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Derivatização Fotoquímica

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Apresentação em tema: "Derivatização Fotoquímica"— Transcrição da apresentação:

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

2 Introdução: Conceitos Aplicações Discussão de trabalhos Conclusão
SUMÁRIO Introdução: Conceitos Aplicações Fatores operacionais Discussão de trabalhos Conclusão

3 INTRODUÇÃO 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

4 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.

5 Janela Fotoquímica: 200 a 800 nm
INTRODUÇÃO Fotoderivatização / Derivatização Fotoquímica - Radiação eletromagnética Janela Fotoquímica: 200 a 800 nm Adaptado de UVABC’s (http://www.uvabcs.com/index.php)

6 INTRODUÇÃO

7 A + B (dissociação intramolecular)
INTRODUÇÃO A + B (dissociação intramolecular) [AB]∙+ + e- (fotoionização) ABE, AE+B (reação direta) +E BA (isomerização) AB [AB]* [AB]**, AB + CD* (transferência de energia intra ou intermolecular) +M AB + hν (luminescência) AB + M* (“quenching”: energia dissipada por M na forma vibracional ou translacional) 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.

8 INTRODUÇÃO

9 APLICAÇÃO Detecção Analitos Matrizes Téc. Ref. UV Naftodiantronas
Tabela 1. Exemplos de aplicações utilizando fotoderivatização Detecção Analitos Matrizes Téc. Ref. UV Naftodiantronas Extratos fitofarmacêuticos HPLC Schmidt, A.H., J. Chromatogr. A, 2003, 181 Busulfan Plasma, água Jenke, A. et al. J. Chromatogr. B, 2004, 805, 147 Fluorescência Sulindac e metabólitos Soro Siluveru, M., Stewart, J. Chromatogr. B, 1995, 673, 91 Rofecoxib Plasma Woolf, E., Fu, I., Matuszewski, B, J. Chromatogr. B, 1999, 730, 91 Aflatoxinas Amendoim, pistache, figos Papadopoulou-Bouraoui, A. et al., J. AOAC Int., 2002, 85, 411 Farinhas de cereais SPME-HPLC Quinto, M. et al., J. Chromatogr. A, 2009, 1216 (49), 8636 Pesticidas Organofosforados Água, vegetais, grãos Perez-Ruiz, T. et al., Anal. Chim. Acta, 2005, 540, 383

10 Potência da lâmpada (W) Tempo de Exposição (s, min) pH Catalisadores
APLICAÇÃO Fatores Relacionados Comprimento de onda λ = 253,7nm Potência da lâmpada (W) Tempo de Exposição (s, min) pH Catalisadores

11 APLICAÇÃO Lâmpadas Tabela 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-naftilmetilditiocarbamato por 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

12 Fotoreatores comerciais
APLICAÇÃO Fotoreatores comerciais PHotochemical Reactor for Enhanced DetectionTM Lâmpada: vapor de Hg, baixa pressão Bobina de Reação: PTFE ICT Beam-BoostTM Photochemical Unit Lâmpada: UV 254nm, 8W Bobina de Reação: PTFE Fotos:

13 APLICAÇÃO 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.

14 Lab-made APLICAÇÃO Lâmpada UV Bobina (Quartzo, PTFE) Parede reflexiva
ventoinha Fedorowski, J.; LaCourse, W. R.; Analytica Chimica Acta 2010, 657, 1.

15 Potência da lâmpada APLICAÇÃO
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.

16 APLICAÇÃO Tempo de exposição Vantagens diretas: menor tempo total de análise, menor consumo de reagentes Tempo 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

17 Princípio de Grothus-Draper
FOTO-REAÇÕES: RENDIMENTO QUÂNTICO 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:

18 Nível energético quase coincidente com uma Quebra de ligação
FOTO-REAÇÕES: RENDIMENTO QUÂNTICO Nível energético quase coincidente com uma Quebra de ligação MICHIGAN STATE UNIVERSITY. Photochemistry. Disponível em:

19 FOTO-REAÇÕES: 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 L – caminho óptico da célula I – fluxo de fótons absorvidos pelo NDMA t – tempo de exposição à radiação UV0 Lee, C.; Choi, W.; Yoon, J.; Environ. Sci. Technol. 2005, 39, 2101.

20 Influência de Espécies Oxigenadas Reativas
Discutir isto???? Influência de Espécies Oxigenadas Reativas Pan, L. et al., PLOSOne, 2012, 7 (8), e44142

21 pH Diferentes produtos pretendidos VARIAÇÃO DE pH
(B): carreador, 10mM tampão borato; tempo radiação UV 15s; N-nitrosodietanolamina, (○); N-nitrosodimetilamina, (●); N-nitrosomorfolina, (□); e N-nitrosopirrolidina, (■). Background level (Δ). Kodamatani, H. et al., J. Chromatogr. A, 2009, 1216, 92 Lee, C.; Choi, W.; Yoon, J.; Environ. Sci. Technol. 2005, 39, 2101.

22 Catalisadores TiO2 (anatase) Disponível comercialmente
Utilizado em processos de degradação fotolíticas de contaminantes ambientais 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. Kaufman, A. D.; Kissinger, P. T.; Jones, J. E.; Analytica Chimica Acta 1997, 356, 177.

23 Fotoquimicamente estável Quimicamente estável em uma ampla faixa de pH
CATALISADORES 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 Geração de radicais hidroxila a partir de oxigênio adsorvido Kaufman, A. D.; Kissinger, P. T.; Jones, J. E.; Analytica Chimica Acta 1997, 356, 177.

24 Determinação de N-nitrosaminas em produtos cárneos
APLICAÇÃO: DISCUSSÃO DE TRABALHOS Determinação de N-nitrosaminas em produtos cárneos Automated flow-injection spectrophotometric determination of nitrosamines in solid food samples Luque-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)

25 Detecção colorimétrica (Reação de Griess)
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,

26 APLICAÇÃO: DISCUSSÃO DE TRABALHOS
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

27 APLICAÇÃO: DISCUSSÃO DE TRABALHOS
1) 2)

28

29 Derivatização Química Escopo testado NDMA
APLICAÇÃO: DISCUSSÃO DE TRABALHOS FIA! 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

30 Não foram estudadas diferentes potências da lâmpada UV
APLICAÇÃO: DISCUSSÃO DE TRABALHOS 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.

31 Determinação dos isômeros de Resveratrol e Piceid em vinho
APLICAÇÃO: DISCUSSÃO DE TRABALHOS 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)

32 Não há etapa de preparo de amostra
APLICAÇÃO: DISCUSSÃO DE TRABALHOS 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

33 Discutir isto????

34 A) Lâmpada desligada (_) e lâmpada ligada (...)
APLICAÇÃO: DISCUSSÃO DE TRABALHOS A) Lâmpada desligada (_) e lâmpada ligada (...) B) Padrões de t-Resveratrol e t-Piceid (_); Amostra de vinho fortificada com os dois analitos(...)

35 Comparação Preparo: etapas LLE e SPE HPLC-UV, sem derivatização
APLICAÇÃO: DISCUSSÃO DE TRABALHOS 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.)

36 Discussão Otimização das condições cromatográficas
APLICAÇÃO: DISCUSSÃO DE TRABALHOS 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

37 Derivatização Fotoquímica
CONCLUSÃO Derivatização Fotoquímica Redução de custos Versatilidade Controle das condições experimentais Estudo interdisciplinar

38 REFERÊNCIAS 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 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 MICHIGAN STATE UNIVERSITY. Photochemistry. Disponível em: 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.

39 Jurado-Sanchez, B. ; Ballesteros, E. ; Gallego, M
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 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 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

40 Obrigado Erick Soares Lins Seminários I IQ-UnB


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