Micro-extração em fase sólida de Cu(II) e Cd(II) em meio aquoso utilizando sílica organicamente modificada para quantificação por espectrometria de absorção atômica

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Detection of non-steroidal anti-inflammatory drugs in aqueous effluents using ionic liquids

Significant improvements in human health have been achieved through the increased consumption of pharmaceutical drugs. However, most of these active pharmaceutical ingredients (APIs) are excreted by mammals (in a metabolized or unchanged form) into the environment. The presence of residual amounts of these contaminants was already confirmed in aqueous streams since treatment processes either wastewater treatment plants (WWTPs) or sewage treatment plants (STPs) are not specifically designed for this type of pollutants. Although they are present in aqueous effluents, they are usually at very low concentrations, most of the times below the detection limits of analytical equipment used for their quantification, hindering their accurate monitoring. Therefore, the development of a pre-concentration technique in order to accurately quantify and monitor these components in aqueous streams is of major relevance. This work addresses the use of liquid-liquid equilibria, applying ionic liquids (ILs), for the extraction and concentration of non-steroidal anti-inflammatory drugs (NSAIDs) from aqueous effluents. Particularly, aqueous biphasic systems (ABSs) composed of ILs and potassium citrate were investigated in the extraction and concentration of naproxen, diclofenac and ketoprofen from aqueous media. Both the extraction efficiency and concentration factor achievable by these systems was determined and evaluated. Within the best conditions, extraction efficiencies of 99.4% and concentration factors up to 13 times were obtained.

Preparação de sílica organofuncionalizada à base de zircônia e estudos de adsorção de hidrocarbonetos policíclicos aromáticos e pesticidas organoclorados

O trabalho realizado conjuga informações de preparação e caracterização de materiais à base de sílica, com avaliação de possível aplicação potencial na área de química analítica ambiental. As sílicas organofuncionalizadas foram preparadas segundo 2 métodos: grafting e sol-gel. Os 4 sólidos obtidos por grafting diferem essencialmente na natureza da esfera de coordenação em torno do centro metálico (átomo de zircônio), enquanto que os 2 sólidos obtidos pelo processo sol-gel são sólidos híbridos, contendo ligantes indenil, grupos silanóis e etóxidos na superfície, diferindo entre si pela presença de centro metálico. Os teores de metal, determinados por RBS, nas sílicas organofuncionalizadas ficaram em torno de 0,3 % para os sólidos preparados por grafting e 4,5 %,no caso, do sólido preparado por sol-gel. A análise por DRIFTS confirmou a presença dos ligantes orgânicos e, ainda, grupos silanóis residuais nos adsorventes preparados por grafting. A capacidade de adsorção das sílicas organofuncionalizadas foi avaliada frente a duas famílias de compostos: HPAs e pesticidas organoclorados. A identificação e quantificação dos HPAs foi conduzida através de cromatografia gasosa com detector seletivo de massas. Os resultados da capacidade de adsorção para os 16 HPAs prioritários não foram quantitativamente considerados satisfatórios, em parte devido à dificuldade de solubilidade em água. A determinação quantitativa da eficiência dos adsorventes sólidos, na pré-concentração/extração dos pesticidas organoclorados, foi realizada através da cromatografia gasosa com detector de captura de elétrons. Os resultados de recuperação, para os compostos organoclorados: heptacloro epóxido, dieldrin e endrin foram considerados satisfatórios e em concordância com valores encontrados com o adsorvente comercial LC-18. O lindano apresentou boa recuperação especificadamente nos adsorventes preparados por sol-gel. De uma forma geral, os resultados indicam a possibilidade de utilização futura dos adsorventes sólidos preparados em protocolos de pré-concentração/extração de organoclorados a nível de traços.

Adsorção de íons Cu(II) sobre superfícies de sílicas gel modificadas com 4-amino-2-mercaptopirimidina e com 2-mercaptopirimidina

Pós-graduação em Ciência dos Materiais - FEIS

Análise de especiação redox de arsênio in situ usando a técnica de difusão de filmes finos por gradiente de concentração

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Validação e aplicação de método para análise de pesticidas em água para consumo humano de dourados (ms) por CLAE/UV e CG/DTE

Indiscriminate and inappropriate use of pesticides in agriculture has been pointed out for increasing health problems and environmental damage. Considering that water resources are the principal destiny of those compounds after application, the present study presents optimization and validation of two simple and effi cient analytical methods for pesticides quantifi cation in both surface and groundwater. Were selected the pesticides more commonly used at Dourados (MS - Brazil), region with intense agricultural activity. Pesticides were preconcentrated by solid-phase extraction using C18 (500 mg) cartridges and then divided in two groups for elution and quantifi cation: 2.4-D and 2.4-DCP were eluted with methanol and quantifi ed by high performance liquid chromatography with ultra-violet detector (HPLC-UV) while atrazine, DIA, DEA, trifl uralin and methyl parathion were eluted with ethylacetate (1:1, v/v) and quantifi ed by gas chromatography with thermionic specifi c detector (GC-TSD). The methods showed satisfactory accuracy (76-107%) and precision (<12%) for the substances analyzed at the fortifi ed levels selected for the study, except for DIA (<51%). Study of pesticide stability also presented good results: C18 cartridges could be stored for at least for 21 days at -20ºC with no signs of the compounds degradability. Both methods limits of quantifi cation of the pesticides (0.22 - 0.48 μg L-1) are in accordance to the levels currently established by the Brazilian national legislation for pesticides in water. Although only the pesticide 2.4-D has been detected in two distinct collection points in the study period of time, this work warns for the requirement of systematical analysis of pesticides presence in water destined to human consume, principally in areas of intense agriculture activity. Such monitoring can provide subsidies for public environmental policies.

Determinação voltamétrica de zinco empregando eletrodos quimicamente modificados com bismuto

This dissertation presents the development of voltammetric methods to zinc determination in multivitamin commercial samples, talc, and art materials for painting (soft pastel) combining an alkaline extraction with 1.0 mol L-1 NaOH aqueous solution and bismuth modified electrodes. Two electrodes were used to zinc quantification in the samples, bismuth film electrode (BiFE) plated in situ onto glassy carbon and carbon paste electrode chemically modified with strongly acidic ion exchange resin Amberlite® IR 120 and bismuth nanostructures (EPCAmbBi). It was verified that the best concentration of Bi3+ for Bi film deposition onto glassy carbon was 4.0 μmol L-1 using an 0.1 mol L-1 acetate buffer aqueous solution (pH = 4.5) as supporting electrolyte. The best condition to formation of Bi nanostructures in the EPC modified with 10 % Amberlite® IR 120 was the use of 30 s to pre-concentration (open circuit) in 0.5 mmol L-1 Bi3+ aqueous solution (pH 5.5) prepared with supporting electrolyte solution. The obtained analytical curve for Zn2+ using BiFE presented linear range from 0.5 to 5.0 μmol L-1, the limit of detection (LD) was 41 nmol L-1. For EPCAmbBi only one linear range was observed for the analytical curve varying the Zn2+ concentration from 0.05 to 8.2 μmol L-1, LD obtained in this curve it was equal to 10 nmol L-1. The EPCAmbBi presented the most intense and sharp anodic stripping peaks for Zn2+ presenting, therefore, a better voltammetric profile, with sensitivity higher than obtained with the BiFE. Moreover, the EPCAmbBi presented a LD lower than that obtained with the BiFE. Alkaline extraction was an efficient sample pretreatment to extract Zn2+ from solid samples, besides that, this procedure was less susceptible to interferences from Cu2+, since it remains at extracting vessel as insoluble Cu(OH)2. The combination of alkaline extraction with the EPCAmbBi is a simple, fast, efficient and low cost for the zinc determination in pharmaceutical formulations and art materials for painting (soft pastel) samples, which can be employed as a low-cost alternative method to the atomic absorption spectroscopy.

Otimização e validação de métodos empregando DLLME, SPE, HPLC-DAD e LC-ESI-MS/MS para determinação de agrotóxicos em água subterrânea

A preocupação com a poluição das águas por agrotóxicos tem aumentado, visto que aumentou o número de detecções de agrotóxicos em águas. A falta de avaliação da qualidade da água consumida pela população de áreas rurais onde não existe o abastecimento público de água potável, deve ser considerada, pois essas águas se encontram próximo a áreas de cultivo, onde há intensa aplicação de agrotóxicos. Nessas regiões, o abastecimento de água para as residências e para a irrigação é feito geralmente através das águas de poços. Neste trabalho, um método para determinação dos agrotóxicos carbofurano, clomazona, 2,4-D e tebuconazol em água subterrânea foi desenvolvido e validado. O método utilizou a Extração em Fase Sólida (SPE) e determinação por Cromatografia Líquida de Alta eficiência com Detecção por Arranjo de Diodos (HPLC-DAD) e confirmação por Cromatografia Líquida tandem Espectrometria de Massas (LC-MS/MS). Para a SPE utilizou-se cartuchos C18 de 200 mg, e eluição com 1 mL de metanol. Após a otimização dos parâmetros de extração e separação dos compostos, o método foi validado avaliando-se curva analítica, linearidade, limites de detecção e quantificação, precisão (repetitividade e precisão intermediária) e exatidão (recuperação). Todas as curvas analíticas apresentaram valores de r maiores que 0,99. Os LOQs para o método, considerando a etapa de pré-concentração de 250 vezes, foram de 0,2 µg L -1 para todos os agrotóxicos por HPLC-DAD e, por LC-MS/MS, 4,0 ng L -1 para clomazona, carbofurano e tebuconazol e de 40,0 ng L -1 para 2,4-D. As recuperações foram entre 60,3 e 107,7% para a repetitividade e entre 67,5 e 115,3% para a precisão intermediária, com RSD de 0,8 a 20,7% para todos os compostos por HPLC-DAD. Para o LC-MS/MS a precisão em termos de repetitividade, variou entre 0,97 e 20,7%, e as recuperações entre 67,0 e 108,9%. O método foi aplicado na determinação de agrotóxicos em amostras de águas subterrâneas durante um ano. Nas amostras foram detectados agrotóxicos em níveis de µg L -1 . Dentro do contexto atual da Química Analítica, de desenvolver métodos mais rápidos, que utilizem menor quantidade de solvente, de amostra e com altos fatores de enriquecimento, foi otimizado um método de extração para os agrotóxicos carbofurano, clomazona e tebuconazol utilizando a Microextração Líquido-Líquido Dispersiva (DLLME) e determinação por LC-MS/MS. Foram otimizados alguns parâmetros que influenciam no processo de extração, como: tipo e volume dos solventes dispersores e extratores, tempo de extração, força iônica e velocidade de centrifugação. Nas condições otimizadas, as recuperações para os níveis de concentração entre 0,02 e 2,0 g L -1 variaram entre 62,7 e 120,0%, com valores de RSD entre 1,9 e 9,1%. O LOQ do método foi de 0,02 µg L -1 para todos os compostos. Quando comparado com a SPE se demonstrou rápido, simples, de baixo custo, além de necessitar de menores volumes de amostra para determinação de agrotóxicos em águas. O método mostrou-se adequado à análise dos agrotóxicos em água subterrânea e todos os parâmetros de validação obtidos estão dentro dos limites sugeridos para validação de métodos cromatográficos

Concentration of human pollution tracers with ionic liquids

The main objective of the present thesis consists on the development of an analytical preconcentration technology for the concomitant extraction and concentration of human pollution tracers from wastewater streams. Due to the outstanding tunable properties of ionic liquids (ILs), aqueous biphasic systems (ABS) composed of ILs can provide higher and more selective extraction efficiencies for a wide range of compounds, being thus a promising alternative to the volatile and hazardous organic solvents (VOCs) typically used. For that purpose, IL-based ABS were employed and adequately characterized as an one-step extraction and concentration technique. The applicability of IL-based ABS was verified by their potential to completely extract and concentrate two representative pharmaceutical pollution tracers, namely caffeine (CAF) and carbamazepine (CBZ), from wastewaters. The low concentration of these persistent pollutants (usually found in μg·dm-3 and ng·dm-3 levels, respectively) by conventional analytical equipment does not permit a proper detection and quantification without a previous concentration step. Preconcentration methods commonly applied are costly, timeconsuming, with irregular recoveries and make use of VOCs. In this work, the ABS composed of the IL tetrabutylammonium chloride ([N4444]Cl) and the salt potassium citrate (K3[C6H5O7]) was investigated while demonstrating to be able to completely extract and concentrate CAF and CBZ, in a single-step, overcoming thus the detection limit of the applied analytical equipment. Finally, the hydrotropic effect responsible for the ability of IL-based ABS to extract and concentrate a wide variety of compounds was also investigated. It was shown that the IL rules the hydrotropic mechanism in the solubility of CAF in aqueous solutions, with an increase in solubility up to 4-fold. Moreover, the proper selection of the IL enables the design of the system that leads to a more enhanced solubility of a given solute in the IL-rich phase, while allowing a better extraction and concentration. IL-based ABS are a promising and more versatile technique, and are straightforwardly envisaged as selective extraction and concentration routes of target micropollutants from wastewater matrices.

Determinação de cádmio e chumbo em peixes da espécie geophagus brasiliensis, no rio Paraíba do Sul, entre os municípios de Barra Mansa e Pinheiral

Sabendo que os peixes são bioacumuladores de contaminantes do ambiente aquático e com isso representam riscos para seus consumidores, podendo ampliar tal poluentes para a cadeia trófica, este estudo tem por objetivo determinar os níveis de cádmio e chumbo presentes na espécie de peixe Acará (Geophagus brasiliensis), tradicional do consumo da população ribeirinha, devido a grande quantidade de indivíduos na região industrial do Sul Fluminense, no rio Paraíba do Sul, do estado do Rio Janeiro, além de comparar as faixas de concentração destes elementos-traço com dados estabelecidos pela ANVISA, utilizando estes peixes como bioindicadores das regiões estudadas. Os peixes foram capturados ao longo do rio Paraíba do Sul, nos municípios de Pinheiral, Barra Mansa e Volta Redonda. A identificação e quantificação dos metaisforam realizados, por um sistema de pré-concentração, baseado na adsorção de metais por uma resina quelante (chelex100) acoplada em linhacom um espectrômetro de absorção atômica com chama (FAAS). O método de pré-concentração permitiu a detecção de cádmio em níveis maiores que ao limite de detecção do FAAS e quando comparados com os valores estabelecidos pela ANVISA, indicou que o peixe estaria impróprio para o consumo humano. Nas análises de pré-concentração para chumbo, não houve sinal expressivo a ser comparado, apresentando somente sinais de ruído do equipamento. O cádmio e o chumbo foram escolhidos para análise uma vez que são regulamentados como contaminantes inorgânicos pela ANVISA e não foi encontrado na literatura nenhum dado sobre esses metais em Geophagus brasiliensis

Occurrence and fate of estrogens and antibiotics in the environment evaluated by low-cost analytical methodologies

Endocrine disruptors and pharmaceuticals are considered to be concerning environmental contaminants. During the last two decades, studies dealing with the occurrence and fate of these emerging contaminants in the aquatic environment have raised attention and its number is constantly increasing. The presence of these contaminants in the environment is particularly important since they are known to induce adverse effects in the ecosystems even at extremely low concentrations. Estrogens and antibiotics, in particular, are identified as capable of induce endocrine disruption and contribute for the appearance of multi-resistant bacteria, respectively. A better assessment and understanding of the real impact of these contaminants in the aquatic environment implies the evaluation of their occurrence and fate, which is the main aim of this Thesis. Two estrogens (17-estradiol and 17-ethinylestradiol) and an antibiotic (sulfamethoxazole) were the contaminants under study and their occurrence in surface and waste waters was assessed by the implementation of enzyme linked immunosorbent assays (ELISAs). The assays were optimized in order to accomplish two important aspects: to analyze complex water samples, giving special attention to matrix effects, and to increase the sensitivity. Since the levels of these contaminants in the environment are extremely low, a pre-concentration methodology was also object of study in this Thesis. Dispersive liquid-liquid microextraction (DLLME) was developed for the preconcentration of E2 and EE2, subsequently quantified by either highperformance liquid chromatography (HPLC) and the previously optimized ELISAs. Moreover, the use of anthropogenic markers, i.e. indicators of human presence or activity, has been discussed as a tool to track the origin and type of contamination. An ELISA for the quantification of caffeine, as an anthropogenic marker, was also developed in order to assess the occurrence of human domestic pollution in Portuguese surface waters. Finally, photodegradation is considered to be one of the most important pathways contributing for the mitigation of pollutants’ presence in the aquatic environment. Both direct and indirect photodegradation of E2 and EE2 were evaluated. Since the presence of humic substances (HS) is known to have a noticeable influence on the photodegradation of pollutants and in order to mimic the real aquatic environment, special attention was given to the influence of the presence and concentration of different fractions of HS on the photodegradation of both hormones.

Síntese, caracterização e estudo das propriedades adsorventes do xerogel p-anisidinapropilsilica

Neste trabalho foram estudadas a síntese, a caracterização, a estabilidade térmica e as propriedades adsorventes de um novo xerogel híbrido, p-anisidinapropilsílica. O material foi sintetizado a partir do método sol-gel utilizando como precursor orgânico a p-anisidinapropiltrimetoxisilano (AnPTMS), também sintetizado em nosso laboratório. O precursor orgânico foi gelatinizado simultaneamente com tetraetilortosilicato (TEOS). Foram sintetizadas cinco amostras de xerogéis contendo diferentes graus de incorporação orgânica. A incorporação orgânica foi monitorada a partir da variação da concentração de precursor orgânico adicionado, nos valores: 0,05; 0,15; 0,23; 0,35; e 0,46 mol.l-1, sendo que os xerogéis resultantes foram designados como A, B, C, D e E, respectivamente. Os xerogéis foram tratados termicamente sob vácuo e analisados por espectroscopia no infravermelho (Termoanálise na região do Infravermelho). Os espectros mostraram que a área sob a banda em 1500 cm-1, devida ao anel aromático da p-anisidina, diminui com o aumento da temperatura do tratamento térmico e esta diminuição é mais pronunciada nos materiais cuja incorporação orgânica foi menor. Entretanto, os xerogéis com maior incorporação orgânica (amostras D e E) apresentaram boa estabilidade térmica da fase orgânica até a temperatura de 300 oC Foram obtidas isotermas de adsorção e dessorção de nitrogênio para as amostras A, B, C e D, sendo que a partir delas foram obtidas a área superficial, volume e distribuição do tamanho de poros dos xerogéis. Todas as amostras mostraram porosidade na região de mesoporos (2-50 nm), entretanto, foi observado que o aumento da incorporação orgânica resultou em diminuição da área superficial bem como do tamanho dos mesoporos dos xerogéis. Entretanto, todas as amostras mostraram boa estabilidade térmica morfológica, visto que não foram observadas variações significativas na distribuição de poros com aquecimento até a temperatura de 350 oC. Os xerogéis foram lavados com hexano e diclorometano para a remoção de parafina e pequenas frações de oligômero altamente organofuncionalizado residuais. A amostra D foi utilizada como fase estacionária em coluna de pré-concentração de uma amostra padrão de ésteres ftálicos, mostrando um promissor desempenho.

Ocorrência e detecção de Cryptosporidium sp e Giardia sp em águas brutas de abastecimento de formadores do Lago Guaíba

A giardíase e a criptosporidiose estão entre as enfermidades de veiculação hídrica originadas por protozoários que têm ganhado maior notoriedade nas últimas décadas. Os microrganismos causadores dessas doenças têm-se tornado um desafio para as empresas de abastecimento de água. Este trabalho teve como objetivo verificar a ocorrência dos protozoários Cryptosporidium sp e Giardia sp nas águas brutas de quatro afluentes do Lago Guaíba: Rios Taquari, Caí, dos Sinos e Gravataí. Juntos, abastecem uma população de dezenas de municípios da Região Metropolitana de Porto Alegre. Foram feitas amostragens mensais, durante doze meses, em cada afluente. Foi empregado o método de filtração em membrana para pré-concentração, centrifugação para concentração, separação imunomagnética para purificação e comparados três métodos de detecção para ambos os microrganismos: DAPI (4’,6-diamidino-2-fenilindol), Safranina e Kinyoun para Cryptosporidium e DAPI, Iodo Lugol e Iodo Tricrômico para Giardia. A avaliação microscópica e contagem de (oo)cistos foram feitas utilizando-se microscopia de imunofluorescência e contraste de fase para o DAPI e microscopia óptica para as demais colorações. Obtiveram-se os seguintes resultados: para os Rios Taquari, Caí, dos Sinos e Gravataí, respectivamente: 75, 42, 33 e 25% das amostras foram positivas para Cryptosporidium e 92, 83, 67 e 50% para Giardia. As concentrações médias de Giardia foram superiores às de Cryptosporidium em todos os quatro afluentes. Os valores médios observados foram: 80 oocistos e 176 cistos/100L no Taquari; 47 oocistos e 66 cistos/100L no Caí; 19 oocistos e 53 cistos/100L no Sinos; 16 oocistos e 92 cistos/100L no Gravataí. Estes podem estar subestimados devido à baixa recuperação dos métodos analíticos existentes e empregados. As densidades encontradas indicam que os protozoários estão disseminados nas águas superficiais dos formadores do Lago Guaíba.

Determination of Copper, Iron, Nickel and Zinc in fuel kerosene by FAAS after adsorption and pre-concentration on 2-aminothiazole-modified silica gel

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Determinação de chumbo em álcool combustível por voltametria de redissolução anódica utilizando um eletrodo de pasta de carbono modificado com resina de troca iônica Amberlite IR 120

Um método envolvendo a pré-concentração e redissolução anódica em condições de voltametria de pulso diferencial empregando um eletrodo de pasta de carbono modificado (EPCM) com uma resina de troca iônica Amberlite IR120 foi proposto para a determinação de íons chumbo em álcool combustível. O procedimento é baseado em um pico de oxidação do analito observado em -0,53 V(vs. Ag/AgCl) em solução de HCl. As melhores condições experimentais encontradas foram: 5% (m/m) da Amberlite IR120 para a construção do eletrodo, solução de HCl 0,1 mol L-1, velocidade de varredura de 10 mVs-1, tempo de pré-concentração de 15 min e amplitude de pulso de 100 mV. Utilizando essas condições, o EPCM apresentou uma resposta linear entre a corrente de pico anódica e a concentração de íons chumbo para o intervalo entre 9,9 x 10-9 e 1,2 x 10-6 mol L-1 e um limite de detecção de 7,2 x 10-9 mol L-1. Valores de recuperação entre 96 % e 102 % foram encontrados para amostras de álcool combustível enriquecidas com Pb2+ em níveis de 10-7 mol L-1. O efeito da presença de outros íons concomitantes sobre a resposta voltamétrica do eletrodo também foi avaliado.