ESPECTROMETRIA DE VESSONÂNCIA MAGNÉTICA NUCLEAREM AMOSTRAS DE ÁCIDOS HÚMICOS

RESUMO

Alessandro Costa da Silva]'

A caracterização espectrométrica de ácidos húmicos (AR), por meiode RMN I3C, tem-se desenvolvido durante as últimas décadas.Amostras de AR, extraídas de solo (Espodossolo e Latossolo) eadquiridas comercialmente (Aldrich e Fluka), foram caracterizadas pormeio de análise elementar e por espectros de RMN I3e. Foi possívelobter informações que constataram diferenças entre AH extraídos dediferentes solos e, também, entre AR adquiridos comercialmente.

Palavras-chave: ácidos húmicos, caracterização, espectrometria deRMN13C.

ABSTRACT

The 13CNMR spectroscopic characterization of humic acids hasbeen widely used. Humic acids samples were extracted from soil(Spodossol and Oxissol) and commercial acquire (Aldrich and Fluka).They were characterized by elementar analyses and 13CNMR spectra.The results obtained indicated differences between the HA extractedfrom differing soils, and also between HA commercial acquire.

Key-words: humic acids, characterization, 13CNMR spectrometry.

1 INTRODUÇÃOA técnica espectrométrica de res-

sonância magnética nuclear (RMN) ébasicamente uma forma deespectrometria de absorção, como noinfravermelho ou no ultravioleta. O prin-cípio é fundamentado na propriedadede uma amostra absorver radiação ele-tromagnética a uma determinada fre-qüência, definida pela natureza dosnúcleos presentes e pelas característi-

cas estruturais da molécula(SILVERSTEIN et al., 1994, p.235).Atualmente, esta técnica é a mais utili-zada para a caracterização da matériaorgânica do solo (MOS), tanto de amos-tras sólidas quanto líquidas, sendo quea utilização no estado sólido está cadavez maior porque possibilita o estudode substâncias que são pouco solúveisou mesmo insolúveis. A técnica deRMN (para amostras sólidas) não édestruti va, preservando a amostra para

• Professor Dr. Visitante do Departamento de Tecnologia Química - UFMA

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outras análises, economizando solventese permitindo a avaliação "in situ"daMOS (MARTIN-NETO et al., 1996,p.4). Tem sido utilizada na avaliação daeficiência da decomposição ehurnificação de solos Chen e Pawluk,(1995, p.174), no acompanhamento dosprocessos de extração e purificação dosAR Piccolo (1990, p.754) e na avalia-ção de seu efeito sobre as característi-cas do material extraído(SCRINITZER et al., 1991, p.105).

O desenvolvimento e expansão datécnica de RMN do 13Cem constituin-tes da MOS como os ácidos húmicos(AR), vem acompanhando os avançosobtidos no campo da instrumentação(NOVOTNY et al., 1999, p.228). Tra-balhos que pareciam inviáveis a 20 anosatrás, hoje são executados com certafacilidade. Entretanto, mesmo com oalto grau de refinamento atingido, ain-da há grande defasagem no tipo de tra-balho utilizando RMN em AR, emcomparação com outros campos doconhecimento. Por vezes, o operadordomina a técnica mas não tem infor-mação sobre o objeto de análise, no casoAR.

Atualmente, para a ciência do solo,a RMN é a técnica espectroscópicamais utilizada e de maior confiabitidade.Entretanto, os custos dos equipamen-tos a torna inviável em laboratórios desolos, sendo que na maioria dos traba-lhos publicados, são estabelecidas par-cerias em sistema de "facility" entredepartamentos e instituições. No Bra-sil, as pesquisas sobre RMN em amos-tras de AR ainda são escassas, talvezpela dificuldade de acesso aosespectrômetros, no que tange ao custo

e ao conhecimento do potencial destaferramenta por parte dos pesquisado-res. Assim, há um longo caminho a serpercorrido, sendo fundamental haverum envolvimento de um maior númerode especialistas em espectroscopia deRMN para estudos da MOS(MARTIN-NETO et al., 1996, p.4).Neste sentido, este trabalho pretendecaracterizar, por meio de RMN l3C,quatro amostras de AR, duas extraí-das de solo e duas adquiridas comerci-almente.

2 MATERIAL E MÉTODOS

Foram utilizadas, em triplicatas, 4amostras de AR no estado sólido: a)AR-latossolo, amostra de AR extraídae purificada de um Latossolo Verme-lho-Amarelo; b) Humato-Na, amostrade AR na forma de humato de sódioadquirida comercialmente da AldrichS.A; c) AR-espodossolo, amostra deAR extraída e purificada de umEspodossolo e d) AR-comercial, amos-tra de AR adquirida comercialmente daFlukaAG.

O procedimento de extração foiconduzido seguindo as normas da IHSS,Sociedade Internacional de Substânci-as Húmicas (SWIFT, 1996, p.430). Apurificação foi realizada por meio delavagens sucessivas com solução deRCl-RF a 0,5%. Para o teste da pre-sença de cloretos (Cl) utilizou-se solu-ção de AgN03 0,1 rnol L·I. Após testenegativo os AR foram liofilizados. Jáas amostras adquiridas comercialmen-te (Humato-Na e AR-comercial), fo-ram analisadas sem nenhum tratamentoprévio.

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o conteúdo de carbono, hidrogê-nio e nitrogênio nas amostras foi deter-minado via analisador de elementosCNHS (Perkin Elmer, PE-2400). Ovalor da razão entre as absorbâncias465 e 665 nm (E/E6), comumente usa-da como indicati vo do grau dehumificação foi realizada segundoCHEN et al. (1977b, p.355), já o teorde cinzas foi determinado porcalcinação (PICCOLO, 1988, p.420).Os espectros de RMN I3C das amos-tras no estado sólido foram obtidos pormeio do espectrômetro Varian (Unity400).

3 RESULTADOS E DISCUSSÃO

A análise elementar e o teor decinzas das amostras de AH são apre-sentados na Tabela 1. Também sãoapresentadas as razões atômicas entreo conteúdo de hidrogênio e oxigênio emrelação ao carbono (HlC e O/C, res-pectivamente).

As análises de RMN l3C foramrealizadas na EMBRAPAInstrumentação Agropecuária (SãoCarlos-SP), enquanto as demais análi-ses foram realizadas na UniversidadeFederal de Viçosa (Viçosa-MG).

Tabela 1- Características elementares das amostras de AR extraídasde solos e comerciais

AMOSTRASTEDRDE ANÁIJSEELEMENTAR RAZÃO ATÔMICACJNZAS

DEAH C H N Oa HlCb O/Cb(% )

Latossolo 18 47,8 5,1 4,9 41,2 1,28 0,64

Espodossolo 14 50,8 3,5 1,7 44 0,83 0,65

Aldrich 5 44,1 4,9 2,5 48,5 1,33 0,97

Fluka 8 43,1 4,9 0,7 51,3 1,36 1

a Obtido por diferença.b Razão atômica.

Pela Tabela 1 pode-se observarque o conteúdo de C encontrado nasamostras de AR extraídos de solos fo-ram maiores quando comparados àque-les obtidos para AR adquiridoscomercialmente. Explicado pelo enri-quecimento de C diante às reações depolimerização e condensação, ocorri-das durante a humificação. O baixo teorde N (1,7%) no AH-espodossolo, emcomparação ao AH-latossolo (4,9%) éexplicado devido ao alto processo de

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mineralização de restos vegetais nosEspodossolos (CERETTA et al., 1999,p.320). A razão HlC indica o grau dearomaticidade da matéria orgânica,quanto maior este valor menor aaromaticidade nas amostras(BRAVARDeRIGHI, 1991,p.158). Osresultados sugerem que os AH extraí-dos de solos apresentam maioraromaticidade quando comparadosàqueles adquiridos comercialmente. Jáa razão atômica O/C permite estimar a

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abundância de grupos funcionais quecontém oxigênio e portanto é um indi-cador do grau de oxidação (BRAVARDe RIGHI, 1991, p.157). Percebe-se naTabela 1 uma diferenciação nestes va-lores para os dois grupos de amostras(solos e comerciais).

Os valores da razão EiE6 foram,respectivamente, 3,14; 3,42; 3,60 e 3,37para AH-latosssolo, Humato-Na(Aldrich), AH-espodossolo e AH-co-mercial (Fluka). Estes valores estãodentro da faixa de AH, que devem sermenores que 5,0. Quanto menor estarazão, maior será a massa moleculardo AH (STEVENSON, 1994, p.320).Com isso, conclui-se que os AH adqui-ridos comercialmente (AH-aldrich eAH-fluka) apresentaram massas mo-lares mais baixas, quando comparadosaos AR extraídos de solo (AR-latossoloe AH-espodossolo).

A Tabela 2 apresenta as intensi-dades relativas (% da área total) obti-das no espectro de RMN l3C dasamostras de AH, no estado sólido. Já aTabela 3 apresenta o grau dearomaticidade e alifaticidade, calcula-dos a partir dos espectros de RMN(pRESTON, 1996, p.150). Percebe-sena Tabela 2 as bandas associadas a C

alifáticos (principalmente °- 45 ppm)foram mais intensas que aquelas rela-cionadas aos C aromáticos, confirman-do o caráter predominante de gruposalifáticos dos AH, como tem sido mos-trado na literatura (STEVENSON,1994, p.31O; PRESTON, 1996, p.148;MARTIN et aI., 1998, p.351). Emboraexista uma predominância de constitu-intes alifáticos, percebe-se na Tabela 3que os AH extraídos de solos, são me-nos alifáticos (mais aromáticos) com-parados àqueles adquiridoscomercialmente, e que o AH-espodossolo é mais aromático que AH-latos solo, possivelmente explicado pelocaráter mais humificado doEspodossolo, que é um tipo de solo or-gânico.

Os espectros de RMN I3C dasamostras de AH extraídos de solos(AH-latossolo e AH-espodossolo) e deAH comerciais (AH-aldrich e AH-fluka) estão apresentados nas Figurasla,2a, lb e 2b, respectivamente. Per-cebe-se, claramente, uma feição bas-tante constrastante entre aquelesextraídos de solos e aqueles adquiridoscomercialmente, explicado devido aorigem do material (SCHNlTZER etal., 1991, p.l02).

Tabela 2 - Intensidades relativas dos sinais obtidos por espectrometriade RMN I3e dos AH

DISTRIBUIÇÃO DOS SINAIS DE RMN 13 C POR FAIXAS DE ABSORÇÃO

Amostra 0-45 58-91 158-170

Intensidades em %

45-58Latossolo

EspodosoloAldrichFluka

21,625,653,454,3

17,311,69,610,9

8,56,27,57,8

91-109 120-142 142-158109-1204,42,82,5

2,5

5,54,23,63,4

19,321,39,28,5

8,811,54,54

5,74,93,63,3

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Tabela 3 - Grau de aromaticidade e alifaticidade das amostras de AH

GRAUDEALIFATICIDADE" EAROMATICIDADE"'* (%)

Amostras Alifaticidade AromaticidadeLatos s010 56,8 43,2

Espodossolo 52,4 47,6Aldrich 77,7 22,3Fluka 79,7 20,3

*Alifaticidade = área de inais, C alifático (0-110 ppm) . área de sinais de C (0-164 ppm).lOO**A.romaticidade= área de sinais, C alifático (llO-l64ppm) . área de sinais de C (0-164ppm).lOO

o espectro do Afi-latossolo - Fi-gura Ia - apresentou feição similaràqueles obtidos por outros autores(MARTIN-NETO et al., 1996, p.3). Ossinais de carbono observados são atri-buídos aos seguintes grupos: 0-39ppm(alifáticos: alcanos + ácidos graxos) demédia intensidade, 40-60 ppm (proteí-na e metoxil) de baixa, 61-105ppm(carboidratos) de baixa, 106-165ppm(aromático) de média, 170-190ppm(carboxilíco) de baixa e 21O-230ppm(cetônico) de baixa intensidade. Já oespectro do AR -aldrich - Figura 1bapresentou feição similar aqueles ex-traídos de carvão (RICCA et al., 1993,p.271). Os sinais revelaram os grupos0-39ppm (alifáticos: alcanos + ácidosgraxos) de altíssima intensidade e 106-165ppm (aromático) de baixíssima in-tensidade (SCHNITZER,1982, p.590).

Uma explicação para o AH-aldrich - Figura 1b - apresentar um es-pectro praticamente alifático deve serdevido ao fato desta amostra se enqua-drar como função sal (Humato).Materias mais intemperizados (AR ex-traídos de um Latossolo) tendem a se-rem mais aromáticos em comparaçãoaqueles sintetizados.

A feição do espectro de RMN l3Cpara AH-espodossolo - Figura 2a - foisimilar àquela obtida por outros auto-res (STEVENSON, 1994, p.321).Apresentando sinais de carbono per-tencente aos seguintes grupos: 0-39ppm(alifáticos: alcanos + ácidos graxos) dealta intensidade, 61-105ppm(carboidratos) de baixa, 106-165ppm(aromático) de alta, 170-190ppm(carboxilíco) de baixa e 21O-230ppm(cetônico) de baixíssima intensidade.Comparando este espectro com aque-le obtido para Al-l-latossolo, pode-se

(o)

o eo 100 150 200 250pp"",, TMS)

lb)

o 50 100 150 200 250

PPMITMS}

Fig. 1: Espectro de RMN 13C de AH-latossolo (a) e AH-aldrich (b)

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Ie}

• i I

O 50 100 150 200 250PPM I TMSI

Ibl

,50 100 Ido

PPM(TMS)

,200 250

Fig. 2: Espectro de RMN 13e de AH-espodossolo (a) e AH-fluka (b).

observar um comportamento espectraldiferenciado. Diferente da Figura 2a queapresenta duas bandas típicas, a Figu-ra Ia, por se tratar de um solo bastanteintemperizado (Latossolo), apresentaum número maior de bandas.

O espectro obtido para a amostracomercial, AH-fluka - Figura 2b, apre-sentou feição similar ao do AH-aldrich,embora o pico referente a C alifático

tenha sido de menor intensidade. Ossinais revelaram os seguintes grupos:0-39ppm (alifáticos: alcanos + ácidosgraxos) de alta intensidade e 106-165ppm (aromático) de baixíssima in-tensidade (SCHNITZER, 1990).

4 CONCLUSÃO

Medidas espectrométricas deRMN l3C, bem como razão E4/E6 eanálise elementar, foram realizadas paracaracterizar amostras de AH de dife-rentes origens. Foi possível obter infor-mações que constataram diferençasentre as matrizes, como grau dehumificação e condensação, além decaracterísticas estruturais.

AGRADECIMENTOS

O autor agradece a UFV, à CA-PES e à EMBRAPA; e aos professo-res Eduardo de Sá Mendonça eLadislau Martin Neto.

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