Universidade Federal de Ouro Preto

Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental

Mestrado em Engenharia Ambiental

DESENVOLVIMENTO DE METODOLOGIA ANALÍTICA PARA

DETERMINAÇÃO SIMULTÂNEA DE MICROCONTAMINANTES

EMERGENTES EM ÁGUAS SUPERFICIAIS POR CROMATOGRAFIA LÍQUIDA

ACOPLADA À ESPECTROMETRIA DE MASSAS

Keila Letícia Teixeira Rodrigues

Ouro Preto, MG

2012

Universidade Federal de Ouro Preto

Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental

Mestrado em Engenharia Ambiental

Keila Letícia Teixeira Rodrigues

DESENVOLVIMENTO DE METODOLOGIA ANALÍTICA PARA

DETERMINAÇÃO SIMULTÂNEA DE MICROCONTAMINANTES

EMERGENTES EM ÁGUAS SUPERFICIAIS POR CROMATOGRAFIA LÍQUIDA

ACOPLADA À ESPECTROMETRIA DE MASSAS

Dissertação apresentada ao Programa de Pós-

Graduação em Engenharia Ambiental, Universidade

Federal de Ouro Preto, como parte dos requisitos

necessários para a obtenção do título: “Mestre em

Engenharia Ambiental – Área de Concentração: Meio

Ambiente”

Orientador: Prof. Dr. Robson José de Cássia Franco

Afonso

Ouro Preto, MG

2012

Catalogação: sisbin@sisbin.ufop.br

R696d Rodrigues, Keila Letícia Teixeira.

Desenvolvimento de metodologia analítica para determinação simultânea de

microcontaminantes emergentes em águas superficiais por cromatografia líquida

acoplada à espectrometria de massas [manuscrito] / Keila Letícia Teixeira Rodrigues

– 2012.

156f. : il. color.; grafs.; tabs.; mapas.

Orientador: Prof. Dr. Robson José de Cássia Franco Afonso.

Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Ouro Preto. Instituto

de Ciências Exatas e Biológicas. Núcleo de Pesquisas e Pós-graduação em

Recursos Hídricos. Programa de Pós-graduação em Engenharia Ambiental.

Área de concentração: Meio Ambiente.

1. Águas superficiais - Teses. 2. Fármacos - Teses. 3. Cromatografia líquida

- Teses. 4. Espectrometria de massa - Teses. I. Universidade Federal de Ouro

Preto. II. Título.

CDU: 628.32:543.42

mailto:Sisbin@sisbin.ufop.br

“Algo só é impossível até que alguém

duvide e resolva provar o contrário.”

Albert Einstein

À minha mãe Maria, pelo amor, paciência e

por sempre apoiar os meus sonhos.

AGRADECIMENTOS

Agradeço a Deus por me amparar nos momentos difíceis, me dar força para superar as

dificuldades, mostrar os caminhos certos nas horas incertas e por suprir todas as minhas

necessidades.

À minha mãe, por ser um exemplo de mulher, ter me apoiado sempre e colaborado para a

realização dos meus sonhos. À minha irmã Cátia por ser sempre atenciosa e amiga. Aos

meus irmãos Carlos e César pelo apoio e carinho. Aos meus cunhados Nivaldo e Glauciene

pelo incentivo. Aos meus sobrinhos pela alegria. Ao meu primo Daniel por ter sido um

grande amigo em Ouro Preto.

À minha família, a qual amo muito, pelo carinho, paciência e estímulo.

Ao meu orientador, Prof. Dr. Robson José de Cássia Franco Afonso, pelo seu grande

profissionalismo e dedicação. Por contribuir para o meu crescimento profissional e por ser

também um exemplo a ser seguido. Sua participação foi fundamental para a realização

deste trabalho.

À Profª Dra. Gilmare Antônia da Silva por sua atenção, paciência e pela grande

contribuição fornecida ao trabalho com sua experiência na área de quimiometria. Ao Prof.

Dr. Maurício Xavier Coutrim por estar sempre disposto a ajudar com sua experiência.

Aos professores do curso de graduação e pós-graduação por todo o conhecimento

compartilhado e aos colegas do mestrado pela amizade e companheirismo.

Aos amigos do laboratório Bárbara, Amanda, Rafaela, Júlia, Fernanda Queiroz, Júlio,

Bruno Baeta, Carlúcio, Taciana, Gustavo, Regiane, Débora, Claúdia, Dani, Raíssa, André,

Luciana, Ramon pelo companheirismo, ajuda e amizade. Em especial a Ananda pelos

conselhos e por estar sempre disposta a ajudar. Vocês foram minha segunda família em

Ouro Preto!

Aos amigos, em especial aos amigos do colegial Dias, Ives e Gilmar e aos amigos da

faculdade Alexandre, Amália, Ariane, Paula, Sílvia e Natália, que mesmo de longe

torceram por mim.

À CAPES pela concessão da bolsa de estudo.

Agradeço a todas as pessoas que contribuíram tanto intelectual quanto emocionalmente

para a concretização desta dissertação.

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO ....................................................................................... 17

2. OBJETIVO .............................................................................................. 20

2.1 Geral ........................................................................................................................................... 20

2.2 Específicos ................................................................................................................................. 20

3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA .............................................................. 21

3.1 Caracterização geral da bacia do Rio Doce ................................................................................ 21

3.2 Microcontaminantes Emergentes ............................................................................................... 23

3.2.1 Fontes de contaminação .................................................................................................. 26

3.2.2 Classes de Microcontaminantes ...................................................................................... 27

FÁRMACOS ........................................................................................................................ 28

PLASTIFICANTES ............................................................................................................. 35

SUBPRODUTOS DE DETERGENTES ............................................................................. 35

HORMÔNIOS NATURAIS E SINTÉTICOS ..................................................................... 36

3.3 Métodos analíticos utilizados para determinar microcontaminantes em matrizes ambientais ... 40

3.3.1 Efeito Matriz ................................................................................................................... 42

3.3.2 Preparo da amostra .......................................................................................................... 44

EXTRAÇÃO LÍQUIDO-LÍQUIDO (LLE) .......................................................................... 44

MICROEXTRAÇÃO EM FASE SÓLIDA (SPME) ............................................................ 44

A EXTRAÇÃO EM FASE SÓLIDA (SPE) ........................................................................ 45

3.3.3 Condições cromatográficas e espectrométricas ............................................................... 47

3.4 Quimiometria ............................................................................................................................. 56

4. METODOLOGIA ................................................................................... 58

4.1 Região de Estudo ........................................................................................................................ 58

4.2 Reagentes e consumíveis ............................................................................................................ 60

4.3 Procedimentos de coleta e preservação ...................................................................................... 60

4.4 Procedimento de preparação da amostra .................................................................................... 61

4.4.1 Filtração e ajuste de pH ................................................................................................... 61

4.4.2 Extração ........................................................................................................................... 62

4.5 Cromatografia ............................................................................................................................ 64

4.5.1 Descrição do equipamento e acessórios utilizados .......................................................... 64

4.5.2 Desenvolvimento e otimização do método ..................................................................... 65

TRIAGEM ............................................................................................................................ 66

METODOLOGIA DE SUPERFÍCIE DE RESPOSTA ...................................................... 70

4.5.3 Aperfeiçoamento do método otimizado .......................................................................... 73

4.6.1 Seletividade do método ................................................................................................... 76

4.6.2 Ajuste da curva analítica ................................................................................................. 76

4.6.3 Limite de detecção/limite de quantificação .................................................................... 77

4.6.4 Precisão ........................................................................................................................... 78

4.6.5 Exatidão ........................................................................................................................... 79

4.7 Aplicação do método desenvolvido na análise de amostras das águas superficiais ................... 81

5. DISCUSSÃO DOS RESULTADOS ...................................................... 82

5.1 Região de Estudo ........................................................................................................................ 82

5.2 Desenvolvimento e otimização do método ................................................................................ 93

5.2.1 Otimização dos parâmetros operacionais ........................................................................ 93

TRIAGEM ............................................................................................................................ 93

METODOLOGIA DE SUPERFÍCIE DE RESPOSTA ..................................................... 103

5.3 Validação .................................................................................................................................. 108

5.3.1 Seletividade ................................................................................................................... 108

5.3.2 Ajuste da curva analítica ............................................................................................... 114

5.3.3 Limite de detecção e Limite de Quantificação .............................................................. 122

5.3.4 Precisão ......................................................................................................................... 123

5.3.5 Exatidão ......................................................................................................................... 125

5.4 Aplicação da metodologia desenvolvida na análise das amostras de águas superficiais da bacia

do Rio Doce .................................................................................................................................... 131

FÁRMACOS ...................................................................................................................... 131

PLASTIFICANTES ........................................................................................................... 135

SUBPRODUTOS DE DETERGENTES ........................................................................... 138

HORMÔNIOS .................................................................................................................... 140

6. CONCLUSÕES ..................................................................................... 145

7. PERSPECTIVAS DE TRABALHOS FUTUROS ............................. 147

8. REFERÊNCIAS .................................................................................... 148

LISTA DE FIGURAS

Figura 3.1: Localização da bacia do Rio Doce. ................................................................... 21

Figura 3.2: Unidades de análise da bacia do Rio Doce. ...................................................... 22

Figura 3.3: Principais fontes de contaminação de Microcontaminantes no meio ambiente.

............................................................................................................................................. 27

Figura 3.4: Esquema dos componentes de uma fonte ESI. ................................................. 41

Figura 3.5: Esquema dos componentes de uma fonte APCI ............................................... 42

Figura 3.6: Grupo ligante do cartucho Strata X. ................................................................. 47

Figura 3.7: Grupo ligante do cartucho Oasis HLB. ............................................................. 47

Figura 4.1: Diagrama sistemático do procedimento de preparo de amostra. ...................... 61

Figura 4.2: Sistema de filtração utilizado nesse estudo. ...................................................... 62

Figura 4.3: (a) Manifold utilizado para a etapa de condicionamento, clean up e eluição dos

cartuchos; (b) aparato de extração utilizado para a passagem da amostra e (c) cartucho

empregado no procedimento de extração. ........................................................................... 63

Figura 4.4: Cromatógrafo líquido acoplado ao espectrômetro de massas –

HPLC/MS/IT/TOF (Shimadzu) ........................................................................................... 64

Figura 4.5: Coluna cromatográfica Kinetex C18 (50 × 3,0 mm; 2,6 µm - Phenomenex) ... 64

Figura 4.6: Configuração do sistema estudado, identificando os parâmetros operacionais

que foram avaliados no desenvolvimento e otimização do método. ................................... 66

Figura 4.7: Sistemática utilizada na triagem, mostrando os seis planejamentos executados.

............................................................................................................................................. 67

Figura 5.1: Gráfico de pesos definidos pela 1 e 2° componentes principais mostrando os

discriminantes químicos (indicadores da qualidade da água) das estações de coleta ao

longo da bacia do Rio Doce no período de 2008 à 2010. .................................................... 82

Figura 5.2: Gráfico bidimensional de valores correspondentes à classificação de 192

amostras de águas superficiais das estações de coleta ao longo da bacia do Rio Doce no

período de 2008 à 2010. ...................................................................................................... 84

Figura 5.3: Mapa de localização das estações de coleta selecionadas para o estudo ao longo

da Bacia do Rio Doce . ........................................................................................................ 85

Figura 5.4: Ponto de amostragem (RD079) no Rio do Peixe, a montante de sua foz no rio

Santo Antônio, na cidade Carmésia. .................................................................................... 89

Figura 5.5: Ponto de amostragem (RD033) no Rio Doce a jusante da Cachoeira Escura no

distrito de Perpétuo Socorro, Belo Oriente/Bugre. .............................................................. 90

Figura 5.6: Ponto de amostragem (RD030) no Rio do Peixe próximo de sua foz no Rio

Piracicaba, nas proximidades da cidade Nova Era. ............................................................. 91

Figura 5.7: Ponto de amostragem (RD077) no Rio Santo Antônio próximo à sua nascente,

nas proximidades da cidade Conceição do Mato Dentro. ................................................... 92

Figura 5.8: Resultado dos ensaios obtidos através do planejamento fatorial fracionário 24-1

,

resolução IV, com triplicata no ponto central para cada subsistema estudado mostrando o

percentual de analitos em relação as suas três melhores respostas (área) e a pior resposta. 94

Figura 5.9: Avaliação da eficiência dos modificadores de fase móvel investigados no

subsistemas que estudaram o uso da APCI (a) e do ESI (b)................................................ 96

Figura 5.10: Cromatogramas dos melhores ensaios obtidos na triagem, modo SCAN,

utilizando as fontes de ionização APCI (à esquerda) e ESI (à direita) para avaliação da

resolução e eficiência de separação proporcionada pelos modificadores de fase móvel

investigados. ........................................................................................................................ 97

Figura 5.11: Gráfico de probabilidade normal do analito 4-nonilfenol para o planejamento

fatorial fracionário 24-1

, resolução IV, com fase móvel água / metanol utilizando o

modificador de fase hidróxido de amônio e fonte de ionização APCI. ............................... 98

Figura 5.12: Gráfico de probabilidade normal do analito bezafibrato para o planejamento

fatorial fracionário 24-1

, resolução IV, com fase móvel água/metanol utilizando o

modificador de fase hidróxido de amônio e fonte de ionização ESI. .................................. 99

Figura 5.13: Distribuição dos efeitos das variáveis sobre a resposta de interesse,

empregando a APCI e o modificador de fase hidróxido de amônio. C1 (concentração do

hidróxido de amônio), C2 (fluxo da fase móvel), C3 (temperatura da interface) e C4(tempo

de acumulação do octapolo) foram as variáveis investigadas nesse sistema. ................... 100

Figura 5.14: Distribuição dos efeitos sobre a resposta de interesse, empregando o ESI e o

modificador de fase hidróxido de amônio. C1 (concentração do hidróxido de amônio), C2

(fluxo da fase móvel), C3 (temperatura do bloco de aquecimento) e C4(fluxo do gás de

secagem) foram as variáveis investigadas nesse sistema. ................................................. 101

Figura 5.15: a) Gráfico do modelo de calibração proposto para o diltiazem b) Gráfico de

resíduos para o modelo de calibração do diltiazem. .......................................................... 103

Figura 5.16: Resultado dos ensaios obtidos por meio do planejamento Doehlert para os

subsistemas empregando a APCI (a) e o ESI (b) mostrando o percentual de analitos em

relação as suas três melhores respostas (área) e a pior resposta. ....................................... 107

Figura 5.17: Avaliação da eficiência de ionização dos analitos de interesse frente à

utilização das fonte de ionização ESI e APCI. .................................................................. 108

Figura 5.18: Cromatogramas dos íons selecionados para cada fármaco estudado com os

respectivos espectros de massas obtidos pela análise da amostra RD059 fortificada com

30 µg/L dos padrões dos analitos de interesse. .................................................................. 111

Figura 5.19: Cromatogramas dos íons selecionados para cada um dos platificantes,

subprodutos de detergentes e hormônios estudados com os respectivos espectros de massas

obtidos pela análise da amostra RD059 fortificada com 30 µg/L dos padrões dos analitos

de interesse. ....................................................................................................................... 113

Figura 5.20: Curvas analíticas dos fámacos estudados obtidas por calibração externa. .... 118

Figura 5.21: Curvas analíticas dos plastificantes, subprodutos de detergentes, e hormônios

estudados obtidas por calibração externa. ......................................................................... 119

Figura 5.22: Avaliação do resíduo obtido para o modelo de calibração linear do composto

4-nonilfenol por meio dos gráficos de (a) probabilidade normal dos resíduos, (b) resíduos

versus os valores ajustados, (c) histograma dos resíduos e (d) resíduos versus ordem dos

dados. ................................................................................................................................. 120

Figura 5.23: Avaliação do resíduo obtido para o modelo de calibração quadrática do

composto bezafibrato por meio dos gráficos de probabilidade normal dos resíduos (a),

resíduos versus os valores ajustados (b), histograma dos resíduos (c) e resíduos versus

ordem dos dados (d). ......................................................................................................... 121

Figura 5.24: Boxplot da distribuição dos fármacos nas amostras de águas superficiais das

estações de coleta ao longo da bacia do Rio Doce, sendo N o número de estações de coletas

que apresentaram o analito acima do LQ. ......................................................................... 132

Figura 5.25: Distribuição da cafeína nas amostras das estações de coleta agrupadas de

acordo com suas características antropogênicas e geológicas. ......................................... 134

Figura 5.26: Boxplot da distribuição dos plastificantes nas amostras de águas superficiais

das estações de coleta ao longo da bacia do Rio Doce, sendo N o número de estações de

coletas que apresentaram o analito acima do LQ. ............................................................. 136

Figura 5.27: Distribuição do bisfenol-A nas amostras das estações de coleta agrupadas de

acordo com suas características antropogênicas e geológicas. ......................................... 137

Figura 5.28: Boxplot da distribuição dos subprodutos de detergentes nas amostras de águas

superficiais das estações de coleta ao longo da bacia do Rio Doce, sendo N o número de

estações de coletas que apresentaram o analito acima do LQ. .......................................... 139

Figura 5.29: Boxplot da distribuição dos hormônios nas amostras de águas superficiais das

estações de coleta ao longo da bacia do Rio Doce, sendo N o número de estações de coletas

que apresentaram o analito acima do LQ. ......................................................................... 141

Figura 5.30: Gráfico de pesos definidos pela 1 e 2° componentes principais mostrando os

discriminantes químicos (indicadores da qualidade da água) das estações de coleta ao

longo da bacia do Rio Doce no período de 2008 à 2010. .................................................. 142

Figura 5.31: Gráfico de PCA score das amostras de águas superficiais das estações de

coleta ao longo da Bacia do Rio Doce. .............................................................................. 143

file:///C:/Users/Alice/Desktop/Dissertação%20mestrado%20AGOSTO%202.docx%23_Toc335995061

LISTA DE TABELAS

Tabela 3.1: Estrutura e propriedades físico-químicas das classes dos fármacos estudados. 31

Tabela 3.2: Estrutura e propriedades físico-químicas dos plastificantes, hormônios e

subproduto de detergentes estudados. ................................................................................. 38

Tabela 3.3: Revisão da literatura de monitoramento e métodos de LC/MS empregados para

a determinação quantitativa de fármacos em águas superficiais. ........................................ 50

Tabela 3.4: Revisão da literatura de monitoramento e métodos de LC/MS utilizados para a

determinação quantitativa dos plastificantes, hormônios, subprodutos de detergentes em

amostras de águas superficiais. ............................................................................................ 53

Tabela 4.1: Lista dos parâmetros manipulados e seus respectivos códigos ........................ 59

Tabela 4.2: Tempo de análise e o gradiente de concentração da fase móvel. ..................... 65

Tabela 4.3: Planejamento fatorial fracionário 24-1

, resolução IV aplicado na otimização dos

parâmetros operacionais do LCMS-IT-TOF para determinação de microcontaminantes

emergentes. .......................................................................................................................... 69

Tabela 4.4: Variáveis e níveis decodificados investigados no planejamento experimental

Doehlert, modelo quadrático com três variáveis quantitativas, para a otimização do método

cromatográfico para determinação de microcontaminantes emergentes empregando o ESI

ou a APCI. ........................................................................................................................... 71

Tabela 4.5: Planejamento experimental Doehlert aplicado na otimização dos parâmetros

operacionais do LCMS-IT-TOF, nos subsistemas que investigaram o uso da APCI e do

ESI, para determinação de microcontaminantes emergentes. ............................................. 72

Tabela 4.6: Parâmetros espectrométricos adotados na determinação dos

microcontaminantes. ............................................................................................................ 74

Tabela 4.7: Tempo de análise e variação da fase móvel. .................................................... 75

Tabela 5.1: Descrição dos pontos de amostragem selecionados ao longo da bacia do Rio

Doce. .................................................................................................................................... 86

Tabela 5.2: Domínio experimental definido pela triagem dos parâmetros operacionais

investigados para o subsistema que empregou a APCI e para o que fez uso do ESI. ....... 103

Tabela 5.3: Análise de variância para o diltiazem gerada pelo planejamento Doehlert ao

nível de 5 % de significância. ............................................................................................ 104

Tabela 5.4: Termos estatísticos obtidos pela análise de variância do modelo proposto por

meio do planejamento Doehlert, utilizando a APCI, para cada microcontaminante

indicando se o parâmetro regressão e ajuste do modelo é significativo ou não significativo.

........................................................................................................................................... 105

Tabela 5.5: Termos estatísticos obtidos pela análise de variância do modelo proposto por

meio do planejamento Doehlert, utilizando o ESI, para cada microcontaminante indicando

se o parâmetro regressão e ajuste do modelo é significativo ou não significativo. ........... 106

Tabela 5.6: Área média e o coficiente de variação das sete repetições de cada concentração

dos padrões de fármacos empregados para a construção das curvas analíticas................. 115

Tabela 5.7: Área média e o coficiente de variação das sete repetições de cada concentração

dos padrões de plastificantes, subprodutos de detergentes e hormônios empregados para a

construção das curvas analíticas. ....................................................................................... 116

Tabela 5.8: Limites de detecção e quantificação do método considerando limites do

equipamento, correções de diluição, rendimento de extração e efeitos da matriz............. 122

Tabela 5.9: Resultados dos testes de precisão para os fármacos. ...................................... 123

Tabela 5.10: Resultados dos testes de precisão para os plastificantes, subprodutos de

detergentes, e hormônios. .................................................................................................. 124

Tabela 5.11: Índice de recuperação para os fármacos estudados nos três níveis de

concentração. ..................................................................................................................... 125

Tabela 5.12: Valores de recuperação da extração para os plastificantes, subprodutos de

detergentes, e hormônios estudados nos três níveis de concentração. ............................. 126

Tabela 5.13: Médias de recuperação dos diferentes níveis de concentração e os parâmetros

do modelo de calibração para a extração. .......................................................................... 127

Tabela 5.14: Avaliação do efeito matriz nos diferentes níveis de concentração para cada

fármaco utilizado. .............................................................................................................. 128

Tabela 5.15: Avaliação do efeito matriz nos diferentes níveis de concentração para cada

plastificantes, subprodutos de detergentes, e hormônios estudados. ................................ 130

Tabela 5.16: Ocorrência dos fármacos nas estações de coleta localizadas na bacia do Rio

Doce em ng/L. ................................................................................................................... 131

Tabela 5.17: Ocorrência dos plastificantes nas estações de coleta localizadas na bacia do

Rio Doce em ng/L. ............................................................................................................ 135

Tabela 5.18: Ocorrência dos subprodutos de detergentes nas estações de coleta localizadas

na bacia do Rio Doce em ng/L. ......................................................................................... 138

Tabela 5.19: Ocorrência dos hormônios nas estações de coleta localizadas na bacia do Rio

Doce em ng/L. ................................................................................................................... 140

LISTA DE NOTAÇÕES

ACET Acetaminofeno

ACN Acetonitrila

ANOVA Análise de Variância

ANVISA Agência Nacional de Vigilância Sanitária

AOAC Association of Official Analytical Chemists

APCI Atmospheric Pressure Chemical Ionization

APPI Atmospheric Pressure Photoionization

ARCEM Austrian Research Cooperation on Endocrine Modulators

BEZ Bezafibrato

CAF Cafeína

CBHs Comitês das Bacias Hidrográficas

CCD Central Composite Design

CENIBRA Celulose Nipo-Brasileira S/A

CETEC/MG Centro Tecnológico de Minas Gerais

COMPREHEND Community Programme of Research on Endocrine Disrupters and

Environmental Hormones

CSTEE Committee on Toxicity, Ecotoxicity and the Environment

CV Coeficiente de Variação

CVRD Companhia Vale do Rio Doce

DIL Diltiazem

DO1 Comitê de Bacia Hidrográfica do Rio Piranga

DO2 Comitê de Bacia Hidrográfica do rio Piracicaba

DO3 Comitê de Bacia Hidrográfica do rio Santo Antonio

DO4 Comitê de Bacia Hidrográfica do rio Suaçuí

DO5 Comitê de Bacia Hidrográfica do rio Caratinga

DO6 Comitê de Bacia Hidrográfica Águas do rio Manhuaçu

E- Evento realizado no modo Negativo

E+ Evento realizado no modo Positivo

EDSP Endocrine Disruption Screening Program

EDSTAC Endocrine Disruptor Screening and Testing Advisory Committee

EDTA Endocrine Disrupter Testing and Assessment Task Force

ESI Electrospray Ionization

ETE Estações de Tratamento de Esgoto

FDA United States Food and Drug Administration

FEM Fator de correção do Efeito Matriz

FFCDA Federal Food, Drug and Cosmetic

Frepulsão Força de repulsão

FWHM Full width at half maximum

ɤ líquido Tensão superficial do líquido

GC Gas Chromatography

GEN Genfibrozila

HPLC High Performance Liquid Cromatograph

IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística

IBU Ibuprofeno

ICH International Conference on Harmonization

IGAM Instituto Mineiro de Gestão das Águas

INMETRO Instituto Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade

Instrumental

ISO International Standards Organization

IT Ion Trap

IUPAC International Union of Pure and Applied Chemistry

Kow Coeficiente de Partição octanol/água

http://pt.wikipedia.org/wiki/IBGE

LAS Lauril Alquil Sulfonados

LC Liquid Chromatography

LD Limite de Detecção

LLE Liquid-Liquid Extraction

LQ Limite Quantificação

MEOH Metanol

MIC Miconazol

MM Massa Molecular

MS Mass Spectrometry

NAPR Naproxeno

NE Não Encontrado

PC Ponto Central

PCA Principal Component Analysis

PVC Policloreto de Polivinila

Q1 1° Quadrante

Q2 2° Quadrante

Q3 3° Quadrante

RASBQ Reunião Anual da sociedade Brasileira de Química

SCAN Escaneamento de íons

SIM Selected Ion Monitoring

SPE Solid Phase Extraction

SPME Solid Phase Microextraction

SULF Sulfametoxazol

TOF Time off flight

TRI Trimetoprima

UPGRH Planejamento e Gestão dos Recursos Hídricos

US EPA United States Environmental Protection Agency

RESUMO

Os microcontaminantes emergentes são indicadores de atividade antrópica e estão

associados a um conjunto diversificado de compostos orgânicos que é usado em grandes

quantidades pela sociedade para diversos fins. O interesse crescente por essas substâncias

ocorre, principalmente, porque elas podem apresentar atividade biológica em

concentrações muito baixas, o que confere grande relevância ambiental. A dificuldade para

detectar e quantificar os microcontaminantes no meio ambiente incentiva o

desenvolvimento de métodos analíticos adequados. Assim, esse trabalho focou no

desenvolvimento de métodos analíticos para a determinação simultânea de

microcontaminantes em amostras de águas superficiais. Realizou-se um estudo sistemático

de detecção simultânea de 25 microcontaminantes, os quais incluíram: fármacos,

plastificantes, hormônios e subprodutos de detergente, por cromatografia líquida acoplada

a espectrometria de massas de alta resolução, empregando o planejamento fatorial

fracionário 24-1

, resolução IV, na triagem e planejamento Doehlert na otimização. Os

parâmetros qualitativos selecionados foram fonte de ionização (APCI e ESI) e tipo de

modificadores da fase móvel (ácido fórmico, hidróxido de amônio e ácido

fórmico/formiato de amônio), e para os parâmetros quantitativos avaliou-se a concentração

dos modificadores da fase móvel, taxa de fluxo da fase móvel, temperatura da interface,

temperatura do bloco de aquecimento, o tempo de acumulação de íons no octapolo e a taxa

do fluxo do gás secagem. Verificou-se que o modificador de fase hidróxido de amônio

numa concentração de 3,5 mM, empregando a fonte de ionização ESI com um fluxo de 0,1

mL/min, uma temperatura do bloco de aquecimento à 300°C e pressão de 200 kPa de gás

de secagem proporcionaram a condição mais apropriada para a análise simultânea dos

microcontaminantes estudados. O método desenvolvido e validado, utilizando a extração

em fase sólida, é aplicável para a determinação simultânea de 17 microcontaminantes

dentre os avaliados, incluindo os farmácos sulfametoxazol, trimetoprima, ibuprofeno,

naproxeno, acetaminofeno, bezafibrato, genfibrozila, cafeína, miconazol e ditiazem; os

plastificantes bisfenol-A e dietilftalato; os subprodutos de detergentes 4-octilfenol e

4-nonilfenol; os hormônios naturais estrona e 17β-estradiol; e o hormônio sintético

17α-etinilestradiol. Foram obtidos limites de detecção do método que variaram de 0,38 à

9,55 ng/L com mediana de 1,49 ng/L; e limites de quantificação do método numa faixa de

1,26 à 31,80 ng/L com mediana de 4,98 ng/L. O método desenvolvido foi aplicado na

avaliação da ocorrência dos microcontaminantes emergentes nas águas superficiais ao

longo da bacia do Rio Doce - MG/Brasil. O 4-nonilfenol foi o microcontaminante mais

encontrado nas amostras, seguido da cafeína, bisfenol-A, ibuprofeno e bezafibrato. O

diltiazem não foi encontrado em nenhuma das amostras e o miconazol ocorreu raramente.

Palavras chave: microcontaminantes emergentes, compostos farmacêuticos, plastificantes,

hormônios, bacia do Rio Doce, cromatografia líquida de alto desempenho acoplada à

espectrometria de massas, extração em fase sólida, otimização multivariada, planejamentos

experimentais multivariados, efeito matriz.

ABTRACT

The emerging microcontaminants are indicators of anthropogenic activity and are

associated with a diverse set of organic compounds that are used in large quantities by the

society for various purposes. The growing interest in these substances occurs mainly

because they may have biological activity at low concentrations, which gives them great

environmental relevance. The difficulty to detect and quantify these microcontaminants in

the environment encourages the development of appropriate analytical methods. Thus, this

work focused on the development of analytical methods for the simultaneous

determination of microcontaminants in surface water samples. It was carried out a

systematic study of simultaneous detection of 25 microcontaminants, which included:

pharmaceutical compounds, plasticizers, hormones and detergent by-products, by liquid

chromatography coupled to mass spectrometry of resolution high, using the 24-1

fractional

factorial experimental design, resolution IV , for screening and Doehlert experimental

design in optimization. The qualitative parameters selected were ionization source (APCI

and ESI), and the type of mobile phase modifiers (formic acid, ammonium hydroxide and

formic acid / ammonium formate). The quantitative parameters evaluated were phase

modifiers concentrations, mobile phase flow rate, interface temperature, heating block

temperature, ion accumulation time in the octapolo and drying gas flow rate. It was found

that the phase modifier ammonium hydroxide in a concentration of 3.5 mM, using ESI

ionization source with a flow of 0.1 mL/min, heating block temperature to 300°C and

200kPa of drying gas provided the most suitable condition for the simultaneous

determination of studied microcontaminants. The method developed and validated, using

the solid phase extraction, is applicable to the simultaneous determination of 17

microcontaminants among those evaluated, including the pharmaceutical compounds

sulfamethoxazole, trimethoprim, ibuprofen, naproxen, acetaminophen, bezafibrate,

gemfibrozil, caffeine, miconazole and ditiazem, the plasticizers bisphenol-A and

diethylphthalate; the detergent by-products 4-octylphenol and 4-nonylphenol; the natural

hormones estrone and 17β-estradiol, and the synthetic hormone 17α-ethinylestradiol. The

obtained method’s detection limit ranged from 0.38 to 9.55 ng/L with median of 1.49 ng/L

and method’s quantification limit a ranged from 1.26 to 31.80 ng/L with median 4.98 ng/L.

The developed method was applied to evaluate the occurrence of emerging

microcontaminants in surface waters along the basin of the Rio Doce - MG / Brazil. The

4-nonylphenol was the microcontaminante mostly found in the samples, followed by

caffeine, bisphenol-A, ibuprofen and bezafibrate. Diltiazem was not found in any samples

and miconazole occurred rarely.

Keywords: emerging microcontaminants, pharmaceutical compounds, plasticizers,

hormones, basin of Rio Doce, high performance liquid chromatography coupled mass

spectrometry, solid phase extraction, multivariate optimization, multivariate experimental

designs, matrix effect.

17

1. INTRODUÇÃO

Atualmente, o reconhecimento relativo à contaminação do meio ambiente por

substâncias químicas levou a sociedade a acentuar o interesse por outros poluentes,

também conhecidos por contaminantes emergentes. Eles afetam a saúde e o bem-estar de

uma comunidade de diversas formas. Eles são candidatos a regulamentações futuras,

estando apenas dependentes dos resultados das pesquisas relacionadas aos potenciais

efeitos nos ecossistemas e aos dados de monitoramento da respectiva ocorrência no meio

ambiente (Silva, 2010). Em muitos países, ações governamentais e não-governamentais

buscam definir parâmetros universais de debate sobre o tema, abrangendo a minimização

de substâncias químicas, o estabelecimento de normas e condutas. Os Estados Unidos por

meio da Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos (United States Environmental

Protection Agency, US EPA) e a União Europeia têm publicado listas selecionando

substâncias prioritárias para maior avaliação dos seus efeitos (EPA, 2010; Comission of

the European Communities, 2007).

O termo microcontaminantes emergentes tem sido usado na literatura em referência aos

contaminantes orgânicos que são encontrados em concentrações da ordem de microgramas

a nanogramas por litro (Rodil et al., 2009; Yoon et al., 2010). Esses compostos

compreendem produtos farmacêuticos e de higiene pessoal, hormônios naturais e

sintéticos, subprodutos industriais e drogas ilícitas (Rodil et al., 2012; Sodré et al., 2010).

Muitos deles são classificados como interferentes endócrinos, ou seja, substâncias ou

misturas exógenas que alteram a função do sistema endócrino de humanos e animais e,

consequentemente, causam efeitos adversos em um organismo saudável, ou em seus

descendentes ou subpopulações (Bila et al., 2007).

Os microcontaminantes têm chegado ao meio ambiente, principalmente, em função das

deficiências dos processos de tratamento de efluentes industrial e de esgotos (Trenholm et

al., 2008; Melo et al., 2009). Nos países industrializados, a maioria do esgoto produzido é

tratada em estações de tratamento de esgoto (ETE) antes de serem lançados no ambiente.

No entanto, alguns hormônios naturais e produtos químicos sintéticos podem ser

encontrados em águas superficiais. Muitas destas substâncias são resistentes à

biodegradação em ETEs ou são lançadas diretamente em compartimentos aquáticos sem

qualquer tratamento (Yoon et al., 2010; Melo et al., 2009; Bila et al., 2007).

Muitos métodos analíticos foram desenvolvidos para detectar e quantificar essas

substâncias em matrizes ambientais complexas, tais como águas superficiais e

18

subterrâneas, esgoto doméstico, efluentes de ETE, sedimentos marinhos, solo e lodo

biológico (Céspedes et al., 2006). Dentre às técnicas mais comuns, destacam-se a

utilização de cromatografia acoplada à espectrometria de massas, uma vez que permite a

identificação e quantificação simultânea de várias substâncias de interesse ambiental. A

análise por cromatografia gasosa (gas chromatography, GC) acoplada à espectrometria de

massas (mass spectrometry, MS) foi a mais utilizada inicialmente, no entanto muitos

compostos não são passíveis de serem analisados por GC devido a sua instabilidade

térmica e polaridade; para produzir compostos voláteis, alguns analitos requerem

derivatização (Brossa et al., 2004). Já a técnica de cromatografia líquida acoplada à

espectrometria de massas (liquid chromatography/mass spectrometry, LC/MS) teve

progresso tanto na tecnologia quanto na sua aplicação no início da década de 1990.

Alterações nos formatos das fontes de ionização trouxeram mais sofisticação e eficiência.

As fontes de ionização mais comumente utilizadas para a determinação de

microcontaminantes por LC/MS no ambiente aquático são: ionização por eletronebulização

(electrospray ionization, ESI), ionização química por pressão atmosférica (atmospheric

pressure chemical ionization, APCI) e fotoionização em pressão atmosférica (atmospheric

pressure photoionization, APPI). Estas técnicas promovem uma ionização branda e são

extremamente adequadas para a determinação de compostos químicos em diferentes

matrizes (Wick et al., 2010; Cai e Syage, 2006).

Com o intenso desenvolvimento das técnicas instrumentais e a disponibilidade de

grande volume de dados, tornou-se necessário, e praticamente indispensável, o uso de

tratamentos mais complexos do ponto de vista matemático e estatístico, a fim de se obter

respostas mais precisas e interpretações mais completas (da Silva et al., 2007). A análise

multivariada de dados químicos tem exercido grande interesse e aceitação, pois permite a

extração de maiores informações químicas relevantes ao sistema alvo. A quimiometria

entra nesse contexto, pois ela faz uso de métodos matemáticos e estatísticos para planejar

ou selecionar experimentos de forma otimizada, e disponibiliza ferramentas para o

processamento dos dados químicos estudados, com a finalidade de fornecer o máximo de

informação pela análise dos dados obtidos (Ferreira et al.,1999).

Pesquisadores do mundo todo estão empenhados em esclarecer, criar estratégias que

solucionem ou, pelo menos, minimizem o problema dos microcontaminantes, devido à

grande importância destes compostos do ponto de vista ambiental e ecotoxicológico. No

entanto, pouquíssimos estudos têm abordado a ocorrência desses compostos em águas

brasileiras (Sodré et al., 2010). Sendo assim, esse trabalho focou no desenvolvimento de

19

método cromatográfico para a identificação e quantificação de microcontaminantes

emergentes, utilizando ferramentas quimiométricas, em águas superficiais,

particularmente, nas águas da bacia do Rio Doce e contribuir para o avanço científico

relacionado à ocorrência dos microcontaminantes emergentes nos recursos hídricos do

Brasil.

20

2. OBJETIVO

2.1 Geral

Este trabalho teve como objetivo desenvolver metodologia analítica para a

determinação simultânea de microcontaminantes emergentes em amostras de águas

superficiais por cromatografia líquida acoplada à espectrometria de massas. Estabelecer

procedimentos para o monitoramento dos microcontaminantes nas águas da bacia do Rio

Doce, avaliando sua contaminação, contribuindo desta forma para o avanço científico

relacionado à ocorrência dos microcontaminantes emergentes nos recursos hídricos do

Brasil. Os compostos estudados foram: produtos farmacêuticos (ácido acetilsalicílico,

acetaminofeno, azitromicina, bezafibrato, cimetidina, ciprofloxacino, claritromicina,

diclofenaco, genfibrozila, diltiazem, ibuprofeno, miconazol, naproxeno, ranitidina,

sulfametoxazol, trimetoprima e cafeína), hormônios naturais e sintéticos (estrona, 17β-

estradiol e 17α-etinilestradiol), plastificantes (dietilftalato, bis(2-etilhexil)ftalato e bisfenol-

A) e subprodutos de detergentes (4-nonilfenol e 4-octilfenol).

2.2 Específicos

Estabelecer os pontos de coleta das amostras de águas superficiais ao longo da bacia do

Rio Doce;

Estabelecer métodos de preparo da amostra e extração dos microcontaminantes

emergentes;

Otimizar as condições operacionais do cromatógrafo líquido acoplado ao

espectrômetro de massas utilizando planejamentos experimentais multivariados;

Validar o método desenvolvido para a identificação e quantificação dos

microcontaminantes emergentes;

Levantar dados sobre os níveis de contaminação dos microcontaminantes emergentes

nas águas da bacia do Rio Doce;

Tratar os dados para avaliação dos níveis de contaminação e sua correlação com as

influências antropogênicas.

21

3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

3.1 Caracterização geral da bacia do Rio Doce

A bacia do Rio Doce situa-se na região Sudeste, entre os paralelos 17°45' e 21°15' S e

os meridianos 39°30' e 43°45' W, integrando a região hidrográfica do Atlântico Sudeste.

Esta bacia possui uma população superior a 3,5 milhões de habitantes e apresenta uma área

de drenagem de aproximadamente 86.715 km², dos quais 86% pertencem ao Estado de

Minas Gerais e o restante ao Espírito Santo, abrange um total de 230 municípios (IGAM,

2007).

As nascentes do Rio Doce situam-se no Estado de Minas Gerais (figura 3.1), nas serras

da Mantiqueira e do Espinhaço, sendo que suas águas percorrem cerca de 850 km, até

atingir o oceano Atlântico, junto ao povoado de Regência, no Estado do Espírito Santo.

Figura 3.1: Localização da bacia do Rio Doce.

Fonte: (IGAM, 2007).

Os principais afluentes do Rio Doce pela margem esquerda são os rios do Carmo,

Piracicaba, Santo Antônio, Corrente Grande e Suaçuí Grande, em Minas Gerais; São José e

Pancas no Espírito Santo. Já pela margem direita são os rios Casca, Matipó,

Localização da bacia do Rio Doce

22

Caratinga/Cuieté e Manhuaçu em Minas Gerais; Guandu, Santa Joana e Santa Maria do

Rio Doce no Espírito Santo (IGAM, 2007).

No estado de Minas Gerais a bacia do Rio Doce é dividida em seis Unidades de

Planejamento e Gestão dos Recursos Hídricos (UPGRHs), com Comitês de Bacia já

estruturados, conforme descrito abaixo:

DO1 – Comitê de Bacia Hidrográfica do rio Piranga;

DO2 – Comitê de Bacia Hidrográfica do rio Piracicaba;

DO3 – Comitê de Bacia Hidrográfica do rio Santo Antonio;

DO4 – Comitê de Bacia Hidrográfica do rio Suaçuí;

DO5 – Comitê de Bacia Hidrográfica do rio Caratinga;

DO6 – Comitê de Bacia Hidrográfica Águas do rio Manhuaçu.

No Estado do Espírito Santo, embora inexistam subdivisões administrativas da

bacia do Rio Doce, têm-se os Comitês das Bacias Hidrográficas (CBH) do rio Santa Maria

do Doce e do rio Guandu, os Consórcios dos rios Santa Joana e Pancas, bem como a

Comissão Pró-Comitê da bacia do rio São José, que se encontra em processo de

mobilização para a criação de CBHs. A figura 3.2 ilustra este aspecto (IGAM, 2007).

Figura 3.2: Unidades de análise da bacia do Rio Doce.

Fonte: (IGAM, 2007).

Neste trabalho será abrangido apenas o domínio de Minas Gerais, que é gerido pelo

Instituto Mineiro de Gestão das Águas (IGAM), por meio do Projeto Águas de Minas, em

execução desde 1997 (IGAM, 2011).

Unidades de análise da bacia do Rio Doce

23

A atividade econômica da bacia do Rio Doce é bastante diversificada, destacando-

se: a agropecuária (reflorestamento, lavouras tradicionais, cultura de café, cana-de-açúcar,

criação de gado leiteiro e de corte e na suinocultura); a agroindústria (sucroalcooleira); a

mineração (ferro, ouro, bauxita, manganês, pedras preciosas e outros); a indústria

(celulose, siderurgia e laticínios); o comércio e serviços de apoio aos complexos

industriais; e a geração de energia elétrica (IGAM, 2007).

Na região encontra-se instalado o maior complexo siderúrgico da América Latina,

com destaque para a Companhia Siderúrgica Belgo Mineiro, a ACESITA e a USIMINAS.

Ao lado da siderurgia estão associadas empresas de mineração, com destaque para a

Companhia Vale do Rio Doce – CVRD - a maior mineradora a céu aberto do mundo - e

empresas reflorestadoras, que cultivam o eucalipto para fornecer matéria-prima para as

indústrias de celulose (IGAM, 2007; PROJETO ÁGUAS DO RIO DOCE). Todo esse

complexo industrial desempenha papel significativo nas exportações brasileiras de minério

de ferro, aços e celulose. Além deles, a bacia contribui na geração de divisas pelas

exportações de café (MG e ES) e polpa de frutas (ES) (PROJETO ÁGUAS DO RIO

DOCE). Contribuindo para impactos nas águas do Rio Doce (IGAM, 2007).

O desmatamento generalizado e o mau uso dos solos, seja para a monocultura do

eucalipto como para agricultura ou pastagem, tem conduzido a região a um intenso

processo de erosão, cujos sedimentos resultantes tendem a assorear os cursos d'água. O

assoreamento é um dos problemas sérios que atinge a bacia, em especial o baixo curso do

Rio Doce, que recebe carga de sedimentos provenientes das áreas a montante. O problema

da erosão é ainda agravado nas áreas em que as rochas e o solo possuem grandes

concentrações de alumínio. O uso indiscriminado de agrotóxicos nas lavouras também

contribui para a contaminação dos cursos d'água. A urbanização da bacia também contribui

significativamente para os impactos nos cursos d'água, principalmente pelo quase

inexistente sistema de tratamento de esgotos (PROJETO ÁGUAS DO RIO DOCE).

3.2 Microcontaminantes Emergentes

O termo microcontaminantes emergentes tem sido usado na literatura em referência aos

compostos orgânicos que são encontrados em amostras ambientais, de águas superficiais e

esgotos em concentrações da ordem de nanogramas a microgramas por litro (Rodil et al.,

2009; Yoon et al., 2010). Os microcontaminantes são indicadores de atividade antrópica e

estão associados a um conjunto diversificado de compostos orgânicos que é usado em

24

grande quantidade pela sociedade, para variados fins, incluindo a produção e conservação

de alimentos, processos industriais, bem como para cuidados da higiene, saúde humana e

animal (Lapworth et al., 2012). O interesse crescente por essas substâncias ocorre,

principalmente, porque elas podem apresentar atividade biológica em concentrações muito

baixas, o que confere a elas grande relevância ambiental (Zwiener et al., 2004).

Alguns microcontaminantes são classificados como interferentes endócrinos, ou seja,

substâncias ou misturas exógenas que alteram a função do sistema endócrino de humanos e

animais e, consequentemente, causam efeitos adversos em um organismo saudável, ou em

seus descendentes ou subpopulações (Bila et al., 2006). Essa classe tem despertado grande

interesse, pois já foram constatados efeitos cancerígenos, alterações crônicas no

desenvolvimento e na reprodução de várias espécies, perturbação nos sistemas

cardiovascular e o neuroendócrino (Waye et al., 2011), além dessa classe esta sendo

associada com a incidência da obesidade (Newbold et al., 2008).

Os contaminantes emergentes podem ser candidatos a futuras regulamentações, estando

apenas dependentes dos resultados das pesquisas relacionadas com os potenciais efeitos

destes nos ecossistemas e com os dados de monitoramento da respectiva ocorrência no

meio ambiente (Silva, 2010). Em muitos países, ações governamentais e não-

governamentais buscam definir parâmetros universais de debate sobre o tema, incluindo-se

a minimização de substâncias químicas e o estabelecimento de normas e condutas (2°

WORKSHOP SOBRE CONTAMINANTES EMERGENTES EM ÁGUA PARA

CONSUMO HUMANO, 2010).

Os Estados Unidos por meio da Agência de Proteção Ambiental (Environmental

Protection Agency, EPA) divulgou sua segunda lista de produtos químicos e substâncias

para quais a EPA pretende emitir ordens de ensaio sob o Programa de Triagem de

Perturbadores Endócrinos (Endocrine Disruption Screening Program, EDSP). A EPA

estabeleceu o EDSP em resposta a seção 408 da Lei Federal de Alimentos, Medicamentos

e Cosméticos (Federal Food, Drug and Cosmetic, FFCDA) que aborda a Tolerância e

isenções para os resíduos químicos de pesticidas (EPA, 2010).

A União Européia estabeleceu uma lista de 553 substâncias classificadas como

substâncias candidatas e que seriam avaliadas como possíveis interferentes endócrinos

(Rodríguez-Gonzalo et al., 2010). Após estudos preliminares, uma segunda lista foi

emitida, abordando as substâncias prioritárias para maior avaliação dos seus efeitos

endócrinos. Essa nova lista apresenta 428 substâncias que pertencem a diferentes grupos

químicos, dentre eles estão contidos os alquilfenóis e seus derivados, benzoatos, cloretos

25

de alcanos, ftalatos, dioxinas/ furanos e bifenilpoliclorados. Destas substâncias 194

possuem clara evidência de efeitos no sistema endócrino (Comission of the European

Communities, 2007).

Vários consórcios foram criados em todo o mundo com o objetivo de avaliar a

complexa situação dos microntaminantes, o que revela a crescente preocupação mundial

com essas substâncias. Diversos assuntos são abordados e investigados, tais como o

monitoramento de substâncias estrogênicas em amostras de águas naturais (Austrian

Research Cooperation on Endocrine Modulators, ARCEM); a validação dos métodos de

ensaios que determinam as substâncias com potencial de desregulação endócrina

(Endocrine Disruptor Screening and Testing Advisory Committee, EDSTAC; Endocrine

Disrupter Testing and Assessment Task Force, EDTA); a identificação e caracterização de

todos os efeitos relatados (Environmental Disruptor Screening Program, EDSP;

Community Programme of Research on Endocrine Disrupters and Environmental

Hormones, COMPREHEND e o Committee on Toxicity, Ecotoxicity and the Environment,

CSTEE) entre outros (Bila et al., 2006).

Entidades brasileiras tem tomado consciência do problema e as questões que envolvem

contaminantes emergentes têm sido debatidas. Exemplos disso foram os Workshops sobre

Contaminantes Emergentes em Águas para Consumo Humano realizados na Unicamp no

fim de 2009 e início de 2011 (1° WORKSHOP SOBRE CONTAMINANTES

EMERGENTES EM ÁGUA PARA CONSUMO HUMANO, 2009; 2° WORKSHOP

SOBRE CONTAMINANTES EMERGENTES EM ÁGUA PARA CONSUMO

HUMANO, 2011). Os eventos foram coordenados por Wilson Jardim e foram voltados

para a participação de representantes de concessionárias de água e esgoto, membros de

agências ambientais municipais, estaduais e federais, representantes de comitês de bacias

hidrográficas, representantes governamentais e do poder legislativo, além de

pesquisadores, professores e alunos de pós-graduação, especialistas em química analítica e

ambiental, toxicologia e ecotoxicologia, engenharia e saneamento ambiental, dentre outras

áreas de interesse. Tendo-se em vista a carência de informações sobre o tema no Brasil, o

Workshop contou com a participação de pesquisadores nacionais e estrangeiros,

especialistas em diferentes áreas, que proferiram palestras, e participaram de discussões e

divulgaram assuntos relacionados à ocorrência de contaminantes emergentes no ambiente

(JARDIM, 2009). O Workshop sobre contaminantes emergentes em água concretizado no

34° RASBQ (Reunião Anual da sociedade Brasileira de Química), Florianópolis em 2011,

também é outro exemplo de tentativa de avaliar a situação brasileira quanto a esses

26

compostos e identificar grupos de pesquisa na área, bem como discutir subsídios à políticas

públicas quanto à exposição humana. O workshop foi coordenado por Wilson Jardim e

Maria Olimpia de Oliveira Rezende e contou com a participação dos pesquisadores: Tânia

Mara Pizzolato (UFRGS), Fernando Fabriz Sodré (UnB), Mary Rosa Rodrigues de Marqui

(UNESP), Robson José de Cássia Franco Afonso (UFOP) (34° RASBQ, 2011).

3.2.1 Fontes de contaminação

A principal fonte de contaminação de microcontaminantes no meio ambiente é o

lançamento de esgotos domésticos, tratados ou não, em cursos de água (Bila et al., 2007).

As ETEs (Estações de Tratamento de Esgoto) recebem um grande espectro de

contaminantes das águas residuais domésticas e/ou industrial, que não são completamente

eliminados durante o processo de tratamento. Assim, nas saídas das ETEs uma mistura

complexa de contaminantes, incluindo os contaminantes e os seus metabólitos são

descarregados para os rios. Em muitos locais, as águas do efluente tratado são diluídas com

água a partir de outras fontes. As concentrações dos microcotaminantes presentes em águas

podem aumentar ou diminuir dependendo das concentrações e do fluxo de contaminantes

despejadas nas águas superficiais (Yoon et al., 2010).

Os fármacos, drogas de abuso, hormônios são continuamente liberados no meio

ambiente principalmente através de excreções urinárias ou fecais e pela disposição

inadequada de fármacos não utilizados ou com expiração do prazo de validade (Gros et al.,

2006; Van Nuijs et al., 2011; Bila et al., 2007). Os produtos de higiene e limpeza pessoal

são eliminados continuamente no meio ambiente através das descargas de esgotos

domésticos e industriais (Silva, 2010). Outro exemplo de rota de contaminação de

microcontaminantes pode ser o composto proveniente do lodo digerido e do estrume,

usados como fertilizante na agricultura, que são capazes de promover a contaminação das

águas subterrâneas e superficiais. Os excrementos da criação de animais (gado, porcos,

galinha, etc.) são considerados fontes potenciais de contaminação por fármacos e

estrógenos no ambiente (Veras, 2006).

A figura 3.3 representa um esquema simplificado das principais fontes de

contaminação dos microcontaminantes no meio ambiente.

http://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.jsp?id=K4780133P3http://lattes.cnpq.br/6392594590302380http://lattes.cnpq.br/6392594590302380http://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.jsp?id=K4705095Z9http://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.jsp?id=K4781403E2

27

Microcontaminantes

Efluentes das ETEs

Efluentes

industriais

Lodos

Figura 3.3: Principais fontes de contaminação de Microcontaminantes no meio ambiente.

Fonte: Adaptada (Silva, 2010).

3.2.2 Classes de Microcontaminantes

Podem ser incluídos como microcontaminantes compostos pertencentes às classes de

produtos farmacêuticos e de higiene pessoal, hormônios naturais e sintéticos, plastificantes,

subprodutos de detergentes, retardantes de chama, aromatizantes, conservantes,

subprodutos industriais e drogas ilícitas (Rodil et al., 2012; Sodré et al., 2010; Andrews et

al., 2012). Sendo que as classes estudadas nesse trabalho serão abordadas com mais

detalhes.

28

FÁRMACOS

Fármacos são substâncias biologicamente ativas e persistentes reconhecidas como

uma ameaça permanente para a estabilidade ambiental. Dados de ecotoxicidade crônica,

bem como informações sobre os níveis atuais de distribuição nos diferentes

compartimentos ambientais continuam a ser escassos e concentram a atenção nas classes

terapêuticas mais frequentemente prescritas e consumidas. (Santos et al, 2007).

Os produtos farmacêuticos pertencem à classe de microcontaminantes orgânicos

emergentes que mais têm chamado à atenção dos pesquisadores, devido aos números

crescentes de utilização de medicamentos (Silva e Collins, 2011). Cerca de 3000 diferentes

compostos são utilizados como componentes de medicamentos na medicina humana e

veterinária. Eles abragem uma grande variedade de estruturas químicas (Ternes, 2001).

Essa extensa utilização tem sido considerada alarmante em países desenvolvidos, como é o

caso da Alemanha, onde o consumo de medicamentos superou, desde 2001, a quantidade

de 100 toneladas por ano. A quantidade real de medicamentos consumidos é ainda maior,

pois nesses dados não estão inclusos medicamentos consumidos sem receituário médico ou

adquiridos ilegalmente. No caso do Brasil, os números de consumo de medicamentos

podem ainda ser maiores, porém ainda não há dados disponíveis (Silva e Collins, 2011).

Esses compostos presentes no ambiente podem interagir com a biota do meio

interferindo significativamente na fisiologia, no metabolismo e no comportamento das

espécies, podendo ocasionar severos danos ao organismo humano e aos demais seres vivos.

Alguns podem ocasionar efeitos secundários como, por exemplo, alteração na defesa

imunológica de organismos tornando-os mais suscetíveis a doenças (Belizário et al., 2009).

Além de oferecer riscos para os animais aquáticos, no caso de antibióticos, podem

ocasionar a resistência bacteriana (González et al., 2012).

Antibióticos

Os antibióticos pertencem a classe de medicamento que é intensamente utilizada

para combater infecções bacterianas. A ocorrência de antibióticos no meio aquático é de

preocupação ecotoxicológica devido à alteração potencial que pode ocorrer no

ecossistema. A exposição prolongada a baixas doses de antibióticos leva à proliferação

seletiva de bactérias resistentes, o que poderia transferir os genes de resistência a outras

espécies de bactérias (Velicu et al., 2009). Podendo ocasionar o aparecimento de bactérias

patogênicas resistentes, acarretando graves problemas de saúde pública (Belizário et al.,

29

2009). Os antibióticos também possuem o potencial de afetar a comunidade microbiana em

sistemas de esgotos. A inibição de bactérias presentes em águas residuais pode afetar

seriamente a degradação da matéria orgânica (Van Nuijs et al., 2011).

Anti-inflamatórios e Analgésicos

Os anti-inflamatórios e analgésicos são um dos grupos de medicamentos mais

comercializados em todo o mundo. Nos Estados Unidos, estima-se que cerca de 17 milhões

de pessoas usam essas substâncias diariamente, pois várias delas podem ser obtidas sem

prescrições. Calcula-se, por outro lado, que aproximadamente 60 milhões de prescrições

sejam feitas anualmente. A maioria dos usuários são adultos e idosos (Chahade et al.,

2008).

Reguladores Lipídicos

Fármacos moduladores do metabolismo de lipídeos são frequentemente prescritos

no mundo e têm como objetivo diminuir a concentração de triglicérides e colesterol no

sangue sendo conhecidos assim como reguladores lipídicos. Essa classe de fármacos pode

ser dividida em dois grupos: o das estatinas e o dos fibratos. Os fibratos constituem uma

importante classe largamente utilizada para o tratamento de hiperlipidemias (elevação dos

níveis plasmáticos de colesterol e triglicérides). Dentro do grupo dos fibratos, podemos

destacar o bezafibrato e a genfibrozila. Recentemente, bezafibrato foi incluído na lista dos

medicamentos mais utilizados no mundo (Queiroz, 2011). Quinn e colaboradores (2008)

evidenciaram em seu trabalho que a genfibrozila e o bezafibrato afetam significativamente

a alimentação e o crescimento da espécie Hidra attenuata, pertencente ao filo dos animais

aquáticos chamado cnidário. A genfibrozila foi classificada como tóxica e o bezafibrato

como prejudicial para organismos não-alvo (Quinn et al., 2008).

Antifúngicos

Substâncias azólicas são muito utilizadas como princípio ativo em medicamentos

antifúngicos para homens e animais. Pesquisas têm revelado o potencial impacto de alguns

antifúngicos no sistema endócrino de organismos aquáticos. Alguns antifúngicos azólicos

como o miconazol têm sido frequentemente detectados em água residuárias e superficiais

(Queiroz, 2011).

Estimulante

30

A cafeína é uma das drogas mais consumidas em todo o mundo (Braga, et al.,

2000). Ela é um estimulante encontrado em analgésicos como a Neosaldina® (Gishelli,

2006). Também está presente em diversas espécies de plantas, é encontrada em chás, café,

cacau, guaraná, chocolate e nos refrigerantes (Braga, et al., 2000). Ela é considerada um

excelente traçador de atividades antropogênicas na qualidade das águas. Se for encontrada,

é muito provável encontrar outros compostos da classe chamada contaminantes emergentes

(Reynol, 2010).

A tabela 3.1 Apresenta as estruturas químicas e as propriedades físico-químicas de

cada uma das classes de fármacos estudados neste trabalho.

31

Tabela 3.1: Estrutura e propriedades físico-químicas das classes dos fármacos estudados.

Classe Nome Fórmula

molecular MM LogKow pka

Solubilidade

em água

(mg/L)

Estrutura Química

Antibiótico

Azitromicina C38H72N2O12 748,9845 4,02 8,74 7,09

Ciprofloxacina C17H18FN3O3 331,3415 0,28 6,09 3,00 × 104

Claritromicina C38H69NO13 747,9534 3,16 8,99 2,17 × 10²

Sulfametoxazol C10H11N3O3S 253,278 0,89 5,80 6,10 × 102

http://fr.wikipedia.org/wiki/Carbonehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Hydrog%C3%A8nehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Fluorhttp://fr.wikipedia.org/wiki/Fluorhttp://fr.wikipedia.org/wiki/Oxyg%C3%A8nehttp://en.wikipedia.org/wiki/Carbonhttp://en.wikipedia.org/wiki/Hydrogenhttp://en.wikipedia.org/wiki/Nitrogenhttp://en.wikipedia.org/wiki/Nitrogen

32

Trimetoprima C14H18N4O3 290,3177 0,91 7,12 4,00 × 102

Anti-

inflamatório

e analgésico

Acetaminofeno

(paracetamol) C8H9NO2 206,2808 0,34 4,54 3,0 × 10

4

Ácido

acetilsalicílico C9H8O4 180,1574 1,19 3,50 4,6 × 10

4

Diclofenaco C14H11Cl2NO2 296,149 4,51 4,20 2,37

Ibuprofeno C13H18O2 206,2808 3,72 4,54 4,10 × 10

Naproxeno C14H14O3 230,2592 3,18 4,80 1,45 × 102

33

Reguladores

Lipídicos

Bezafibrato C19H20ClNO4 361,82 4,30 3,30 1,20

Genfibrozila C15H22O3 250,33 4,39 4,80 4,90

Anti-fúngico Miconazol C18H14Cl4N2O 416,129 6,10 6,70 0,76

Outros Cafeína

(Estimulante) C8H10N4O2 194,1906 -0,07 10,4 2,63 × 10

4

34

Cimetidina

(Anti-ácido

gástrico)

C10H16N6S 252,339 0,40 6,80 5,00 × 10³

Ranitidina

(Tramento de

úceras)

C13H22N403S 314,39 NE NE 24,70 × 103

Diltiazem

(Anti-

hipertensivo)

C22H26N2O45 414,518 2,70 8,06 4,65 × 102

Nota: MM: Massa Molecular, Kow: Coeficiente de Partição octanol/água, NE: Não Encontrado.

Fontes: (Nödle et al., 2010; Queiroz, 2011; Wikepedia; Drug Bank; PubChem).

35

PLASTIFICANTES

O bisfenol-A é um monômero polar de policarbonato, é usado pra revetimento de

produtos de alimentos enlatados, cubas de armazenamento de vinho, recipientes de água.

Plásticos de policarbonato são usados para fabricar garrafões de água, reutilizáveis (Céspedes

et al., 2006; Diana et al., 2011). Outras aplicações incluem a sua utilização como um anti-

oxidante na produção de pneus, intermediário na síntese de resinas epóxi, retardadores de

chama, como aditivo em papéis térmicos ou revestimentos de papel (Voutsa et al., 2006). Ele

tem sido apontado como um produto químico com poder de perturbar o sitema endócrino,

devido à sua capacidade de imitar a ação de hormônios estrogênicos endógenos (Kunz, et al.,

2011). Ocorre no ambiente principalmente, nos efluentes de plantas industriais de produção

de produtos plásticos e de aterros sanitários (Céspedes et al., 2006).

Ftalatos têm sido utilizado há mais de 50 anos principalmente na fabricação de PVC, e em

um menor grau em resinas, bem como na fabricação de plastificantes para materiais de

construção e de decoração, embalagens de alimentos e repelentes de insetos (Liang et al.,

2008; Céspedes et al., 2006; Diana et al., 2011). Também podem ser encontrados em

produtos tais como: tintas, adesivos e cosméticos (Diana et al., 2011). Eles são facilmente

liberados e podem migrar para os alimentos, bebidas e água potável a partir dos materiais de

embalagem ou de engarrafamento ou processos de fabricação (Diana et al., 2011). Ftalatos

possuem baixa solubilidade em água (3 μg/L) e, quando liberados no ambiente aquático, eles

tendem a adsorver fortemente as partículas em suspensão e sedimentos (Céspedes et al.,

2006). Como conseqüência, o bis(2-etilhexil)ftalato e o dietilftalato constituem os ftalatos

mais onipresente encontrados em águas residuais (Céspedes et al., 2006). Os ftalatos bis(2-

etilhexil)ftalato e o dietilftalato mostraram efeitos estrogênico em ensaios in vitro (Diana et

al., 2011).

SUBPRODUTOS DE DETERGENTES

Os detergentes representam um dos grupos de produtos químicos orgânicos com

maiores taxas de produção e utilização em todo o mundo, com uma tendência ascendente.

Eles são utilizados, não só como detergentes industriais e domésticos, mas também em

emulsificantes, tintas, antiespumante e adjuvantes de pesticidas (Gonzalez et al., 2012;

Voutsa et al., 2006). Nonilfenol e octilfenol são os principais subprodutos da degradação de

alquilfenoletoxilatos, que são utilizados como agentes tensoativos não iônicos nos produtos de

36

limpeza, desinfectantes e formulações de pesticidas. (Diana et al., 2011). Sua ocorrência

comum em águas superficiais é certamente devido à sua ampla utilização doméstica e

industrial. Eles são encontrados na água e no material particulado em suspensão presente na

água doce, marinha e em sedimento de águas residuais (Céspedes et al., 2006).

O nonilfenol e octilfenol causam alterações no sistema endócrino e por isso estão

incluídos na lista das 32 substâncias prioritárias da European Water Framework Directive,

cujo principal objetivo é prevenir e evitar a contaminação da água na União Europeia.

Também estão incluídos na lista poluentes prioritários US EPA. (Céspedes et al., 2006).

Desde Janeiro de 2005, houve uma restrição na Europa sobre a venda e utilização de produtos

que contenham mais de 0,1 % de 4-nonilfenol etoxilatos ou 4-nonilfenol ( Diana et al., 2011).

HORMÔNIOS NATURAIS E SINTÉTICOS

A estrona e o 17β-estradiol são hormônios esteróides naturais responsáveis pelas

características secundárias femininas, agem no controle da ovulação, no desenvolvimento e

preparo cíclico do sistema reprodutor feminino para a fertilização e implantação do óvulo, e

podem também influenciar no crescimento, desenvolvimento e comportamento das fêmeas

(Queiroz, 2011). São produzidos em níveis elevados durante a gravidez, sendo excretados

pelas mulheres grávidas por volta de 7 µg/ dia de estrona e 2,4 µg/ dia de 17β-estradiol

(Velicu et al., 2009).

O 17α-etinilestradiol é um estrógeno sintético, derivado do 17β-estradiol, sendo um

bioativo oral usado em muitas formulações modernas de pílulas de contraceptivos orais e na

terapia de reposição hormonal (Moreira et al., 2011; Grover et al., 2011). A existência do

grupo metil a mais em sua estrutura, em relação ao 17β-estradiol, confere um maior potencial

estrogênico e também o torna mais resistente ao metabolismo fazendo com que grande parte

do que é excretado chegue inalterado à rede de esgoto. Como os tratamentos de esgoto

convencionais são ineficientes frente à degradação/remoção desse composto, grande parte é

lançada aos corpos d’água, chegando intactos ao meio ambiente (Andrew et al., 2010).

Esses hormônios agem como interferentes endócrinos podendo influenciar no

desenvolvimento de plantas, animais ou humanos (Stuart et al., 2012). A presença destes

compostos em compartimentos aquáticossão preocupantes, pois exibiram efeitos de

feminização de peixes em baixíssimas concentrações, no trabalho reportado por Grover e

colaboradores (2011).

37

A tabela 3.2 apresenta as estruturas químicas e as propriedades físico-químicas de cada

uma das classes dos demais microcontaminantes (plastificantes, hormônios e subproduto de

detergentes) estudados neste trabalho, que apresentam comprovados efeitos interferentes em

sistemas endócrinos.

38

Tabela 3.2: Estrutura e propriedades físico-químicas dos plastificantes, hormônios e subproduto de detergentes estudados.

Classe Nome Fórmula

molecular MM

Log

Kow pKa

Solubilidade

Em água

(mg/L)

Estrutura Química

Plastificantes

Bisfenol-A C15H16O2 228,2863 3,32 10,2 1,73 × 102

Bis(2-etilhexil)ftalato C24H38O4 390,5561 7,45 NE 0,29

Dietilftalato C12H14O4 222,0893 3,15 NE 6,87 × 10

Subprodutos de

detergentes

4-nonilfenol C15H24O 220,3505 4,48 10,7 1,57

4-octilfenol C14H22O 206,3239 5,50 10,4 3,11

39

Hormônio Naturais

Estrona C18H22O2 270,3661 3,13 10,5 1,47 × 102

17β-Estradiol C18H24O2 272,382 3,94 10,4 8,19 × 10

Hormônio Sintético 17α-etinilestradiol C20H24O2 296,403 3,67 10,4 1,16 × 102

Nota: MM: Massa Molecular, Kow: Coeficiente de Partição octanol/água, NE: Não Encontrado.

Fontes: (Nödle et al., 2010; Queiroz, 2011; Wikepédia; PubChem).

40

3.3 Métodos analíticos utilizados para determinar microcontaminantes em matrizes

ambientais

Um crescente número de metodologias analíticas tem sido reportado na literatura para a

determinação de microcontaminantes orgânicos, tanto de águas superfíciais quanto de águas

residuais. As análises instrumentais são normalmente realizadas por cromatografia em fase

gasosa (gas chromatography, GC) ou cromatografia em fase líquida (liquid chromatography,

LC), podendo serseguidas por acoplamento a espectrometria de massa (mass spectrometry,

MS). GC/MS só pode ser aplicada com sucesso por um número limitado de compostos, sendo

mais apropriada para compostos não-polares e de baixa temperatura de ebulição, é possível

analisar polares, porém esses necessitam de uma derivatização, que em alguns casos são

trabalhosas e muitas vezes irreprodutíveis. Por outro lado, a rápida evolução no campo da

LC/MS a transformaram em uma técnica essencial para a determinação de contaminantes

emergentes ambientais. LC/MS ganhou popularidade devido a sua versatilidade,

especificidade e seletividade, sendo aplicada como um método de escolha para a análise de

microcontaminantes em amostras ambientais complexas e águas residuais (Gros et al., 2006).

As principais fontes de ionização empregadas em LC/MS são: ionização por

eletronebulização (electrospray ionization, ESI), ionização química à pressão atmosférica

(atmospheric pressure chemical ionization, APCI) e fotoionização à pressão atmosférica

(atmospheric pressure photoionization, APPI) (Wick et al., 2010; Cai and Syage, 2006). Cada

tipo de interface possui um mecanismo específico de ionização, logo são influenciadas de

maneira distinta em relação à produção dos íons, sendo assim cada técnica possui sua

especialidade e limitações (Antignac et al., 2005; Matuszewski, 2006; Remane et al., 2010).

A seguir é descrito os mecanismos de ionização das fontes usadas nesse trabalho (APCI e

ESI).

Princípio de ionização do ESI:

Os modelos propostos para a formação de íons pelo ESI envolvem reações, ainda em

meio líquido, de transferência de cargas, que ocorrem na superfície das gotículas, quando o

solvente passa pelo capilar mantido à alta tensão (kV). Sendo que durante a evaporação do

solvente acontecem sucessivas reduções de tamanho das gotículas devido às repulsões

Coulombicas (figura 3.4). As transferências destes íons para a fase gasosa no ESI são

explicadas pelos modelos de ion-evaporação, modelo de carga residual ou pelo modelo

eletroquímico. Na realidade, é de se esperar que todos estes processos de transferência de íons

41

da fase líquida para a fase vapor possam estar acontecendo, dependendo do analito e das

condições operacionais da fonte de ionização. Os processos de competição por carga entre o

analito e outros componentes da matriz podem levar a variações significativas nas

quantidades formadas de íons do analito, quando comparado com padrões em solvente puro.

Figura 3.4: Esquema dos componentes de uma fonte ESI.

Fonte: Adaptado (Kostiainen e Kauppila., 2009).

Para este tipo de fonte de ionização os solventes ideais são aqueles que apresentam

menores valores de tensão superficial, ponto de vaporização, energia de solvatação, e valores

de condutividade satisfatórios, sendo que apenas solventes polares e de média polaridade são

empregados (Kostiainen e Kauppila, 2009).

Princípio de Ionização da APCI

A formação de íons pela APCI envolve reações químicas entre íons e moléculas

neutras dos analitos, que ocorrem na fase gasosa. Os íons reativos são produzidos pela

interação dos elétrons, advindo da descarga elétrica promovida pela corona, produzida pela

grande diferença de potencial aplicada em uma agulha em contato com o gás do solvente

circundante. Uma série de reações promovem a geração de íons reativos que interagem com

as moléculas neutras dos analitos presentes, transferindo carga para os mesmos. As reações de

ionização primárias, promovida pela descarga da corona, ocorrem com as espécies presentes

na atmosfera, tais como nitrogênio, dióxido de carbono, oxigênio e os solventes próticos,

usados como fase móvel (água/metanol). Posteriormente essas espécies passam a reagir com o

analito através da transferência de prótons ou reações de troca de carga, ionizando o analito. O

calor utilizado pela APCI permite que a fase móvel e os analitos estejam na fase gasosa para

42

ocorrerem às reações de transferência de cargas (Kostiainen and Kauppila, 2009). A figura 3.5

apresenta um esquema do funcionamento da APCI.

Figura 3.5: Esquema dos componentes de uma fonte APCI

Fonte: Adaptado (http:// www. bris.ac.uk/ nerclsmsf/ techniques/ hplcms.html).

A fase móvel ideal na APCI é aquela constituída de solventes que apresente energia

dos íons (por exemplo, afinidade prótica no modo positivo, afinidade eletrônica no modo

negativo e menor energia de ionização em ambos os casos) favorável às reações químicas de

ionização dos analitos, sendo que tanto solventes polares como não-polares podem ser usados

(Kostiainen e Kauppila, 2009; Gao et al., 2005).

3.3.1 Efeito Matriz

Vários autores têm reportado a ocorrência da supressão ou aumento do sinal causado

pela influência dos componentes da matriz ou outros interferentes presentes nas amostras

(Cappiello et al., 2008; Niessen et al., 2006; Kruve et al., 2008; Gosetti et al., 2010; Ismaiel

et al., 2007; Dussault et al., 2009; Mei et al., 2003; Gru et al., 2010; Kruve et al., 2011). Esse

fenômeno, também conhecido como efeito matriz, é uma das desvantagens mais relevantes

das técnicas de LC-MS. O efeito da matriz é definido pela IUPAC como o “efeito combinado

de todos os componentes da amostra, diferentes do analito, sobre a medição da quantidade. Se

um componente específico pode ser identificado como causador de um efeito, então este é

referido como um interferente” (IUPAC, 2006).

Os mecanismos do efeito matriz no processo de ionização usados em LC/MS ainda

não estão totalmente esclarecidos (Cappiello et al., 2008; Benijts et al., 2004). Dentre os

mecanismos propostos, supõe-se que haja uma competição entre os analitos e os componentes

43

da matriz na etapa de formação dos íons, na interface do espectrômetro de massas.

Dependendo do ambiente em que o processo de ionização e de evaporação dos íons aconteça,

esta competição pode efetivamente diminuir ou aumentar a formação dos íons dos compostos

de interesse (Matuszewski et al., 2003).

Vários tipos de espécies podem ser capazes de afetar a eficiência de ionização dos

analitos. Elas podem ser espécies endógenas, componentes presentes na amostra que

permanecem mesmo após o pré-tratamento ou extração. Dentre elas estão incluídas: as

espécies iônicas (eletrólitos inorgânicos, sais), compostos polares (fenóis, sulfonatos de arila)

e outras moléculas orgânicas (carboidratos, aminas, uréia, lipídios, peptídeos, ácidos

orgânicos), em geral, outros compostos ou metabólicos caracterizados por uma estrutura

química semelhante à do analito alvo (Gosetti et al., 2010; Mallet et al., 2004; Pris et al.,

2008). Ou espécies exógenas, materiais advindos de fontes externas, tais como