento de onda (nm) para diferentes concentraes (mM) de Fe-ll.

0 , 0 1 ^

ro 0,014 o c

^ 0,012

< 0,010

0,008

0,006

0,004

0,002

0,000

Absorbncia vs. Concentrao de Fe-Radiao Gama do Co-60

ITS T7 573 7^ Concentrao de Fe-ll (mlVl)

Figura 10 Diferena entre as medidas de absorbncia do gel para doses de 1 e 2 Gy em funo da concentrao de Fe-ll.

52

A figura 10 mostra que ocorre um aumento na diferena dos valores de

absorvncia entre as doses de 1 e 2 Gy quando se utiliza uma concentrao

prxima a 1,0 mM de Sulfato Ferroso Amoniacal, Fe-ll.

5.5 DETERMINAO DA CONCENTRAO DE DL-ALANINA

A partir da fixao das concentraes dos outros reagentes, foi

determinada a concentrao tima de DL-Alanina. Foram utilizados os seguintes

reagentes, nas respectivas propores:

Alaranjado de Xilenol: 0,2 mM

Gelatina 270P: 5g/50 mL de soluo

Concentrao (H2SO4): 0,5N

Sulfato Ferroso Amoniacal: 1,0 mM

Os resultados de absorvncia obtidos so apresentados na figura 11

Pode ser observado que aps a quantidade de 5 gramas de alanina, a diferena

torna-se constante.

4,5 ai

ra 4,C 0 c ra 3,;

< 3.C

2,1

2,0

1.:

1.0

Absorbncia vs. Massa de Alanina Radiao Gama do Co-60 Dose: 20 Gy Em 588 nm

Ajuste Exponencial A(m) = 4,21398(0,10016) - 4,37331(0,25833) exp(-x/1,3769(0,17189))

Clii'^2 = 0.01618 = 0.99198

Massa de DL-Alanina (g)

Figura 11 Diferenas na absorvncia da soluo gel em funo da dose de 1 e 2 Gy para diferentes massas de DL-Alanina.

Com esta ltima etapa foi encerrada a fase de caracterizao do

material dosimtrico, passando-se fase de testes, realizando-se irradiaes com

diferentes doses, taxas de dose, estudo do decaimento do sinal em funo do

53

tempo (em dias) e, posterior utilizao deste Gel Dosimtrico em medidas

realizados com irradiao em um simulador.

5.6 DETERMINAO DA CONCENTRAO DE ALARANJADO DE XILENOL

Foi utilizada a mesma concentrao indicada na dissertao de

mestrado de Costa (1994), que de 0,2 mM de Alaranjado de Xilenol, sem

maiores preocupaes, pois a influncia deste reagente na soluo secundria,

visto que, o que se pretende em trabalhos futuros, o emprego deste gel em

tcnicas de dosimetria independentes da formao de centros de cor. Por isso, e

pelo fato do comportamento regular deste componente j ser bem conhecido

(Gray et al, 1999; Perrin, 1979), preferiu-se utilizar o valor constante do referido

trabalho; 0,2 mM.

Portanto, o Gel Dosimtrico caracterizado constitudo das seguintes

concentraes:

Sulfato Ferroso Amoniacal: 1,0 mM

Alaranjado de Xilenol: 0,2 mM

DL-Alanina: 3,0 g/50 mL de soluo

Gelatina 270P: 5,0 g/50 mL de soluo

Concentrao (H2SO4): 0,5N

5.7 ENSAIO COMPARATIVO SEM DL-ALANINA

Este Gel Dosimtrico que inova em sua formulao em relao ao j

conhecido dosmetro tipo Fricke, pelo fato de possuir em sua formulao o

aminocido DL-Alanina em meio gelatinoso. Foi feito, a ttulo de comparao, um

ensaio com a formulao obtida acima, SEM a adio do aminocido, para estudo

da contribuio da alanina formao do complexo de Fe-lll na soluo, antes e

aps a irradiao. O gel foi preparado com os seguintes reagentes e respectivas

concentraes:

Sulfato Ferroso Amoniacal: 1,0 mM

Alaranjado de Xilenol: 0,2 mM

54

DL-Alanina: NO COLOCADO

Gelatina 270P: 5,0 g/50 mL de soluo

Concentrao (H2SO4): 0,5N

Foi obtido o espectro de absoro apresentado no figura 12, para a

mesma formulao do gel, mas, sem a presena da DL-Alanina. O espectro

apresenta uma banda de absoro com mximo em 457 nm. visvel a

indistinguibilidade entre as respostas por absoro ptica do gel sem a adio de

alanina para as diferentes doses, o que tornaria sem utilidade o gel como

dosmetro.

Na figura 13 apresentado o resultado das medidas de absoro

ptica da mesma formulao utilizada para obteno do resultado anterior, mas

COM a adio de DL-Alanina.

457 nm Gel SEM DL-Alanina Radiao Gama do Co-60

400 450 500 550 600 650 700 Comprimento de Onda (nm)

Figura 12. Espectros de absoro do gel SEM a adio de DL-Alanina em funo do comprimento de onda (nm) para diferentes doses.

55

588 nm

3-Q

g o c

indicando a mudana no equilibrio do ion ferroso, Fe-ll, e do ion frrico, Fe-lll.

Graas a esse deslocamento no equilibrio entre as espcimes que se pode

quantizar a dose absorvida pois esta ser proporcional a tal deslocamento.

Observa-se, contudo, um ponto de cruzamento em, aproximadamente,

500nm. Neste ponto, observa-se que existe um equilibrio entre as espcimes Fe-

ll e Fe-lll, quando avaliadas pela tcnica de absoro ptica. Isso indica que, para

anlise neste comprimento de onda de, aproximadamente, 500 nm, ambas as

espcimes esto em constante equilibrio tendo igual contribuio ao espectro por

absoro ptica.

5.8 CURVA DE DOSE-RESPOSTA

A prxima etapa consistiu em estudar o intervalo de linearidade da

resposta radiao do gel de alanina feito com gelatina de origem suna, tipo

cida. Para tal, foram feitas irradiaes de amostras do gel acondicionadas nas

cubetas com doses entre 1 e 50 Gy, usando sempre a irradiao de um conjunto

de 3 cubetas para cada dose, posicionadas a uma distncia de 20 cm da fonte e

taxa constante de dose de 112,1 Gy/h (Setembro/2006) no ar.

A partir da irradiao das amostras neste arranjo foram obtidas as

curvas de absorvncia apresentadas na figuras, 14 e 15 sendo estes os resultados

de uma medida das trs cubetas e considerado o valor mdio. J, na etapa do

levantamento das curvas Absoro vs. dose, foi utilizada a mdia aritmtica sobre

as 4 faces da cubeta e utilizando-se 3 cubetas.

57

Doses (em Gy):

588 nm

' ' ' 4 5

2,5

2,0

1,5

1,0

0,5

0,0

Temp. Ambiente (25 C) Radiao Gama do Co-60

400 450 500 550 600 650 700 Comprimento de Onda (nm)

O 0,5 1

-1,5 2 4 6 8

-10 -12 -14 -16

18 -20

25 -30

35 40 45 50

Figura 14. Espectros de absoro do gel em funo do comprimento de onda (em nm) para amostra no irradiada e amostras irradiadas com doses de 0,5 a 50 Gy, em condio de equilibrio eletrnico, no ar, temperatura ambiente para a radiao gama do Co-60.

r 5,5|

5,0 03 c 4,5

4,0

< 3,5

3.0

2,5

2,0

1,5

1,0

0,5

0,0

588 nm Doses (em Gy):

Temperatura: 10 C Radiao Gama do Co-60

"4D" 45- -55" "S5D"

Comprimento de Onda (nm)

-0 0.5 1

-1,5 2

-4 6 8

-10 12

-14 -16 -18 20 25 30 35 40 45 50

Figura 15. Espectros de absoro do gel em funo do comprimento de onda (em nm) para amostra no irradiada e amostras irradiadas com doses de 0,5 a 50 Gy, em condio de equilibrio eletrnico, no ar, temperatura ambiente para a radiao gama do Co-60.

58

A ri c '(D

-e 3,5 o m < 3-1

Os espectros apresentados na figura 14 foram obtidos aps 60 minutos

do final da condensao de vapor de gua nas paredes da cubeta, e os espectros

da figura 15 foram obtidos aps 10 minutos do final desta condensao. Isso

sugere que o gel necessita de um tempo de, no minimo, uma hora aps ter

alcanado a temperatura ambiente para que possam ser realizadas as leituras

pela tcnica de espectrofotometria de absoro.

Levantando-se a curva de absorvncia vs. dose a partir dos espectros

apresentados na figura 14, que o mais estvel obteve-se o resultado

apresentado na figura 16.

A resposta do gel apresenta comportamento linear no intervalo de

doses entre 0,5 e 40 Gy, tendendo saturao para doses maiores.

Os resultados obtidos, variao na tonalidade, colorao, das

amostras, correspondentes ao dosmetro no irradiado e aos dosmetros

irradiados com doses de 0,5 a 50 Gy podem ser percebidos a olho nu, conforme

apresentado na figura 17.

5.9 ESTABILIDADE

Foi realizado tambm, o estudo da estabilidade do sinal em funo do

tempo (em dias) para duas situaes; a primeira, mantendo o dosmetro sob

refrigerao temperatura de 5C e ao abrigo da luz e na segunda, mantendo

sem refrigerao e sob iluminao natural.

Os resultados podem ser observados na figura 18 atravs do

comportamento que tende saturao para o dosmetro mantido sob condies

controladas (refrigerado e no escuro), indicando um aumento gradual na

concentrao de Fe-lll devido oxidao natural do Fe-ll com o decorrer do

tempo.

No outro caso, sem controle de temperatura e luz natural, percebe-se

um comportamento varivel, saturando rapidamente. Uma justificativa para esse

comportamento seria devido ao fato de em diferentes dias haver oscilao de

59

temperatura e luminosidade ambiente da sala onde foi mantido o dosmetro no

controlado - sem refrigerao e luz natural. Esse comportamento da resposta

comprova a importncia do controle das condies de armazenamento da

amostra.

No controlado, foi possvel a realizao de ajuste e no outro, no pode

ser feito nentium ajuste devido ao comportamento instvel, conforme pode ser

observado na figura 18.

Os resultados observados indicam que a avaliao espectrofotomtrica

deve ser efetuadas de 3 em 3 dias, pelo menos.

4,0

ra c 3,5 ^ o (A

< 3,C

2,5

2,0

1,f

i,c

0,

Curva Dose-Resposta Radiao Gama do Co-60 Temperatura Ambiente (25 C)

2cr 5

Dose (Gy)

Figura 16. Curva Absorbncia vs. Dose do gel de alanina para doses de radiao gama do ^Co e respectivo ajuste linear.

Os dados do ajuste linear so fornecidos a seguir:

Tipo de ajuste de funo: Regresso Linear

Y = A*X + B

Parmetro Valor Incerteza

A 0,06139 0,0009

B 0,96103 0,0218

60

50 Gy

Figura 17. Escala de cores do gel de alanina. A cubeta no irradiada (O Gy) a

da extrema esquerda e a irradiada com 50 Gy, a da extrema direita.

r - zero - Refrigerado, ao abrigo da luz zeroAR - No refrigerado, luz ambiente Ajuste polinomial do 2" grau

Obs : Em cada leitura, o dosmetro retirado da geladeira foi deixado 1 tiora antes de cada leitura para eliminar a condensao nas paredes da cubeta.

- J 55

Tempo (dias)

Figura 18. Comportamento comparativo das respostas dos dosmetros de

alanina mantidos sob diferentes condies de armazenamento.

No conjunto de pontos correspondentes ao dosmetro mantidos sob

condies controladas, foi possvel prever um comportamento que foi bem

descrito por uma funo de grau 2; A(t) = - 0,0034 t + 0,1915 t + 1,4815

61

A variao no sinal no significativa quando feita a observao

hora-a-hora da absoro ptica, contudo, pela anlise dos dados experimentais, foi

encontrado o valor de 15,12% ao dia de aumento, entre o primeiro e o segundo

dias. Quanto a intervalos de tempo maiores, possvel utilizar com, excelente

preciso, a funo quadrtica ajustada, constante no grfico acima, at o limite de

25 dias, a partir de onde, o gel apresenta saturao.

5.9.1 LEITURA MNIMA DETECTVEL

Todo sistema dosimtrico necessita de uma estimativa de quo

precisa e acuradamente consegue fornecer estimativas da menor dose que se

pode avaliar. Para tanto, foram realizadas medidas sobre um nmero grande

(Boas, 1966), 30 amostragens, de dosmetros No Irradiados . Espectros esto

indicados na figura 19:

Para a determinao da dose mnima detectvel, foi utilizada a expresso:

Dose Mnima = ((Z -b)+3- a)- /.. ^ (8)

Onde: A.O. = 0,77 - a mdia aritmtica sobre 30 medidas

b = 0,96 - coeficiente linear da reta ajustada

a = 0,07 - o desvio padro das 30 medidas

= 16,29 - o inverso do coeficiente angular do grfico

Dose{Gy) representado na figura 16 - unidades em

Absorv{U.A.)

Resultando em:

Dose Mnima = 0,3 Gy

O resultado estatstico acima fornece o menor valor possvel de ser

obtido atravs do uso deste tipo de dosmetro base da DL-Alanina-Gel, que

0,3 Gy de dose absorvida.

62

Observe-se que, durante o procedimento de irradiao, considerou-se

a camada de equilibrio eletrnico e na fase dos clculos foram descontadas as

doses de trnsito dos dosmetros.

!5 o c

ra .!5 4,C o c ro X I

o 3,^

O)

< 3,C

2,0

1,E

Absoro ptica vs. Taxa de Dose Radiao Gama do Co-60 Dose: 20 Gy

"2 4 SS 50 T2 4S Taxa de Dose (Gy/li)

Figura 20. Estudo da dependncia do sinal com a taxa de dose em

Gy/h obtida em funo do posicionamento em diferentes distncias da

fonte. Para a radiao gama do Co-60.

5.11 SIMULADOR CILNDRICO

Obtida a formulao ideal do Gel Dosimtrico, foi confeccionado um

simulador de pescoo, com