Erick Soares Lins Seminários I IQ-UnB 22/02/2013

Derivatização Fotoquímica

Erick Soares LinsSeminários IIQ-UnB 22/02/2013

• Introdução: Conceitos• Aplicações

– Fatores operacionais• Discussão de trabalhos• Conclusão

SUMÁRIO

Derivatização

Transformar quimicamente a substância objeto da análise de maneira a permitir ou facilitar sua detecção ou sua separação dos demais constituintes da matriz.

D. A. Skoog, F. J. Holler, T. A. Nieman in Principles of Instrumental Analysis (Ed.: Brooks/Cole), Thomson Learning, New Delhi, 1998, pp. 746

INTRODUÇÃO

Objetivos:• Maior Sensibilidade – introdução de

cromóforos ou fluoróforos na molécula; geração de um novo composto de resposta mais intensa

• Maior Seletividade – uso de reação de derivatização específica, que altere somente o composto de interesse em uma matriz complexa

Lores, M.; Cabaleiro, O.; Cela, R.; Trends in analytical Chemistry 1999, v. 18 no. 6, 392.

INTRODUÇÃO

• Janela Fotoquímica: 200 a 800 nm

Adaptado de UVABC’s (http://www.uvabcs.com/index.php)

• Fotoderivatização / Derivatização Fotoquímica- Radiação eletromagnética

INTRODUÇÃO

INTRODUÇÃO

AB hν [AB]* [AB]**, AB + CD* (transferência de energia intra ou intermolecular)

+M

AB + M* (“quenching”: energia dissipada por M na forma vibracional ou translacional)

AB + hν (luminescência)

[AB]∙+ + e- (fotoionização)

BA (isomerização)

ABE, AE+B (reação direta)

A + B (dissociação intramolecular)

+E

Fedorowski, J.; LaCourse, W. R.; Analytica Chimica Acta 2010, 657, 1.Cavicchioli, A.; Gutz, I. G. R.; Quím. Nova 2003, vol.26 no. 6, 913.

INTRODUÇÃO

INTRODUÇÃO

Detecção Analitos Matrizes Téc. Ref.

UV Naftodiantronas Extratos fitofarmacêuticos

HPLC Schmidt, A.H., J. Chromatogr. A, 2003, 181

Busulfan Plasma, água HPLC Jenke, A. et al. J. Chromatogr. B, 2004, 805, 147

Fluorescência Sulindac e metabólitos

Soro HPLC Siluveru, M., Stewart, J. Chromatogr. B, 1995, 673, 91

Rofecoxib Plasma HPLC Woolf, E., Fu, I., Matuszewski, B, J. Chromatogr. B, 1999, 730, 91

Aflatoxinas Amendoim, pistache, figos

HPLC Papadopoulou-Bouraoui, A. et al., J. AOAC Int., 2002, 85, 411

Aflatoxinas Farinhas de cereais

SPME-HPLC Quinto, M. et al., J. Chromatogr. A, 2009, 1216 (49), 8636

Pesticidas Organofosforados

Água, vegetais, grãos

HPLC Perez-Ruiz, T. et al., Anal. Chim. Acta, 2005, 540, 383

APLICAÇÃOTabela 1. Exemplos de aplicações utilizando fotoderivatização

Fatores Relacionados• Comprimento de onda

λ = 253,7nm• Potência da lâmpada (W)• Tempo de Exposição (s, min)• pH• Catalisadores

APLICAÇÃO

• LâmpadasTabela 2. Características de Fotoreatores e suas aplicações (adaptado de Lores et al.).

Lâmpada Controle de Temperatura

Método Ref.

Hg, 175W

Média Pressão

Ar Determinação de metais traço por meio de Complexos de Zn(II), Ni(II), Cu(II) e Hg(II) com n-butil-2-naftilmetilditiocarbamatopor HPLC

Shih, Y.T., Carr, P.W., Anal. Chim. Acta, 1984, 159, 211

Hg, 10W

Baixa Pressão

Ventoinha Determinação de compostos polifenólicos (22 álcoois e 12 aldeídos) por HPLC

Cela, R. et al., J. Chromatogr. , 1992, 626, 117

Xe, 150W

Alta Pressão

Ar pressurizado

Determinação de 5 alcalóides do Ergot por HPLC

Scholten, A.H.M.T, Frei, R.W., J. Chromatogr., 1979, 176, 349

Arco de Xe

Estudo de fotodegradação de PCDDs em fase gasosa

Sivils, L.D. et al., J. Chromatogr., 1994, 688, 221

APLICAÇÃO

• Fotoreatores comerciais

Fotos: http://www.aura-inc.com/1phred.htmlhttp://www.labx.com

PHoTOCHEMICAL REACTOR FOR ENHANCED DETECTIONTMLâmpada: vapor de Hg, baixa pressãoBobina de Reação: PTFE

Lâmpada: UV 254nm, 8WBobina de Reação: PTFE

ICT Beam-BoostTM Photochemical Unit

APLICAÇÃO

http://www.aura-inc.com/1phred.html

http://www.labx.com/

Henry Joshua, Presented at the Satellite Workshop to the Gordon Conference on Mycotoxins and Phycotoxins "Advances in Detection Methods for Fungal and Algal Toxins." June 17-19, 1999.

APLICAÇÃO

• Lab-made

Fedorowski, J.; LaCourse, W. R.; Analytica Chimica Acta 2010, 657, 1.

APLICAÇÃO

Bobina (Quartzo, PTFE)

ventoinha

Parede reflexiva

Lâmpada UV

• Potência da lâmpada

Fedorowski, J.; LaCourse, W. R.; Analytica Chimica Acta 2010, 657, 1.Lores, M.; Cabaleiro, O.; Cela, R.; Trends in analytical Chemistry 1999, v. 18 no. 6, 392.

APLICAÇÃO

• Tempo de exposição– Vantagens diretas: menor tempo total de análise,

menor consumo de reagentesTempo otimizado

aplicação Método Ref.

15s N-nitrosaminas em água

Quimiluminescência (luminol)

Kodamatani, H. et al., J. Chromatogr. A, 2009, 1216, 92

30s N-nitrosaminas em carnes

Quimiluminescência (tris(2,2-bipiridil) Ru(III))

Perez-Ruiz, T. et al., Anal. Chim. Acta, 2005, 541, 69

10min Hemoglobina bovina

Espectrofotométrico Pan, L. et al., J. PLOSOne, 2012, 7(8), e44142

2,4 min DON em Trigo Eletroquímico (HPLC-hv-EC)

Selavka, CM et al., J Chromatogr. Sci. , 1990 , 28 (2), 76

APLICAÇÃO

• Princípio de Grothus-Draper– A luz deve ser absorvida por um composto para que uma

reação fotoquímica ocorra.

• Princípio de Stark-Einstein (Lei da Fotoequivalência)– Para cada fóton absorvido por um sistema químico,

somente uma molécula é ativada para reação posterior.

MICHIGAN STATE UNIVERSITY. Photochemistry. Disponível em: http://www2.chemistry.msu.edu/faculty/reusch/virttxtjml/photchem.htm

FOTO-REAÇÕES: RENDIMENTO QUÂNTICO

http://www2.chemistry.msu.edu/faculty/reusch/virttxtjml/photchem.htm

MICHIGAN STATE UNIVERSITY. Photochemistry. Disponível em: http://www2.chemistry.msu.edu/faculty/reusch/virttxtjml/photchem.htm

Nível energético quase coincidente com uma Quebra de ligação


http://www2.chemistry.msu.edu/faculty/reusch/virttxtjml/photchem.htm

• Rendimento Quântico:– Número de mols de

reagente consumidos, ou de produto formado, por einstein de luz monocromática absorvida

– 1 einstein corresponde a 1 mol de fótons

Lee, C.; Choi, W.; Yoon, J.; Environ. Sci. Technol. 2005, 39, 2101.

• L – caminho óptico da célula• I – fluxo de fótons absorvidos pelo

NDMA• t – tempo de exposição à radiação UV0


• Influência de Espécies Oxigenadas Reativas

Pan, L. et al., PLOSOne, 2012, 7 (8), e44142

Discutir isto????

• pH– Diferentes produtos pretendidos

Kodamatani, H. et al., J. Chromatogr. A, 2009, 1216, 92Lee, C.; Choi, W.; Yoon, J.; Environ. Sci. Technol. 2005, 39, 2101.

(B): carreador, 10mM tampão borato; tempo radiação UV 15s; N-nitrosodietanolamina, (○); N-nitrosodimetilamina, (●); N-nitrosomorfolina, (□); e N-nitrosopirrolidina, (■). Background level (Δ).

VARIAÇÃO DE pH

• Catalisadores– TiO2 (anatase)– Disponível comercialmente– Utilizado em processos de

degradação fotolíticas de contaminantes ambientais

Kaufman, A. D.; Kissinger, P. T.; Jones, J. E.; Analytica Chimica Acta 1997, 356, 177.

CATALISADORES

Atividade fotocatalítica de reator de Teflon revestido com TiO2 p25: (○) reator revestido com TiO2 p25 em potencial aplicado de .1000mV vs. Ag/AgCl; (●) reator não revestido, potencial aplicado de .1000mV vs. Ag/AgCl; (∆) reator revestido com TiO2 p25 em potencial aplicado de .600mV vs. Ag/AgCl;(▼) reator não revestido em potencial aplicado de .600mV vs. Ag/AgCl.Cada ponto representa a soma das correntes máximas dos produtos detectados no tempo de fotólise.

• Fotoquimicamente estável• Quimicamente estável em

uma ampla faixa de pH• Insolúvel em água• Possível imobilização

sobre sólidos• Baixo custo• Não danoso ao ambiente

• Mecanismos oxidativos – geração de radicais hidroxila a partir de água e hidróxido adsorvidos

CATALISADORES

Kaufman, A. D.; Kissinger, P. T.; Jones, J. E.; Analytica Chimica Acta 1997, 356, 177.

Geração de radicais hidroxila a partir de oxigênio adsorvido

• Determinação de N-nitrosaminas em produtos cárneos– Automated flow-injection spectrophotometric determination of

nitrosamines in solid food samplesLuque-Pérez, E.; Ríos, A.; Valcárcel, M., Fresenius J. Anal. Chem., 2001, 371, 891.

• Carcinogênicas• Presença em alimentos (cozimento), cosméticos, fumaça de

tabaco, solo, águas superficiais etc.• Resultantes das reações entre óxidos nítricos ou NO2

- e aminas secundárias

• Regulamentação (águas): Canadá – 9ng/L (NDMA), EUA – 10ng/L (NDMA, NDEA, NDPA)

APLICAÇÃO: DISCUSSÃO DE TRABALHOS

• Detecção colorimétrica (Reação de Griess)• N-nitrosaminas:

– UV λ=253,7nm– excitação de orbitais tipo n →π* e

protonação– Geração do ânion radical NO● da

molécula– reação de Griess – Geração de um íon diazônio e,

posteriormente, um composto Azo detectável espectrofotometricamente, com cromóforo absorvendo em λ=540nm. Esta reação é específica para a espécie derivatizada.

Peter Griess, 1829-1888


Método resumido• Extração – amostras em água a 90-95oC (agitação por 5min)• Filtração 1• Resfriamento (banho de gelo)• Filtração 2• Coluna de troca iônica – retenção de íons NO2

- e NO3-

eventualmente presentes na amostra (interferentes)• Exposição à radiação UV (254nm)• Mistura com reagente de Griess• Detecção – absorbância a 542nm


1)


2)

Fotoderivatização Derivatização Química

Escopo testado NDMA NPRO, NTHZC, NSAR, NHPRO, NMU, NMA

Detecção Colorimétrica TEA (Quimiluminescência – óxido nítrico)

Etapas Extração, Filtração, Resfriamento, Troca iônica, UV,adição de NED/SAM

Homogeneização com Acetonitrila; Centrif., Adição de KI, Ác. Sulfâmico/H2SO4; Decantação, Aquecimento 70oC, Resfriamento

Quantidade de amostra necessária

2g 10g

Faixa de trabalho 0,8 – 500 ng/mL 0,7-17 ppm

Recuperação média 95,4-106,0% 65,9%

Fiddler, W., Pensabene, J.W., Doerr, R.C., J. of AOAC Int., 1995, 78(6), 1435


FIA!

Discussão• Avaliação de condições ótimas de: vazão, pH,

tempo de exposição, Concentração do reagente de Griess

• Não foram estudadas diferentes potências da lâmpada UV• Não foi avaliado o desempenho da coluna de troca iônica, nem

referenciado trabalho anterior• Não é feita menção a possíveis problemas ao FIA

(aquecimento excessivo da lâmpada, formação de bolhas)• Não é mencionado limite regulamentar (Projeto NDMA em

produtos cárneos: 3mg/kg – China)• Validação: Apenas desvio padrão das replicatas das

fortificações, recuperação em 4 níveis e faixa linear.


• Determinação dos isômeros de Resveratrol e Piceid em vinho– Post-column on-line photochemical derivatization for

the direct isocratic-LC-FLD analysis of resveratrol and piceid isomers in wine

Durán-Merás, I.; Galeano-Díaz, T.; Airado-Rodríguez, D.; Food Chemistry, 2008, vol. 109 no. 4, 825

• Resveratrol: Estilbeno produzido por plantas em reação a infecção fúngica ou stress abiótico (por ex. contaminação por metais pesados)

• Ligado à redução dos riscos de doenças cardíacas (ingestão regular de vinho)


Método resumido•Não há etapa de preparo de amostra•Separação cromatográfica (HPLC, C18, isocrát. 15oC, fase móvel = CH3CN: H3PO4(0,04%) 18:82 v/v, 0.9mL/min) •Fotoderivatização: tubo PTFE 3m enrolado em lâmpada de Xe 4W•Detecção Fluorescência 364nm (λexc = 260nm)

Radiação muito intensa impede a determinação da razão isomérica


Discutir isto????

A) Lâmpada desligada

(_) e lâmpada ligada (...)

B) Padrões de t-Resveratrol e t-Piceid

(_); Amostra de vinho fortificada com os dois

analitos(...)


• Comparação Ratola, N., Faria, J. L., and Alves, A., Food Technol. Biotechnol., 2004, 42 (2) 125

• Preparo: etapas LLE e SPE• HPLC-UV, sem derivatização• Determinação unicamente de trans-resveratrol• CV ~ 30% (extrações independentes de uma mesma amostra)• Faixa linear não informada• LD = 0,06mg/L (contra 0,0012μg/mL de Duran-Merás et al.)

http://resveratrolbenefit.org/


Discussão

• Otimização das condições cromatográficas• Frequência analítica: 4 amostras em 35min• Possibilidade de identificação dos isômeros

• A validação do método contempla apenas: Precisão inter-dia, linearidade, LD e LQ

• Não detalha quais são os foto-produtos (FR e FP1, FP2)

• Não há limite regulatório, embora sintomas de overdose sejam conhecidos

• Exposição à luz solar produz os isômeros cis


• Derivatização Fotoquímica– Redução de custos– Versatilidade– Controle das condições experimentais– Estudo interdisciplinar

CONCLUSÃO

• D. A. Skoog, F. J. Holler, T. A. Nieman in Principles of Instrumental Analysis (Ed.: Brooks/Cole), Thomson Learning, New Delhi, 1998, pp. 746

• Lores, M.; Cabaleiro, O.; Cela, R.; Trends in analytical Chemistry 1999, v. 18 no. 6, 392.• Lingeman, H; Underberg, W. J. M.; in Detection-Oriented Derivatization Techniques in Liquid

Chromatography (Ed.: Lingeman, H; Underberg, W. J. M.), Marcel Dekker, New York, 1990, cap. 1• J. Ruzicka, E. H. Hansen, in Flow Injection Analysis (Ed.: J. D. Winefordner), John Wiley & Sons,

New York, 1988, vol. 62, pp. 1-20.• Fedorowski, J.; LaCourse, W. R.; Analytica Chimica Acta 2010, 657, 1.• Krull, I. S.; Ding, X. D.; Selavka, C.; Bratin, K.; Forcier, G.; J. Forensic Sci. 1984, vol. 29 no. 2, 449.• Cavicchioli, A.; Gutz, I. G. R.; Quím. Nova 2003, vol.26 no. 6, 913.• D. C. Harris in Análise Química Quantitativa (Ed.: W. H. Freeman and Company), W. H. Freeman

and Company, New York e Basingstoke, 1999, pp. 448-464• MICHIGAN STATE UNIVERSITY. Photochemistry. Disponível em:

http://www2.chemistry.msu.edu/faculty/reusch/virttxtjml/photchem.htm Acesso em: 02janeiro2013

• Liu, H.; Krull, I. S.; Kaufman, A.; Aruda, W. O.; Kissinger, P. T.; Current Separations, 1997, 16:2, 37.• Luque-Pérez, E.; Ríos, A.; Valcárcel, M.. Fresenius J Anal Chem, 2001, 371, 891.

REFERÊNCIAS

• Jurado-Sanchez, B.; Ballesteros, E.; Gallego, M.; Talanta 2007, 73, 498.• Ding, X. D.; Krull, I. S.; J. Agr. Food Chem., 1984, 32, 622• Pacheco, W. F.; Batalha, J. A. L.; de Oliveira, C. C.; Aucelio, R. Q.; Talanta 2008, 74, 1442.• Lee, C.; Choi, W.; Yoon, J.; Environ. Sci. Technol. 2005, 39, 2101.• Kaufman, A. D.; Kissinger, P. T.; Jones, J. E.; Analytica Chimica Acta 1997, 356, 177.• G. Roloff in Degradação do hormônio estradiol por eletrólise, fotólise e fotocatálise -

Dissertação apresentada ao Instituto de Química de São Carlos (Orientador: Prod. Dr. Germano Tremiliosi Filho) Universidade de São Paulo, São Carlos, 2007, pp. 20-24

• Y. L. Chow in The Chemistry of Functional Groups Supplement F: The Chemistry of amino, nitroso and nitro compounds and their derivatives (Ed.: S. Patai), John Wiley & Sons, Binghantom, 1982, vol. 1, pp. 262-281

• Ivanov, V. M.; Journal of Analytical Chemistry 2004, vol. 59 no. 10, 1002.• Held, P., An Introduction to Reactive Oxygen Species, BioTek Application Guide, 2012• Kim, M.; Stripeikis, J.; Iñón, F.; Tudino, M.; Talanta 2007, 72, 1054.• Durán-Merás, I.; Galeano-Díaz, T.; Airado-Rodríguez, D.; Food Chemistry, 2008, vol. 109 no.

4, 825• UVABC’S http://www.uvabcs.com/index.php)

Obrigado

Erick Soares LinsSeminários IIQ-UnB

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