ÁREA: Química Analítica

TÍTULO: ESTUDO E OTIMIZAÇÃO DE TÉCNICAS DE PREPARO DE AMOSTRAS NA DETERMINAÇÃO DE CLORPIRIFÓS EM ÁGUA USANDO GC-ECD, GC-MS E PLANEJAMENTOS EXPERIMENTAIS MULTIVARIADOS

AUTORES: Silveira, T.M. (UFOP) ; Alves, R.D. (UFV) ; Queiroz, M.E.L.R. (UFV) ; Neves, A.A. (UFV) ; da Silva, G.A. (UFOP)

RESUMO: Nesse estudo foram avaliadas as técnicas de extração líquido-líquido com partição a baixa temperatura (LLE-LTP) e microextração em fase sólida com headspace (HS- SPME) seguidas das análises por cromatografia gasosa com detecção por captura de elétrons (GC-ECD) e cromatografia gasosa com espectrometria de massas (GC-MS) para determinação de clorpirifós em água por meio de planejamentos experimentais multivariados. Para a LLE-LTP foram investigados os volumes de fase aquosa e fase orgânica, tempo de agitação e concentração de eletrólito e para a HS-SPME o tempo (t) e temperatura de extração (T), concentração de eletrólito (C) e volume de água (V). A HS-SPME apresentou o melhor desempenho juntamente com a GC-ECD, com t = 60 min, T = 85 ºC,V = 11 mL e C = 0,04 mol/L.

PALAVRAS CHAVES: clorpirifós; métodos de extração; planejamento experimental

INTRODUÇÃO: Desde 1965 o clorpirifós é um dos cinco principais inseticidas comercializados, estando registrado em mais de 900 formulações diferentes. Dependendo da formulação e tipo de aplicação, resíduos de clorpirifós podem ser detectáveis de meses a anos. Já foi comprovado por diversos estudos que a presença de agrotóxicos nos sistemas hídricos é mais comum do que se imaginava, principalmente nos sistemas hídricos próximos de regiões agrícolas intensivas na utilização dos mesmos (MORI et al., 2006). Nas últimas décadas, com a evolução das técnicas analíticas foi possível a detecção de contaminação por agrotóxicos nos sistemas hídricos a níveis bastante reduzidos. Entretanto, para a determinação de clorpirifós em amostras aquosas geralmente utiliza-se etapas de extração/pré-concentração antes de se efetuar a quantificação (SAMADI et al., 2012; TANKIEWICZ et al., 2010). Assim, neste trabalho, foram avaliadas as técnicas de extração líquido-líquido com partição a baixa temperatura (LLE-LTP) e micro-extração em fase sólida com headspace (HS-SPME) e as técnicas de cromatografia gasosa com detecção por captura de elétrons (GC-ECD) e cromatografia gasosa acoplada à espectrometria de massas (GC-MS) para definição do método analítico mais sensível, utilizando planejamentos experimentais multivariados para a otimização dos métodos de preparo de amostra. Para o processo de triagem foi usado o planejamento fatorial completo 2[4]com quadruplicata no ponto central e para a etapa de construção de superfície de resposta o planejamento Doehlert também com quatro variáveis e quadruplicata no ponto central (DA SILVA et al., 2007; TEÓFILO et al., 2006).

MATERIAL E MÉTODOS: Para a técnica LLE-LTP foram estudadas na etapa de triagem quatro variáveis:tempo de agitação (t), volume de fase aquosa(Vaq) e orgânica (Vorg)e concentração de eletrólito (força iônica do meio) (C). Todas as variáveis apresentaram efeitos significativos de acordo com o teste t de Student,sendo assim novamente avaliadas por meio da matriz Doehlert: t = 3 a 17 min (7 níveis), Vaq = 4 a 6,5 mL (7 níveis), Vorg = 3,5 a 6 mL (5 níveis) e C= 0 a 0,02 mol/L (3 níveis).Para a HS-SPME, foi verificada a influência das variáveis tempo (t) e temperatura de extração (T), volume de amostra (V) e C. Aqui também, todos os fatores foram selecionados para estudo pela matriz Doehlert: t = 15 a 75 min (7 níveis), T = 65 a 95 ºC (7 níveis), V = 7 a 11 mL (5 níveis) eC= 0,02 a 0,04 mol/L (3 níveis).As análises cromatográficas para ambos os métodos de extração foram realizadas em um cromatógrafo a gás Shimadzu – 17 A, modelo 2014, com detector por captura de elétrons. Para a técnica de LLE-LTP foi utilizado também um cromatógrafo a gás Shimadzu, acoplado a um espectrômetro de massas, modelo GC-MS QP 2010 Plus.Por inspeção das áreas cromatográficas, verificou-se a maior detectabilidade do GC-ECD, tendo sido esse escolhido para continuidade do processo de otimização. As condições da análise cromatográfica para o GC-ECD foram: temperatura do injetor 280 °C, temperatura do forno 150 °C com rampa de aquecimento de 20 °C/min até 290 °C e temperatura do detector de 300 °C, vazão do gás de arraste (N[2]) de 1,2 mL/min e divisão de fluxo (split) de 1:5. Para a LLE-LTP o tempo de corrida foi de 7 min e para a HS-SPME 10 min, ficando a fibra exposta durante todo o tempo da análise; para a LLE-LTP o volume de injeção foi de 1 µL. Em todos os casos foi empregada coluna capilar HP-5 (Agilent).

RESULTADOS E DISCUSSÃO: Para a LLE-LTP, em função do erro puro (erro aleatório) avaliado, foi possível constatar que todas as variáveis operacionais apresentaram efeitos significativos sobre o sistema; assim, todas foram novamente selecionadas para estudo no planejamento Doehlert, contudo em mais níveis. O planejamento Doehlert viabiliza explorar aquelas variáveis que apresentaram maior efeito sobre o sistema (evidenciado na triagem) em mais níveis. Após a execução do planejamento Doehlert foi possível concluir as condições ótimas para a LLE-LTP como: t = 10 min, Vaq = 6,08 mL, Vorg = 3,50 mL e C = 0,01 mol/L. A LLE-LTP se mostrou uma técnica rápida, simples e que não exige instrumentação sofisticada. Embora tenha sido possível apontar uma condição experimental com área cromatográfica maximizada, a regressão quadrática do modelo obtido pelo planejamento Doehlert não foi significativa, assim como também ocorreu falta de ajuste; ambas as constatações foram feitas junto à tabela de análise de variância (ANOVA) (α = 0,05). Para o planejamento de triagem HS-SPME ocorreu o mesmo quando para o sistema LLE-LTP; todas as variáveis apresentaram efeitos significativos sendo também investigadas em mais níveis no planejamento Doehlert. A HS-SPME apresentou o melhor desempenho com t = 60 min, T = 85 ºC, V = 11 mL e C = 0,04 mol/L. Considerando a soma quadrática dos resíduos (α = 0,05) foi constatado que as variáveis t, T e C é que foram importantes no processo de otimização. Pela ANOVA (α = 0,05) pôde-se notar que a regressão foi significativa e que não houve falta de ajuste do modelo quadrático gerado. Aliado ao fato do não-modelamento dos dados para a LLE-LTP tem-se que o melhor ponto experimental da HS-SPME gerou valor de área de pico 98,6 % maior que o maior resultado obtido para a LLE-LTP.

CONCLUSÕES: A otimização das duas técnicas de preparo de amostra LLE-LTP e HS-SPME no estudo da extração de clorpirifós em água por meio de planejamentos experimentais multivariados possibilitou a investigação de diferentes fatores ao mesmo tempo com um número reduzido de experimentos. O método que apresentou melhor desempenho e detectabilidade foi a HS-SPME com separação e detecção por GC-ECD. Foi possível encontrar uma condição experimental de extração que certamente promoverá limites de detecção e quantificação minimizados, o que permitirá análises mais robustas do inseticida clorpirifós em água.

AGRADECIMENTOS: À Fundação Gorceix/UFOP pela bolsa concedida. À FAPEMIG, CNPq e CAPES pelo apoio financeiro.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: DA SILVA, G. A.; AUGUSTO, F.; POPPI, R. J. 2007. Simultaneous optimization by neuro-genetic approach of a multiresidue method for determination of pesticides in Passifloraalata infuses using headspace solid phase microextraction and gas chromatography. Journal of Chromatography A, 1138: 251-261.MORI, M. N.; OIKAWA, H.; SAMPA, M. H. O.; DUARTE, C. L. 2006.Degradation of chlorpyrifos by ionizing radiation. Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, 270: 99-102.SAMADI, S.; SERESHTI, H.; ASSADIB, Y. 2012. Ultra-preconcentration and determination of thirteen organophosphorus pesticides in water samples using solid-phase extraction followed by dispersive liquid-liquid microextraction and gas chromatography with flame photometric detection. Journal of Chromatography A, 1219: 61-69.TANKIEWICZ, M.; FENIK, J.; BIZIUK, M. 2010.Determination of organophosphorus and organonitrogen pesticides in water samples.Trends in Analytical Chemistry, 29: 1050-1063.TEÓFILO, R. T.; FERREIRA, M. M. 2006. Quimiometria II: planilhas eletrônicas para cálculos de planejamentos experimentais, um tutorial. Química Nova, 29: 338-350.