AVALIAÇÃO DA CALIBRAÇÃO EM LA-ICP-MS USANDO PAPEL FILTRO PARA DETERMINAÇÃO DE Br e I EM PLANTAS

ISBN 978-85-85905-21-7

Área

Química Analítica

Autores

Voss, M. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA) ; Nunes, M.A.G. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA) ; Enders, M.S.P. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA) ; Nascimento, M.S. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA) ; Dressler, V.L. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA)

Resumo

Neste trabalho foi investigado a utilização de papel filtro como um procedimento de calibração para a determinação de Br e I em amostras de plantas medicinais por ablação com laser combinada à espectrometria de massa com plasma indutivamente acoplado (LA-ICP-MS). A exatidão dos resultados obtidos por LA-ICP-MS através da análise de CRM e comparação com os resultados obtidos por ICP-MS mostraram-se adequadas (80 a 95 %). O procedimento possibilitou a análise direta de halogênios em amostras de plantas, dessa maneira o procedimento de calibração com papel filtro e padrões aquosos mostrou-se bastante simples e rápido. Os resultados obtidos são promissores para a aplicação da análise direta de plantas medicinais por LA-ICP-MS.

Palavras chaves

Plantas; Halogênios; LA-ICP-MS

Introdução

Os halogênios como bromo (Br) e iodo (I), podem estar naturalmente presentes nas plantas e permanecem durante o processamento até o produto final. Dependendo da concentração ingerida, esses elementos podem desencadear uma série de complicações ao organismo. Deste modo, um controle rigoroso das plantas utilizadas para fins medicinais tornou-se importante para garantir a qualidade do produto e, sobretudo, a saúde dos usuários (BALUNAS et al., 2005; ANVISA, 2010). Entre as técnicas mais utilizadas para a determinação de halogênios, cita-se a cromatografia de íons (IC), a espectrometria de emissão óptica com plasma indutivamente acoplado (ICP-OES), a espectrometria de massa com plasma indutivamente acoplado (ICP-MS) e a potenciometria com eletrodo íon seletivo (ISE). Entretanto, previamente à etapa de determinação, faz-se necessário o tratamento das amostras, geralmente com o objetivo de obter uma solução aquosa adequada às técnicas utilizadas para a determinação. Além disso, outros aspectos precisam ser observados para a escolha do método de preparo de amostra, tais como o uso de soluções diluídas, frequência de análise e massas elevadas de amostra. Porém, contemplar todos estes aspectos é difícil e, quando se visa a determinação de halogênios, a escolha do método de preparo de amostra torna-se um desafio devido aos riscos de contaminação e perdas pela formação de espécies voláteis (KRUG, 2010; FLORES, 2014). Os métodos utilizados para a decomposição das amostras de plantas são relativamente simples, porém alguns desses métodos podem não ser adequados para a determinação de halogênios, sendo passíveis de erros relacionados à contaminação ou perda de elementos voláteis, além de serem morosos quando comparados aos métodos de análises diretas (MELLO et al., 2013; VIRGÍLIO et al., 2012). Dessa maneira, a ablação com laser combinada com espectrometria de massa com plasma indutivamente acoplado (LA-ICP-MS) é uma ferramenta importante, pois possibilita a determinação da concentração e da distribuição espacial dos elementos em quantidades de amostra na ordem de microgramas, sendo considerada uma técnica praticamente não destrutiva por utilizar picograma a fentograma de massa de amostra, além de não necessitar do preparo de amostra e ter elevada frequência de análise (RUSSO et al., 2002). No entanto, a análise quantitativa de amostras sólidas por LA-ICP-MS é dependente da etapa de calibração, que visa estabelecer uma correlação matemática adequada do sinal analítico com a concentração do analito na amostra. Os problemas associados a essa limitação não estão relacionados apenas ao preparo de padrões sólidos, mas também à produção de vapores não representativos da amostra durante a ablação da mesma, efeitos de transporte do aerossol, atomização e ionização dos elementos no plasma (MILISZKIEWICZ et al., 2015). Esses efeitos são chamados de fracionamento elementar, e estão diretamente relacionados com a matriz da amostra, dessa forma é necessário que os padrões utilizados para a calibração por LA-ICP-MS devam representar a matriz das amostras analisadas, com a melhor semelhança possível, de forma a contornar os efeitos adversos (NUNES, et al., 2016; GÜNTHER & HATTENDORF, 2005) Neste sentido o objetivo desse trabalho buscou estudar a aplicabilidade do papel filtro, para reproduzir a matriz de materiais botânicos e possibilitar um procedimento de calibração rápido e adequado para análise direta de amostras de plantas medicinais e determinação de Br e I.

Material e métodos

As amostras de plantas medicinais utilizadas neste trabalho foram adquiridas em mercado local (Santa Maria, Brasil). Previamente ao uso, as amostras foram cominuídas em moinho de facas (diâmetro <1 mm) e prensadas na forma de comprimidos. O equipamento de ablação a laser (LA) foi utilizado para a análise de Br e I, operando em comprimento de onda de 266 nm, acoplado a um espectrômetro de massa com plasma indutivamente acoplado (ICP-MS). Para as determinações por LA-ICP-MS, a câmara de nebulização foi removida e a tubulação para o transporte dos vapores gerados durante a ablação foi conectada diretamente no tubo injetor da tocha de quartzo. Para a comparação dos resultados obtidos por LA-ICP-MS, as amostras de plantas foram decompostas por combustão iniciada por micro-ondas (Barbosa, et al., 2013) e as determinações foram realizadas por ICP-MS. As condições operacionais do LA-ICP-MS, como velocidade de varredura, energia, diâmetro do feixe, vazão do gás carreador, foram anteriormente avaliadas por Nunes, et al., (2016) e utilizadas no presente trabalho. A calibração foi realizada utilizando um disco de papel filtro (17 mm de diâmetro) como suporte para as soluções de referência. Um volume de 40 µL de solução foi adicionado sobre o papel filtro. Após a adição da solução, foi realizada a secagem durante 2 min a 80 ºC. Para a ablação, o papel filtro foi fixado sobre uma lâmina de vidro com fita dupla-face e inserido na câmara de ablação. A ablação foi realizada na forma de linha, com 3 linhas paralelas de 5 mm de comprimento, representando assim três leituras do mesmo ponto (n=3). Para a elaboração das curvas de calibração com e sem correção com 13C, a intensidade média dos três sinais obtidos foi relacionada com a concentração de analito no papel (µg g-1), estabelecida em função do volume e concentração de solução padrão adicionada e da massa do papel filtro utilizado. Para a condição de normalização com 13C, a intensidade do analito foi dividida pela intensidade do 13C da leitura correspondente. Os padrões para a calibração foram preparados a partir de soluções estoque de sais de KBr e KI em água, na faixa de 0,5 até 50 mg L-1, correspondendo a uma faixa de concentração no papel filtro de cerca de 1,0 a 120 µg g-1. Os limites de detecção (LD) e quantificação (LQ) do método de LA-ICP-MS foram estimados a partir da ablação de 10 linhas do ponto correspondente ao branco contendo 40 µL de água ultrapura, considerando a relação I + 3 s e I + 10 s, respectivamente, onde I é a intensidade média dos sinais das 10 linhas e s é o respectivo desvio padrão. Os valores de intensidade obtidos para cada analito foram interpolados nas curvas de calibração correspondentes. A exatidão foi avaliada com a análise de CRM de plantas, além da comparação dos resultados obtidos por ICP-MS, após decomposição das amostras.

Resultado e discussão

As condições de ablação são fundamentais para a obtenção bons resultados, no caso de análise de plantas por LA-ICP-MS, os trabalhos desenvolvidos empregam o modo de ablação contínuo. Esse procedimento é adotado em virtude do uso de equipamentos de ICP-MS sequenciais, e a ablação contínua da amostra possibilita a aquisição de um sinal mais estável, resultando em uma melhor precisão nas determinações, uma vez que esse tipo de material pode ser bastante heterogêneo. Nas análises por LA-ICP-MS, tanto o espectrômetro de massa quanto o sistema de ablação devem ser otimizados para obtenção da melhor relação sinal/ruído. No que se refere ao sistema de detecção, uma intensidade de sinal suficiente que permita a quantificação dos analitos, com boa precisão e exatidão, é desejada, sem que haja a saturação da intensidade do sinal nas razões m/z de interesse. As condições utilizadas para o procedimento de calibração e análise das amostras de planta estão mostradas na Tabela 1. A calibração por LA-ICP-MS utilizando papel filtro consistiu na adição de 40 µL de uma solução de referência de Br e I com concentrações de 0,5 a 50,0 mg L-1 em água ultra pura. Foi utilizado um disco de papel filtro, previamente pesado, para cada ponto da curva de calibração. A concentração correspondente a cada ponto, expressa em µg g-1, foi determinada a partir da massa do papel filtro e da quantidade de analito presente nos 40 µL de cada solução de referência. O ponto correspondente ao branco da calibração foi preparado a partir da adição de 40 µL de água ultra pura sobre um disco de papel filtro também pesado. Cada papel filtro foi inserido individualmente na câmara de ablação, após fixação com fita dupla-face sobre uma lâmina de vidro. Para cada ponto da curva de calibração, foram marcadas três linhas de aproximadamente 5 mm de comprimento sobre o papel. Cada linha foi ablada nas condições informadas na Tabela 1. Todas as intensidades foram processadas para obtenção das curvas de calibração com a normalização com 13C, considerando as intensidades médias das três linhas de ablação. As curvas de calibração obtidas para os isótopos 79Br e 127I estão mostradas na Figura 1. Como pode ser observado na Fig. 1, não foi possível realizar a calibração até a concentração de 120 µg g-1 em virtude da perda de linearidade para os dois analitos monitorados. Dessa forma, foi estabelecido o limite de 60 µg g-1 para a quantificação de Br e I por LA-ICP-MS. Os limites de detecção (LD) foram determinados a partir da ablação de 10 linhas em um papel filtro previamente pesado, com adição de 40 µL de água ultra pura. Os limites de detecção para Br e I foram de 7,5 e 0,25 µg g-1, respectivamente. Após o preparo dos comprimidos para a análise por LA-ICP-MS, as amostras de camomila, gengibre e melissa foram submetidas à análise por LA-ICP-MS, para a determinação de Br e I. Foram utilizadas as condições de 1350 W de potência de radiofrequência do ICP-MS, 20% de energia do laser, frequência de pulso do laser de 20 Hz, diâmetro do feixe de 200 µm e velocidade de varredura de 150 µm s-1. Para avaliação da exatidão das determinações, uma amostra de material de referência certificado (CRM) de material botânico (BCR 60 - Aquatic Plant) contendo 20 µg g-1 de Br foi analisada por LA-ICP-MS. Cada comprimido de amostra e CRM foram ablados em três linhas com 5 mm de comprimento cada. Adicionalmente, os resultados obtidos pelo procedimento proposto foram comparados com a análise das amostras por ICP-MS, após decomposição por MIC. Os resultados por LA-ICP-MS e ICP-MS estão mostrados na Tabela 2. A partir dos resultados mostrados na Tabela 2 foi possível avaliar a viabilidade do procedimento proposto para a finalidade de calibração e determinação de Br e I em plantas medicinais por LA-ICP-MS. A comparação entre os resultados obtidos por LA-ICP-MS e as concentrações determinadas por ICP-MS nas amostras decompostas foi feita a partir da avaliação estatística (t-Student, p < 0,05). De acordo com os resultados obtidos, é possível considerar que grande parte dos valores obtidos por LA-ICP-MS não têm diferença significativa em relação aos resultados obtidos por ICP-MS. No entanto, valores de RSD foram superiores para as análises por LA. Essa variação pode estar associada, principalmente, a variações na homogeneidade das partículas em cada amostra, assim como à diferente distribuição dos elementos nas partículas que constituem os comprimidos. Adicionalmente, a avaliação da exatidão das determinações por LA-ICP-MS foi feita a partir da análise de um material de referência certificado de planta. Embora o CRM utilizado possua somente o valor informado para Br, o resultado obtido indica que a concentração determinada foi próxima ao valor informado. A utilização do papel filtro com soluções de referência possibilitou a simplificação do procedimento de calibração, além da aplicação para uma ampla faixa de concentrações de Br e I. Esses fatores são críticos nas aplicações envolvendo LA-ICP-MS, pois o uso de CRMs para calibração é uma das principais estratégias empregadas, mas a aplicabilidade do procedimento é limitada pela quantidade de elementos certificados, além da necessidade de concentrações distintas de um mesmo elemento em cada CRM utilizado, de forma a obter curvas de calibração com uma ampla faixa de concentração.

Conclusões

O principal objetivo do trabalho foi apresentar uma nova metodologia de calibração para a análise quantitativa de Br e I em plantas utilizando a técnica de LA-ICP-MS. Muitas estratégias têm sido desenvolvidas para diferentes tipos de aplicações, mas nenhuma delas ainda pode ser considerada universal. A utilização do papel filtro como uma forma de representar a matriz celulósica de materiais vegetais, servindo ainda como suporte para a calibração com soluções de referência, mostrou-se adequada para a finalidade desejada. O procedimento desenvolvido permitiu a simplificação do preparo das amostras, uma vez que após a moagem, o único procedimento necessário antes da determinação foi a obtenção de um comprimido da amostra. Com relação às demais estratégias já desenvolvidas para a análise de plantas por LA-ICP-MS, o procedimento proposto neste trabalho possibilitou contornar algumas limitações comumente mencionadas em outros procedimentos, como a indisponibilidade de CRMs com uma ampla faixa de concentração para diversos elementos, limitando a faixa de calibração ou os procedimentos geralmente morosos para o preparo de padrões sólidos, a partir de amostras previamente caracterizadas e enriquecidas com os elementos de interesse, uma vez que o procedimento de calibração com papel filtro e padrões aquosos mostrou-se bastante simples e rápido. Os resultados obtidos são promissores para a aplicação da análise direta de plantas medicinais por LA-ICP-MS, podendo ser utilizada para caracterização desse tipo de matriz e emprego entre as metodologias de controle de qualidade em amostras de origem vegetal.

Agradecimentos

Os autores agradecem a Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES), e Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientifico e Tecnológico (CNPQ), po

Referências

ANVISA, Farmacopeia Brasileira, 5ª ed., 2010, pp. 13-195.
BALUNAS, M. J., et al., Life Sciences, v. 78, p. 431-441, 2005.
BARBOSA, J., Bromine, chlorine and iodine determination in soybean and its products by ICP-MS after digestion using microwave-induced combustion, Food Analytical Methods v.6, p.1065-1070, 2013.

FLORES, É. M. M., Microwave-Assisted Sample Preparation for Trace Element Determination, Elsevier, 2014, 77-142.
GÜNTHER, D., HATTENDORF, B., Solid Samples analysis using laser ablation indictively coupled plasma mass spectrometry, Trac-Trends in Analytical Chemistry, v. 24, p.255-265, 2005.
KRUG, F. J., Métodos de preparo de amostra: fundamentos sobre preparo de amostras orgânicas e inorgânicas para análise elementar, 2010, pp. 184-247.
MELLO, P., et al., Analytical and Bioanalytical Chemistry 405 (2013) 7615-7642.
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NUNES, M. A. G., et al. External calibration strategy for trace element quantification in botanical samples by LA-ICP-MS using filter paper, Analytica Chimica Acta, v. 905, p. 51–57, 2016.
RUSSO, R. E., et al., Talanta, v.57, p. 425-451, 2002.
VIRGÍLIO, A., et al., Spectrochimica Acta Part B-Atomic Spectroscopy, v.78, p. 58-61, 2012.