ESTUDO DE SISTEMA AQUOSO BIFÁSICO COMPOSTO POR ISOPROPANOL E SULFATO DE MAGNÉSIO

ISBN 978-85-85905-23-1

Área

Química Verde

Autores

Rocha Caldeira, A.C. (UFMG) ; Coelho Sampaio, F. (UFV) ; Teles de Faria, J. (UFMG)

Resumo

O sistema aquoso bifásico (SAB) é formado pela mistura de duas substâncias hidrofílicas e água, que sob determinadas condições termodinâmicas separa-se em duas fases imiscíveis, tendo água como componente principal. SAB tem sido estudado como alternativa à extração líquido-líquido tradicional em processos de extração/purificação de biomoléculas, aplicação que requer o conhecimento de dados de equilíbrio. Assim, dados de equilíbrio para SAB composto de isopropanol e sulfato de magnésio a 25 °C foram obtidos. A curva binodal obtida pôde ser descrita pelos modelos avaliados. Verificou-se ainda que o aumento na concentração dos componentes da mistura resultou no aumento do comprimento da linha de amarração, resultando em sistemas com fases com propriedades intensivas mais distintas entre si.

Palavras chaves

Equilíbrio de fase; Região Bifásica; Extração líquido-líquido

Introdução

O sistema aquoso bifásico (SAB) é uma técnica de extração líquido-líquido que tem ganhado destaque em processos de concentração, isolamento e purificação. Os sistemas aquosos são compostos por duas substâncias hidrofílicas que sob determinadas condições de concentração, pH, pressão e temperatura levam à formação de duas fases imiscíveis (CHAKRABORTY e SEN, 2016). Tais sistemas podem ser formados por dois polímeros, polímero e sal, líquido iônico e sal, ou álcool e sal (RUIZ et al., 2012). Nas últimas décadas, os SAB vêm sendo estudados como uma alternativa à extração líquido-líquido tradicional, tendo seu primeiro estudo sido desenvolvido em 1986 pelo bioquímico sueco Albertsson (PHONG et al., 2018). A partir de então os SAB tem sido amplamente avaliado quanto à extração e purificação de biomoléculas como proteínas, material genético, bionanopartículas, células, organelas, antibióticos, antioxidantes, anticorpos, enzimas e corantes (ASENJO e ANDREW, 2011; CARDOSO et al., 2014; WU et al., 2014). À adequação dos SAB para concentração, separação e purificação de diversas biomoléculas se deve ao fato de a água ser o componente principal (majoritário) desses sistemas. Além disso, vantagens como a baixa toxicidade, baixos custos, baixa tensão interfacial, baixa viscosidade e alta eficiência de extração/purificação, principalmente para sistemas compostos por álcool e sais (LI et al., 2015), possibilitam tais aplicações. Entretanto para o emprego de SAB na extração/purificação de biocompostos há a necessidade de se conhecer o comportamento das fases nos sistemas em diferentes composições. Dessa forma, o presente trabalho teve como objetivo determinar os dados de equilíbrio (curva binodal e diagrama de fases) do SAB composto por sulfato de magnésio e isopropanol a 25 °C.

Material e métodos

A curva binodal foi obtida a 25 °C por titulação turbidimétrica (ALBERTSSON, 1971), na qual titulou-se 1,6 g de isopropanol (50% m/m) com a solução salina (25% m/m) e vice-versa até turvação da mistura. Água deionizada foi adicionada para tornar a mistura límpida novamente e o procedimento foi repetido até serem obtidos 34 pontos. A composição dos sistemas nesses pontos foi determinada pela massa total e das quantidades de solução salina, álcool e água adicionados antes da turvação.Equações (1-4) (MERCHUK et al., 1998) foram ajustadas aos dados experimentais da curva binodal: Y=A*exp(B*x^0,5-C*X^3) <1> Y=A+B*X^0,5+C*X <2> Y=A+B*X^0,5+C*X+D*X^2 <3> Y=exp(A+B*X^0,5+C*X+D*X^2) <4> Sendo Y e X as concentrações de isopropanol e sulfato de magnésio, respectivamente, e A, B, C e D as constantes obtidas pela regressão dos dados experimentais.Para obtenção das linhas de amarração, três sistemas com composição global distinta foram obtidos a partir da pesagem de quantidades apropriadas dos componentes em tubos de acordo com a curva binodal obtida, de modo a obter 8 g de SAB. Os tubos foram agitados e deixados em repouso por 24 h a 25 °C em BOD para atingirem o equilíbrio. Após esse período, as fases foram separadas e pesadas. A concentração dos componentes das fases foi determinada pelo método gravimétrico (MERCHUK et al., 1998), utilizando um conjunto de quatro equações (5-8). O comprimento da linha de amarração (CLA) foi determinado pela equação 9: Ys=exp(A+B*Xs^0,5+C*Xs+D*Xs^2) <5> Yi=exp(A+B*Xi^0,5+C*Xi+D*Xi^2) <6> Ys=(α*(Ym-Yi))+Ym <7> Xm=(α*(Xi-Xm))+Xs <8> CLA=[(Xs-Xi)²+(Ys-Yi)²]^0,5 <9> sendo os subscritos s, i e m correspondente às fases superior e inferior, e composição global, respectivamente, e α é a razão entre a massa da fase inferior e massa da fase superior.

Resultado e discussão

A curva binodal e as linhas de amarração (LA) obtidas para o SAB formado por isopropanol e MgSO4 a 25 °C são apresentadas na Figura 1, enquanto as constantes de regressão das equações 1-4 ajustadas aos dados da curva binodal, bem como o coeficiente de determinação (R²) e a raiz quadrada do erro médio (RMSE) são apresentados na Tabela 1. Verifica-se pela Tabela 1 que todos os ajustes avaliados foram satisfatórios (R² > 99,57% e RMSE < 0,6777), indicando que todas as equações podem ser utilizadas para determinar a composição de mistura dos pontos que compõem a curva binodal. As composições das misturas globais e de suas fases superior e inferior, obtidas pelo conjunto das equações 5-8 utilizando-se os coeficientes de regressão da equação 4, a qual apresentou melhor ajuste à curva binodal (menor RMSE e maior R2), são apresentadas na Tabela 2, juntamente com o comprimento da linha de amarração (CLA). Nota-se pela Figura 1 e Tabela 2 que o aumento da composição global de isopropanol e sulfato de magnésio proporcionou o aumento do comprimento da linha de amarração. Espera-se, portanto, uma maior diferença entre as propriedades intensivas das fases com o aumento da composição global (MICHELA et al., 2015), uma vez que a diferença dessas propriedades aumenta com o aumento da diferença de composição entre as fases, ou seja, com o aumento do CLA. Resultados semelhantes foram observados por PIMENTEL e colaboradores (2017) em estudo realizado com 2-propanol e Na2SO4/MgSO4, no qual foi analisado o efeito do salting-out no equilíbrio dos SAB.

Conclusões

A curva binodal e dados de equilíbrio de fases foram obtidos para o SAB composto por isopropanol e sulfato de magnésio a 25 °C. Verificou-se que o aumento da concentração de isopropanol e sulfato de magnésio na mistura global proporcionou o aumento do comprimento da linha de amarração. As equações avaliadas apresentaram um bom ajuste aos dados experimentais da curva binodal e podem ser utilizadas para descrever a curva binodal adquirida pela titulação turbidimétrica.

Agradecimentos

À PRPq/UFMG pelo apoio financeiro e à PROBIC/FAPEMIG pela bolsa de iniciação científica.

Referências

ALBERTSSON, PER AKE. Partition of Cell Particles and Macromolecules: Distribution and Fractionation of Cells, Mitochondria, Chloroplasts, Viruses Proteins, Nucleic Acids, and Antigen-antibody Complexes in Aqueous Polymer Two-phase Systems. 2d [Rev.] Ed. J. Wiley, 1971.

ASENJO, J. A.; ANDREWS, B. A. Aqueous Two-Phase Systems for Protein Separation: a perspective. Journal of Chromatography A, v. 1218, n. 49, p. 8826-8835, 2011.
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