BRPI0804881A2 - dispositivo de permeação/reação e detecção para acoplamento em sistemas de análise por injeção em fluxo para determinação de analitos voláteis empregando reagente cromogênico - Google Patents

Abstract

A presente patente do dispositivo de permeação/reação e detecção para sistemas de análise por injeção em fluxo tem por objetivo viabilizar a determinação de analitos voláteis empregando-se solução de reagente cromogênico sem que haja a necessidade de deslocamento da zona do reagente até o detector. Com este dispositivo é possível o monitoramento do produto da reação entre o analito e o reagente na própria câmara de permeação/reação. O desenvolvimento da unidade integrada de permeação/reação e detecção de espécies voláteis em suas matrizes envolve também a montagem da instrumentação necessária para a detecção fotométrica. Visa-se a obtenção de um sistema de pequeno porte que utilize pequenas quantidades de reagentes para as determinações, garantindo a geração de baixo volume de resíduos. O protótipo possibilita a automação de procedimentos analíticos para melhor aproveitamento de reagentes cromogênicos durante a determinação de analitos voláteis. Isto porque é possível a realização de mais de uma determinação com a mesma alíquota de reagente bem como a pré-concentração do analito ao se empregar o dispositivo a ser patenteado. O módulo de análise foi desenvolvido baseado no processo de multicomutação em fluxo e usando-se solução de sulfito em meio ácido como espécie química modelo e solução de pararosanilina como reagente cromogênico.

Description

"DISPOSITIVO DE PERMEAÇÃO/REAÇÃO EDETECÇÃO PARA ACOPLAMENTO EM SISTEMAS DE ANÁLISE PORINJEÇÃO EM FLUXO PARA A DETERMINAÇÃO DE ANALITOS VOLÁTEISEMPREGANDO REAGENTE CROMOGÊNICO."

A presente patente do dispositivo depermeação/reação e detecção para sistemas de análise por injeção em fluxo tempor objetivo viabilizar a determinação de analitos voláteis empregando-se soluçãode reagente cromogênico sem que haja a necessidade de deslocamento da zonado reagente até o detector. Com este dispositivo é possível o monitoramento doproduto da reação entre o analito e o reagente na própria câmara depermeação/reação.

A redução dos resíduos de um procedimento deanálise, bem como substituição de reagentes tóxicos, são parâmetros que devemser considerados para a sustentabilidade da qualidade ambiental e têm sido objetoincentivador para muitos pesquisadores (Feres, MA e Reis, BF, Talanta, 68, 2005,422; Valcárcel, M, Automatión y miniaturización en Química Analítica, Springer,Barcelona, 2000; Eaton, A; Clesceri, LS e Greenberg, AE, Standard Methods forthe Examination of Water and Wastewater, American Public Health Association,Washington, 19th edn., 1995; Rocha, FRP; Nóbrega, JA e Fatibello-Filho, O,Green Chemistry, 3, 2001,216).

Na literatura estão disponibilizados muitosprocedimentos de análise que atendem aos requisitos listados acima, empregandoprincipalmente sistemas baseados nos conceitos da análise por injeção em fluxo -FIA (Teixeira, LSG; Rocha, FRP; Korn, M; Reis, BF; Ferreira, SLC e Costa, ACS,Talanta, 51, 2000, 5, 1027; Gervasio, APG; Luca, GC; Menegário, AA; Reis, BF eBergamin F, H, Anal. Chim. Acta, 405, 2000, 1-2, 213; Silva, MLS, Garcia, MBQ,Lima, JLFC e Barrado, E, Anal. Chim. Acta, 573-574, 2006, 383; Souza, IG;Bergamin F, H; Krug, FJ; Nóbrega, JA; Oliveira, PV; Reis, BF e Giné, MF, Anal.Chim. Acta, 245, 1991, 211; Giné, MF; Reis, BF; Zagatto, EAG; Krug, FJ eJacintho, AO, Anal. Chim. Acta, 155, 1983, 131; Giné, MF; Bergamin F, H;Zagatto, EAG e Reis, BF, Anal. Chim. Acta, 114, 1980, 191).

Tendo em vista a preocupação atual dasociedade com a sustentabilidade da qualidade ambiental, a disponibilidade deprocedimentos analíticos que permitam responder às demandas de resultadosaliada à geração de pequeno volume de efluentes é um requisito desejável. Aredução dos volumes das soluções de reagentes e de amostras utilizados para aobtenção dos resultados analíticos, permite alcançar este objetivo, e têm sidoobjeto incentivador para muitos grupos de pesquisa (Nobrega, JA; Mozeto, AA;Alberici, RM e Guimarães JL, J. Braz. Chem. Soe, 6, 1995, 4, 327; Pasquini, C eDe Faria, LC, Anal. Chim. Acta, 193, 1987, 19).

Existem situações em que espécies químicasvoláteis em matrizes líquidas devem ser monitoradas para a qualificação do meioem apreço, principalmente, quando se trata de produtos destinados ao consumohumano. Como exemplo, pode ser destacada a determinação de sulfito, aldeídos,cloro, monocloramina além de amônia (Melo, D; Zagatto, EAG; Mattos, IL eManiasso, N, J. Braz. Chem. Soe, 14, 2003, 3, 375; Bianchi, F, Careri, M, Musci,M e Mangia, A, Food Chemistry, 100, 2007, 1049; Zenki, M; Komatsubara, H eToei, K, Anal. Chim. Acta, 208, 1988, 317; Pinkernell, U; Nowack, B; Gallard, H evon Gunten, U, Water Research, 34, 2000, 18, 4343; Wang, L; Cardwell, TJ;Cattrall, RW; Luque de Castro, MD e Kolev, SD, Talanta, 60, 2003, 1269). Estasespécies podem ser encontradas em amostras de grande interesse social, taiscomo sucos, cosméticos, bebidas alcoólicas, água potável, etc. Na literaturapodem ser encontrados procedimentos para a determinação destes analitos, osquais empregam processos de separação por deslocamento do equilíbrio ácido-base para favorecer a volatilização. Neste sentido, a capacidade de difusão destasespécies é uma característica que explorada de forma apropriada pode aumentara seletividade durante o processo analítico. Sistemas empregando permeaçãoe/ou pervaporação com membranas permeáveis a gases têm sido implementadospara a separação e determinação de analitos voláteis e/ou volatilizaveis emdiversas matrizes líquidas. Dentre tais procedimentos, os baseados no processode análise química em fluxo (Wang, L; Cardwell, TJ; Cattrall, RW; Luque deCastro, MD e Kolev, SD, Talanta, 60, 2003, 1269; Nakata, R; Kawamura, T;Sakashita, H e Nitta, A, Anal. Chim. Acta, 208, 1988, 81) despertam especialinteresse, pois associam facilidade operacional e baixo custo de implementação.

Em se tratando de procedimentos baseados noconceito de análise por injeção em fluxo, o analito, ao permear através damembrana, deve ser receptado no percurso analítico por uma solução apropriadae oportunamente quantificado empregando a técnica de detecção conveniente.Nesta linha, o sensoriamento da espécie de interesse com alto grau deconfiabilidade pode ser alcançado mesmo com a utilização de reagentes poucoseletivos, visto que possíveis interferentes não volatilizaveis devem permanecerna matriz. Contudo, estes procedimentos ainda demandam volumes significativosdas soluções de reagente e amostra, com conseqüente geração de elevadovolume de efluentes, o qual demandará cuidado e tempo para processá-lo.

Procedimentos baseados em espectrofotometriana região ultravioleta-visível empregam, normalmente, reagentes cromogênicosem excesso. Assim, grande parte do reagente é perdida uma vez que não houveanalito suficiente para se completar a reação; e apenas pequena parcela dacapacidade reacional do reagente é aproveitada. Nestas condições, emprocedimentos analíticos baseados em permeação (ou pervaporação) quando asolução receptora contém um reagente cromogênico torna-se difícil oreaproveitamento deste reagente. Isto se deve à independência entre as unidadesde permeação/reação e de detecção (elas são separadas).

A idéia de uma unidade integrada depermeação/reação e detecção é uma estratégia desta patente para o melhoraproveitamento do reagente, desde que é possível o seu confinamento dentrodesta unidade integrada até que toda ou quase toda a capacidade reacional sejaexplorada. Assim, pode ser realizada uma série de determinações do analito coma mesma alíquota do reagente levando-se em consideração a propriedade aditivada Lei de Beer e sem que haja prejuízo do desempenho analítico. Procedimentosempregando esta estratégia ainda são inéditos e estariam em concordância comas tendências atuais em Química Analítica limpa, também denominada de GreenChemistry (Rocha, FRP; Nóbrega, JA e Fatibello-Filho, O, Green Chemistry, 3,2001, 216).

Neste relatório de patente descreve-se odesenvolvimento de dispositivo de permeação/reação e detecção paraacoplamento em sistemas de análise por injeção em fluxo para a determinação deanalitos voláteis empregando reagente cromogênico. O módulo de análise foidesenvolvido baseado no processo de multicomutação em fluxo (Reis, BF; Giné,MF; Zagatto, EAG; Lima, JLFC e Lapa, RA, Anal. Chim. Acta, 293, 1994, 1-2, 129;Rocha, FRP; Martelli, PB e Reis, BF, Anal. Chim. Acta, 438, 2001, 1-2, 11; Rocha,FRP e Reis, BF, Anal. Chim. Acta, 409, 2000, 1-2, 227), o qual apresentafacilidades para manipulação de pequenos volumes de solução com boa precisão(Rocha, FRP; Reis, BF; Zagatto, EAG; Lima, JLFC; Lapa, RAS e Santos, JLM,Anal. Chim. Acta 468, 2002, 1, 119) e usando-se solução de sulfito em meio ácidocomo espécie química modelo e solução de pararosanilina como reagentecromogênico (Segundo, MA e Rangel, AOSS, Anal. Chim. Acta, 427, 2001, 286).

Os desenhos esquemáticos da unidade depermeação/reação e detecção - UPD (a) juntamente com sua visão explodida (b)são mostrados nas Fig. 1. O dispositivo é composto de fonte de radiação (1);detector (2); tubos Tygon® de entrada (3) e de saída (4) ambos com 30 mm decomprimento e d.i. = 1,2 mm, para acoplamento em sistemas em fluxo; tubos deentrada (5) e de saída (6) ambos com 30 mm de comprimento e d.i. = 1,2 mm,para acoplamento em sistemas em fluxo d.i. = 1,2 mm; suporte para a fonte deradiação (7); suporte para o detector (8); guias de onda de entrada (9) e de saída(10) ambos com d.e. = 2,0 mm e membrana de PTFE (11), para permitir apermeação do analito da amostra para o reagente.

A UPD foi construída a partir de duas placas deacrílico de 10 mm de espessura, 30 mm de largura e 100 mm de comprimento.Para confinar 480 uL do reagente cromogênico, em uma das placas (12) foiusinado um sulco com 2 mm de espessura, 80 mm de comprimento e 3 mm deprofundidade. Os dois guias de onda de vidro foram colocados na placa paratransmissão da radiação eletromagnética da fonte de radiação através da soluçãode reagente cromogênico até o detector. O sulco da outra placa (13) teve apenas0,5 mm de profundidade para passagem da amostra. As duas placas foram unidascom a membrana PTFE entre elas para compor a UPD.

Foi empregado o método da pararosanilina paradeterminação de sulfito afim de demonstrar o desempenho da UPD. Solução doreagente cromogênico pararosanilina (PRA) 0,1 g L-1, a pH 1,4, contendo 1 %(v/v) de formaldeído, foi usada como fluido receptor de S02. Em contato com ogás é produzido nesta solução um composto com máximo de absorção em 580 nm.

Empregando-se duas válvulas solenóides foiproduzido em linha SO2 fazendo-se a mistura de solução de HCI 1 mol L"1 comsoluções de S03" com concentrações variando de 25 a 100 mg L"1 com o intuito degerar uma curva de calibração. Em condições otimizadas, a amostra foi injetadaabrindo-se por 0,5 s, alternadamente, as válvulas da solução de S03" e de HCIdurante 30 ciclos numa vazão de 1,5 ml_ min"1. Quando a zona da amoastra foiendereçada para a UPD o produto da reação entre S02, formaldeído e PRA foimonitorado, in situ, durante a permeação por um intervalo de tempo de 80 s(tempo de leitura). Outra válvula solenóide foi empregada para confinar uma novaalíquota de reagente na UPD.

Empregando-se os dados obtidos com o uso daUPD foi gerada uma curva de calibração com a seguinte equação: AE = 70,68 +2,52.CSUitito com r2 = 0,999, sendo AE = diferença de potencial em mV registradapelo sistema de detecção e CSUifito = concentração de sulfito em mg L"1.

Assim, o dispositivo proposto é viável comoferramenta analítica para sistemas de análise em fluxo multicomutados dedicadosà determinação de espécies químicas voláteis. Uma vez que é possível oconfinamento do reagente líquido, pode-se usar o dispositivo em sistemas para apré-concentração de espécies voláteis sem prejuízo das características analíticasdo sistema.

Claims (6)

1. "DISPOSITIVO DE PERMEAÇÃO/REAÇÃO E DETECÇÃO PARAACOPLAMENTO EM SISTEMAS DE ANÁLISE POR INJEÇÃO EMFLUXO PARA A DETERMINAÇÃO DE ANALITOS VOLÁTEISEMPREGANDO REAGENTE CROMOGÊNICO."O dispositivo proposto é composto de fonte de radiação (1); detector (2);tubos Tygon® de entrada (3) e de saída (4) ambos com d.i. = 1,0 mm, paraconfinamento do reagente cromogênico na UPD; tubos de entrada (5) e desaída (6) ambos com d.i. = 1,0 mm, para passagem da amostra contendo oanalito gasoso; suporte para a fonte de radiação (7); suporte para odetector (8); guias de onda de entrada (9) e de saída (10) ambos com d.e.= 2,0 mm; membrana de PTFE (11), para permitir a permeação do analitoda amostra para o reagente; dois canais usinados em placas de acrílicoseparados pela membrana de PTFE, um dos canais para confinamento de 480 uL solução de reagente cromogênico (12) e posicionamento dos doisguias de onda de vidro para transmissão da radiação eletromagnética dafonte de radiação através da solução até o detector e o outro canal parapassagem da amostra contendo analito gasoso (13).

2. "DISPOSITIVO DE PERMEAÇÃO/REAÇÃO E DETECÇÃO PARAACOPLAMENTO EM SISTEMAS DE ANÁLISE POR INJEÇÃO EMFLUXO PARA A DETERMINAÇÃO DE ANALITOS VOLÁTEISEMPREGANDO REAGENTE CROMOGÊNICO."Caracterizado pelo confinamento de reagente cromogênico em canal com 480 uL de capacidade, por onde passa um feixe ótico emitido por fonte deradiação e monitorado por detector fotométrico; pela passagem da amostrapor canal responsável pelo fornecimento de analito gasoso para permeaçãoatravés de membrana de PTFE e reação com reagente cromogênico.

3. "DISPOSITIVO DE PERMEAÇÃO/REAÇÃO E DETECÇÃO PARAACOPLAMENTO EM SISTEMAS DE ANÁLISE POR INJEÇÃO EMFLUXO PARA A DETERMINAÇÃO DE ANALITOS VOLÁTEISEMPREGANDO REAGENTE CROMOGÊNICO"Caracterizado pelo monitoramento do produto imediatamente após apermeação com conseqüente possibilidade de implementação deprocedimentos de pré-concentração para espécies gasosa aumentando-seaumento o tempo de amostragem.

4. "DISPOSITIVO DE PERMEAÇÃO/REAÇÃO E DETECÇÃO PARAACOPLAMENTO EM SISTEMAS DE ANÁLISE POR INJEÇÃO EMFLUXO PARA A DETERMINAÇÃO DE ANALITOS VOLÁTEISEMPREGANDO REAGENTE CROMOGÊNICO."Caracterizado pela possibilidade de adquirir sinais analíticos de diferentesamostras com a mesma alíquota de reagente cromogênico, explorando apropriedade aditiva da Lei de Beer.

5. "DISPOSITIVO DE PERMEAÇÃO/REAÇÃO E DETECÇÃO PARAACOPLAMENTO EM SISTEMAS DE ANÁLISE POR INJEÇÃO EMFLUXO PARA A DETERMINAÇÃO DE ANALITOS VOLÁTEISEMPREGANDO REAGENTE CROMOGÊNICO"Caracterizado pelo falta de necessidade de tratamento prévio das amostrasa serem analizadas.

6. "DISPOSITIVO DE PERMEAÇÃO/REAÇÃO E DETECÇÃO PARAACOPLAMENTO EM SISTEMAS DE ANÁLISE POR INJEÇÃO EMFLUXO PARA A DETERMINAÇÃO DE ANALITOS VOLÁTEISEMPREGANDO REAGENTE CROMOGÊNICO"Caracterizado por ser um sistema de fácil manuseio, baixa dispersão altasensibilidade, alta precisão e exatidão, baixo custo, tempo necessário paraamostragem e determinação e que produz pouco material para descarte.