VALIDAÇÃO DE MÉTODO EM CROMATOGRAFIA LÍQUIDA ACOPLADA A ESPECTROMETRIA DE MASSAS (CL-EM) PARA DETERMINAÇÃO DE CLORETO DE 1-ETIL-3-METILIMIDAZÓLIO EM ÁGUAS

ISBN 978-85-85905-25-5

Área

Ambiental

Autores

Lima, E.D. (UNIVERSIDADE ESTADUAL DA PARAÍBA - UEPB) ; Lopes, W.S. (UNIVERSIDADE ESTADUAL DA PARAÍBA - UEPB) ; Ramos, R.O. (UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA - UFPB)

Resumo

O Cloreto de 1-etil-3-metilimidazólio [EMIM][Cl] é um líquido iônico bastante utilizado em processos químicos. Sua quantificação em águas de uso potável se faz importante, pois este composto causa toxicidade aguda por ingestão oral, corrosão/irritação cutânea e lesões oculares graves/irritação ocular. O presente estudo apresenta a validação de um método em CL-EM para determinação de [EMIM][Cl] em águas. O método desenvolvido envolve um preparo de amostra simples, que compreende a diluição 1/1 (V/V) da amostra em metanol, além disso, os testes de recuperação indicaram que a detecção do analito não é afetada na presença de cloreto (5,5 mg/L), cálcio (0,8 mg/L), magnésio (1,15 mg/L), potássio (1,1 mg/L) e fósforo (0,01 mg/L). Todos os parâmetros validados atenderam as preconizações da ANVISA.

Palavras chaves

1-etil-3-metilimidazólio; Validação de método; CL-EM

Introdução

A constante otimização de processos industriais estimulou a busca por solventes menos agressivos, impulsionando pesquisas para que os VOCs (Volatile Organic Compounds) sejam gradativamente substituídos, em função dos seus elevados potenciais de poluição (WANG et al., 2016; MARIUM et al., 2017). Os líquidos iônicos (LI) são compostos orgânicos utilizados a temperatura ambiente, o que os tornam fortes candidatos para substituição VOCs, pois apresentam vantagens como: não inflamáveis, baixa pressão de vapor, podem ser reciclados e dispensam aquecimento (DOCHERTY e KULPA JR, 2005; SALAR-GARCÍA, et al., 2017). Além disso, osLI são líquidos em temperatura ambiente, podendo ser solubilizados em compostos orgânicos, inorgânicos ou polímeros, possibilitando controle de acidez e basicidade (CHU et al., 2015). Contudo, alguns LI podem causar danos ao ambiente e saúde humana, deste modo, o conhecimento das variações estruturais e dos teores destes compostos em águas é de elevada importância (YAN et al., 2014). A maioria das reações químicas nos processos industriais ocorrem em meio aquoso e os LI baseados em N,N- alquilimidazólio são solúveis em água. Estes compostos são muito estáveis e de difícil degradação, dentre os quais, destaca-se o Cloreto de 1-etil-3- metilimidazólio ([EMIM][Cl]). Este líquido iônico é utilizado com bastante frequência na extração de biomoléculas e também na catálise, para síntese de biocombustíveis (CHU et al., 2015). A Biblioteca Nacional de Medicina dos EUA, no banco de dados de farmacologia, descreve que Cloreto de 1-etil-3- metilimidazólio causa toxicidade aguda por ingestão oral, corrosão/irritação cutânea e lesões oculares graves/irritação ocular. Na indústria de papel, o Cloreto de 1-etil-3-metilimidazólio ([EMIM][Cl]) é um LI utilizado como intermediário no processamento da celulose, além disso, os efluentes proveniente desta atividade apresentam elevados valores de matéria orgânica recalcitrante (BINDER e RAINES, 2010). Os sistemas clássicos de tratamento (coagulação, floculação, decantação) não são suficientes para a eliminação dos LI nestes e em outros efluentes (SIEDLECKA et al., 2011). Deste modo, a ocorrência destes compostos em águas destinadas ao uso potável tem despertado preocupações, haja vista os prejuízos à saúde humana provocada pelos LI (DOCHERTY e KULPA JR, 2005; MARIUM et al., 2017). Os níveis de Cloreto de 1-etil-3-metilimidazólio em águas naturais é ordem de µg (SIEDLECKA et al., 2011). Neste sentido, faz-se necessário o desenvolvimento e validação de metodologias com capacidade de detecção deste composto em baixas concentrações (DOMÈNECH et al., 2001; GARCIA-SEGURA et al., 2016). O presente trabalho desenvolveu a validação de um método para quantificação de Cloreto de 1-etil-3-metilimidazólio [EMIM][Cl] utilizando CL- EM.

Material e métodos

Equipamentos: Neste estudo foi utilizado um Cromatógrafo UHPLC 3000 (Thermo Scientific, Waltham, MA, USA) com coluna de fase reversa C18, (150 x 2.1 mm, 3 μm), acoplado com Espectrômetro de Massas LCQ Fleet (Thermo Scientific, Waltham, MA, USA). Reagentes: Cloreto de 1-Etil-3-Metilimidazólio 99% e Metanol 99% foram obtidos a partir da Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA); Ácido fórmico 99% foi obtido através da Vetec (São Paulo, SP, Brasil). A água ultrapura tipo 1+ (18,2 MΩ cm) utilizada no preparação das soluções foi obtida com o purificador de água Master System MS 2000 (Gehaka, São Paulo, SP, Brasil), foi. Preparo dos padrões de calibração: A solução estoque e os padrões de Cloreto de 1-Etil-3-Metilimidazólio foram preparados por diluição em meio água/metanol 1/1 (V/V). A concentração da solução estoque foi 2000 µg/L. As recomendações do documento DOQCGCRE-008, de 2011 do INMETRO para construção de curva analítica descreve que são necessários, no mínimo, cinco pontos de concentrações distintas. Neste sentido, foram utilizados nove padrões com concentrações 100, 250, 500, 750, 1000, 2000, 3000, 4000 e 5000 µg/L. Para obtenção de íons detectáveis por espectrometria de massas, os padrões foram acidificados com adição de 0,1% (V/V) ácido fórmico. Infusão direta foi empregada nos testes de otimização dos parâmetros de operação do espectrômetro de massas. Na sequência procedeu-se a otimização dos parâmetros de operação do cromatógrafo já acoplado ao espectrômetro de massas. Os parâmetros de validação: linearidade, seletividade, precisão, exatidão, limite de quantificação (LQ) e o limite de detecção (LD) foram determinados conforme as preconizações da ANVISA, na Resolução n° 899 de 2003, e pelo INMETRO, no documento DOQCGCRE-008, de 2011.

Resultado e discussão

O procedimento de derivatização por protonação realizado nos padrões analíticos resultou na uma razão m/z de 111. A razão m/z 111 indica que, durante a protonação, a molécula de Cloreto de 1-Etil-3-Metilimidazólio perde um íon cloreto, passando da massa molecular 146 g/mol para a 111 g/mol. Os testes de otimização do cromatógrafo e do espectrômetro de massas indicaram que as configurações para maior resolução deste sinal analítico foram: • No cromatógrafo: Fase móvel Água/Acetonitrila; Modo de eluição Isocrático 30%; Vasão do eluente 0,1 mL/min; Temperatura da coluna 30°C; Temperatura do amostrador 25°C; Volume de injeção 10 µL. • No espectrômetro de massas: Polarização ESI +; Voltagem do spray 5000 V; Temperatura do vaporizador 350 °C; Temperatura do capilar de transferência de íons 250 ºC. O principal modo de varredura do MS utilizado neste trabalho é o Select Ion Monitoring (SIM). Quando se utiliza o modo de monitoramento do íon selecionado, os íons são previamente selecionados pelo operador, a fim de analisar apenas o que lhe interessa. Neste sentido, a determinação do parâmetro seletividade em sistemas analíticos com espectrômetro de massas é desnecessária, uma vez que, cada analito possui uma razão m/z característica. No cálculo da linearidade, cada padrão da curva analítica foi injetado em sextuplicata. A Figura 1(a) apresenta a curva média. A partir de regressão linear foi obtido R² 0,9979 para a Equação 1. (y = 558,07x + 66736 Equação 1). De acordo com ANVISA na Resolução n° 833 de 2003, o valor mínimo requerido para uma linearidade confiável é de 0,99. Desta forma, a curva analítica está em conformidade com esta preconização. A repetitividade intra-corrida foi empregado no cálculo da precisão. Seis injeções para cada nível de concentração foram realizadas e o parâmetro determinado foi o coeficiente de variação percentual, obtido por meio da Equação 2 (CV% = [DP/CMd]x100 Equação 2). Na qual: DP é o desvio padrão e CMd é o coeficiente angular da curva analítica. O sinal analítico registrado, a média das injeções, o desvio padrão para cada concentração e o coeficiente de variação são apresentados na Figura 1(b). O valor de CV% obtido em cada nível de concentração obedeceu ao limite de 20% recomendado pela Resolução n° 833 de 2003 da ANVISA. O valor médio de CV é de 4,17%, que também está conforme as recomendações desta resolução. No cálculo da exatidão, as concentrações testadas foram 100, 2000 e 5000 µg/L. As amostras para esta análise foram preparadas através do método de fortificação, no qual os padrões foram preparados pela a adição do analito em água mineral. Esta matriz foi empregada objetivando verificar a influência de cloreto (5,5 mg/L), cálcio (0,80 mg/L), magnésio (1,153 mg/L), potássio (1,11 mg/L) e fósforo (0,01 mg/L) na detecção do analito. O calculo da recuperação foi realizado pela Equação 3 (REC = [Vp/Vad]x100 Equação 3), em que: Vp é o valor predito e Vad é o valor adicionado. A Figura 1(c) apresenta os valores de concentração teórica, concentração experimental e os valores da exatidão calculados. De acordo com a Resolução nº 833 de maio de 2003 da ANVISA, exatidão calculada como recuperação não deve ser inferior a 85% nem superior a 120%. Os valores obtidos atende as exigências da resolução, apresentando exatidão média de 100,2%. No cálculo do limite de detecção, três curvas de calibração com concentrações próximas ao possível limite de detecção foram construídas e os dados do sinal analítico e coeficiente linear são apresentados na Figura 1(d). O limite de detecção e quantificação foram obtidos pelas equações 4 e 5, respectivamente. (LD= [DP/CA]x3 Equação 4); (LQ= [DP/CA]x10 Equação 5). Nas quais: DP é o desvio padrão entre os coeficientes lineares das três curvas, CA é o coeficiente angular da curva de calibração. O desvio padrão entre os coeficientes lineares apresentados na Figura 1(d) é 8036,40. O Coeficiente angular obtido pela curva de calibração da Figura 1(a) é 558,07. Desta forma, 43,20 µg/L é a menor quantidade detectável de Cloreto de 1-Etil-3-Metilimidazólio para este método. Foi obtido 144,00 µg/L como limite de quantificação.

(a) Curva de calibração (b) Valores obtidos para a precisão (c) Valores obtidos para a exatidão (d) Valores obtidos para o limite de detecção.

Conclusões

O método desenvolvido utiliza um preparo de amostra simples, que compreende a diluição 1/1 (V/V) da amostra em metanol, seguida de acidificação com ácido nítrico. Além disso, os testes de recuperação indicaram que a detecção do analito não é afetada na presença de cloreto (5,5 mg/L), cálcio (0,80 mg/L), magnésio (1,153 mg/L), potássio (1,11 mg/L) e fósforo (0,01 mg/L). A validação do método indicou que todos os parâmetros determinados atenderam as preconizações da resolução nº 899 de 29 de maio de 2003 da ANVISA e do documento DOQCGCRE-008 do INMETRO de 2011. Os limites analíticos obtidos possibilitam a detecção e quantificação do analito em baixas concentrações na escala de µg/L.

Agradecimentos

Referências

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