ÁREA
Química Analítica
Autores
Correia Goulart, A. (UFU) ; Machado Goulart, S. (IFG) ; Faria, A.M. (UFU)
RESUMO
Agrotóxicos são substâncias químicas utilizadas no controle de vetores considerados nocivos aos ecossistemas. Assim sendo, este trabalho teve como objetivo otimizar a extração sólido-líquido (ESL) e extração líquido-líquido (ELL) com partição a baixa temperatura (PBT) para análise dos agrotóxicos carbendazim, tiodicarbe, diuron, fipronil e clorpirifós em matrizes de solo e água. Foi aplicado planejamento fatorial 23 para avaliar os efeitos do volume de acetonitrila, tempo de agitação e força iônica. Em todos os ensaios, para ambos os métodos, foram obtidas porcentagens de recuperação superiores a 85 %. As análises estatísticas realizadas apontaram que 6 mL de solvente acetonitrila, 1 a 2 minutos de agitação e ausência de força iônica são condições ótimas para extração desses agrotóxicos.
Palavras Chaves
ELL-PBT; ESL-PBT; Contaminação
Introdução
Os agrotóxicos são substâncias químicas utilizadas para prevenir ecossistemas urbanos, rurais, agrícolas e aquáticos da ação danosa de espécies consideradas nocivas àquele sistema. A aplicação dos agrotóxicos tem como principais metas, aumentar a resistência e qualidade de produtos, minimizar os custos de produção e maximizar a produção das culturas (BRASIL, 2002). Devido ao uso exagerado e por vezes incorreto, uma das principais preocupações ambientais são os resíduos de agrotóxicos (SUN et al., 2018; MEFTAUL et al., 2020). Várias pesquisas têm encontrado princípios ativos de agrotóxicos em diferentes compartimentos ambientais, como, por exemplo, em água de superfície (RIBEIRO; DORES, 2013) e em sangue de anfíbios (MOREIRA et al., 2012). Desta forma, pesquisas voltadas para o desenvolvimento de métodos analíticos, capazes de identificar e quantificar concentrações de agrotóxicos, em diferentes tipos de matrizes, são primordiais. Dentre os compartimentos ambientais, o solo é considerado um reservatório de moléculas dos agrotóxicos. Independentemente do modo de aplicação, grande parte do princípio ativo entra em contato com esta superfície. Assim sendo, o solo atua como via de contaminação de outros compartimentos como, por exemplo: Águas de superfície, pelo processo de escoamento superficial; Águas subterrâneas, pelo processo de lixiviação e também a atmosfera, pelo processo de evaporação (OLIVEIRA; BRIGHENTI, 2011). Sendo assim, os componentes abióticos terrestres necessitam de estudos que visem a observação da contaminação do ar, água, solo, entre outros compartimentos. No monitoramento do ambiente, acerca da contaminação por agrotóxicos, a química analítica tem um papel fundamental. Isso porque os resíduos de agrotóxicos nas amostras, em muitos casos, se apresentam em concentrações muito baixas. Além disso, dependendo do tipo de amostra os componentes que a constitui interferem significativamente na detecção e identificação dos princípios ativos. Nesse sentido, as análises residuais de agrotóxicos são desafiadoras (BRITO et al., 2002; BRITO et al., 2003). Outro fato laborioso, a respeito das análises de agrotóxicos, é que em uma única amostra pode conter a presença de vários tipos de princípios ativos, por muitas vezes, com características de polaridade distintas. Sendo assim, é preciso investir em metodologias eficientes na detecção e quantificação de diferentes tipos de agrotóxicos em uma amostra. Nesse sentido, várias pesquisas têm direcionado seus estudos para análises multirresíduos em diferentes tipos de matrizes (MORAIS et al., 2014; COSTA et al., 2015; SILVA; FARIA, 2020). Os métodos de extração sólido-líquido (ESL) e extração líquido-líquido (ELL) com partição a baixa temperatura (PBT) têm sido considerados excelentes alternativas para a preparação da amostra na análise de resíduos de agrotóxicos. Vários estudos voltados a validação de métodos têm recorrido a ESL/ELL-PBT obtendo alta eficiência e aplicabilidade para vários tipos de matrizes e grande parte dos agrotóxicos disponíveis no mercado. A ESL/ELL-PBT já foi utilizada para matrizes de grãos (FREITAS et al., 2014; ÁVILA et al., 2020), ambientais (BARROS et al., 2019) e de interesse forense (GOULART et al., 2010) incluindo matrizes não convencionais como, por exemplo, larvas de cadáveres em decomposição (FRANÇA et al., 2015). Algumas vantagens discutidas e apresentadas na literatura sobre a ESL/ELL-PBT é a necessidade de baixos volumes de amostras e de solventes orgânicos e um número reduzidos de etapas, pois o processo de partição a baixa temperatura na maioria das vezes dispensa a utilização de filtros e adsorventes (GOULART et al., 2010; RODRIGUES et al., 2018; ÁVILA et al., 2020). Assim sendo, nesta pesquisa foram otimizados dois métodos analíticos ESL/ELL-PBT para a extração simultânea dos agrotóxicos carbendazim, tiodicarbe, diuron, fipronil e clorpirifós, em matrizes de solo e água.
Material e métodos
Equipamentos e condições cromatográficas Os equipamentos utilizados para o desenvolvimento e validação dos métodos ESL- PBT e ELL-PBT foram: cromatógrafo a líquido Shimadzu LC com detector UV-VIS Shimadzu SPD-20A; sistema de processamento/tratamento de dados LabSolutions Shimadzu; agitador de tubos vortex (Biomixer, velocidade 2.800 rpm, potência 60 W; freezer vertical (Modelo CVU20GB Consul). Para a realização das análises cromatográficas foram adotadas as seguintes configurações: Detector de UV a 213 nm; Coluna Kinetex 5 µm EVO C 18 - 150 X 4,6 mm; fase móvel composta por acetonitrila:H2O, modo gradiente (0,01 min - 45:55; 1,00 min - 45:55; 1,50 min - 25:75; 2,00 min - 15:85; 7,00 min - 15:85; 7,01 min - 55:45; 15,00 min - 55:45). Vazão da fase móvel: 0,8 mL min -1; Temperatura da coluna: 35 °C; Volume de injeção: 20 μL; e Tempo de análise: 10 minutos. Solventes utilizados e preparo da solução mistura dos agrotóxicos Os solventes utilizados foram: água ultrapura; acetonitrila grau 99,9 % UV/HPLC; metanol grau 99,9 % UV/HPLC; cloreto de sódio PA. Os padrões dos agrotóxicos utilizados no preparo da solução mistura foram: carbendazim pureza 98,2 %; tiodicarbe pureza 99,2%; diuron pureza 99,6 %; fipronil pureza 99,9 %; clorpirifós pureza de 99,9 %. A mistura, contendo os 5 agrotóxicos, foi preparada em acetonitrila na concentração de 100 mg L-1. Fortificação das matrizes Para a fortificação das matrizes, foi pesado 1,0 g de solo isento de agrotóxico em frascos com capacidade de 22 mL e foram medidos 2,0 mL de água ultrapura em frascos de 22 mL. Em seguida, em cada recipiente adicionou-se exatamente 200 μL ou 300 μL da mistura padrão de agrotóxicos. Após a fortificação, aguardou-se um período de 1 hora para que ocorresse a evaporação da acetonitrila e a interação dos agrotóxicos com as matrizes estudadas. Logo depois, foi iniciado o processo de extração e realizado o estudo de otimização. Otimização e validação dos métodos ESL-PBT e ELL-PBT Para a otimização dos métodos foi delineado um planejamento fatorial completo 23. Os fatores avaliados foram o tempo de agitação das amostras (1,0 min. ou 2 min. em vórtex), força iônica (adição ou ausência de 2% m/m de cloreto de sódio) e o volume do solvente extrator (4 mL ou 6 mL de acetonitrila). Foram realizados 8 experimentos em triplicata para ambas as matrizes estudadas. Posterior ao processo de extração cada sistema foi deixado sob refrigeração em temperatura de aproximadamente -20 °C para que ocorresse a partição a baixa temperatura. Após um período de 3 horas foi retirado 1 mL do sobrenadante para análise no cromatógrafo a líquido de alta eficiência.
Resultado e discussão
Taxa de recuperação dos agrotóxicos das matrizes de solo e de água.
Em todos os ensaios foram obtidas boas porcentagens médias de recuperação, para
os 5 agrotóxicos, em ambas as matrizes analisadas ficando entre 80 e 110 %. As
extrações dos agrotóxicos das amostras de solo proporcionaram médias de
recuperação entre 80 % e 98 %. Para as extrações dos agrotóxicos das amostras de
água, as porcentagens médias de recuperação ficaram entre 95 % e 109 %. Em
relação aos erros e desvios experimentais foi visto que os mesmos não foram
significativos, uma vez que o desvio padrão relativo (RSD) foi menor que 2,5 %
para todos os ensaios nas duas matrizes. As porcentagens de recuperação média e
desvio padrão relativo estão de acordo com as diretrizes preconizadas pelo guia
de validação de métodos analíticos de resíduos de agrotóxicos, documento SANTE
(2022). Segundo o documento normativo, porcentagens de recuperação entre 70 % e
120 % e desvios padrão relativo inferiores a 20 % são recomendados para métodos
analíticos destinados a determinação de resíduos de agrotóxicos.
Avaliação do efeito dos fatores estudados no planejamento fatorial
A estimativa da significância dos efeitos dos fatores, assim como a interações
entre eles, foram avaliadas com confiança de 95 % e significância de 5 % pelo
teste t de Student. Foi verificado que o aumento do volume de acetonitrila, de 4
mL para 6 mL, proporcionou resultados positivos na recuperação dos 5
agrotóxicos. Este aumento foi observado tanto na matriz solo quanto na matriz
água. Percebe-se que ao nível de 95 % de confiança e 5 % de significância, a
análise estatística aferiu que o aumento na extração é significativo apenas para
os agrotóxicos carbendazim, diuron e fipronil, em ambas as matrizes. Observa-se
que houve, respectivamente, um acréscimo de 33,2 %, 17,2 % e 20,6 % na
recuperação destes princípios ativos na matriz de solo. Para a matriz de água é
verificado, na mesma ordem, um aumento de 40,3 %, 14,4 % e 20,9 % na extração
dos 3 agrotóxicos.
Uma possível explicação para o efeito positivo do fator quantidade de solvente,
na matriz solo, é que os agrotóxicos carbendazim, tiodicarbe, diuron, fipronil e
clorpirifós apresentam altos valores de coeficiente de adsorção à matéria
orgânica (Koc). Esta característica atribui aos princípios ativos de moderada a
forte adsorção ao solo (PPDB, 2023; PUBCHEM, 2023). A elevação da concentração
de acetonitrila implica no aumento de moléculas deste solvente orgânico no
sistema, maior número de moléculas resulta no aumento da superfície de contato,
entre a acetonitrila e os princípios ativos, favorecendo a dessorção dos
agrotóxicos.
Os efeitos significativos do fator quantidade de solvente na matriz água pode
ter sido ocasionado pela maior hidrofobicidade dos princípios ativos. Estes
compostos apresentam coeficientes de partição octanol-água (LogP) superiores a
1,5. Além disso, os 5 agrotóxicos apresentam baixa solubilidade em água e alta
solubilidade em solventes orgânicos (PPDB, 2023; PUBCHEM, 2023). Desta forma,
por apresentarem maior afinidade ao solvente orgânico, os ensaios com maior
volume de acetonitrila apresentaram maiores porcentagens de recuperação.
A força iônica é uma variável importante e que vem sendo continuamente estudada
no processo de otimização dos métodos ESL-PBT e ELL-PBT (PINHO et al., 2010;
MORAES et al., 2014; COSTA et al., 2015; RODRIGUES et al., 2018; BARROS et al.,
2019). Foi observado que o acréscimo de 2% de força iônica não gerou respostas
significativas na extração dos agrotóxicos nas matrizes solo e água. As
respostas de porcentagens médias para os sistemas com a presença de força iônica
ou ausência de força iônica foram estatisticamente similares.
Resultados semelhantes foram verificados por Pinho et al. (2010), que avaliaram
a presença de força iônica para extração de clorpirifós, λ-cialotrina,
cipermetrina e deltametrina em tomate; por Costa et al. (2015) que alteraram a
força iônica da amostra na tentativa de melhorar a recuperação na determinação
multiresidual de vários agrotóxicos em amostras de alface. Em todos os estudos
citados as porcentagens de recuperação dos analitos não apresentaram diferença
estatística com a alteração da força iônica do sistema de extração.
Foram testados dois tempos de agitação em agitador do tipo vórtex, 1 ou 2 min de
agitação. A variação dos tempos de agitação não foi estatisticamente
significativa para a maioria dos agrotóxicos nas duas matrizes. A variação no
tempo de agitação foi significativa apenas para o diuron e somente na matriz de
água. Ao elevar o tempo de agitação no vórtex a extração deste princípio ativo
da água houve um aumento de 13,4 % na taxa de recuperação.
Freitas et al. (2014) ao otimizar a ESL-PBT para a extração dos agrotóxicos
bifentrina e pirimifós-metílico em grãos de milho verificaram que a variação do
tempo de agitação, de 1 a 3 min no vórtex, não resultou no aumento significativo
da recuperação dos princípios ativos estudados. Vieira et al. (2007) também não
obtiveram aumento estatisticamente significativo nas porcentagens de recuperação
de piretróides de amostras de água na otimização do método ELL-PBT.
Métodos ESL/ELL-PBT otimizados para determinação dos 5 agrotóxicos
Para a matriz solo as etapas de extração consiste em pesar 1,0 g de solo,
acrescentar 2 mL de água deionizada, adicionar 6 mL do solvente orgânico
acetonitrila, agitar por 1 minuto em agitador do tipo vórtex, deixar sob
refrigeração a -20 °C por no mínimo 3 horas, posteriormente, retirar uma
alíquota de 1 mL para análise em cromatógrafo a líquido de alta eficiência. Para
a análise na matriz água, é necessário medir 2 mL de água, acrescentar 6 mL de
acetonitrila, agitar por 2 minutos em vórtex, resfriar a amostra por no mínimo 3
horas a -20 °C e por fim, retirar uma alíquota do sobrenadante para análise em
cromatógrafo a líquido de alta eficiência nas condições indicadas.
Conclusões
A otimização dos métodos ESL-PBT e ELL-PBT resultou em taxas de recuperação satisfatórias dos resíduos de carbendazim, tiodicarbe, diuron, fipronil e clorpirifós nas matrizes de solo e água. Os fatores e níveis avaliados no planejamento fatorial proporcionaram porcentagens médias de recuperação acima de 85 %. Foi observado que o fator tipo de solvente interfere significativamente na recuperação da maioria dos agrotóxicos estudados nas matrizes de solo e de água. Em contrapartida, a força iônica e o tempo de agitação não influenciaram significativamente na recuperação dos agrotóxicos. Sendo assim é possível concluir que os métodos ESL-PBT e ELL-PBT otimizados neste trabalho são eficientes e podem ser aplicados no monitoramento dos agrotóxicos carbendazim, tiodicarbe, diuron, fipronil e clorpirifós nas amostras de água e solo, desta forma, pretende-se realizar os procedimentos para validação dos referidos métodos. Além disso, posteriormente à validação pretende-se aplicar os mesmos em matrizes reais de águas e solos.
Agradecimentos
Às agências de fomento, CNPq e CAPES, ao Laboratório de Equipamentos Multiusuário do Pontal -FINEP (01.13.0371.00), ao Núcleo de Pesquisas em Química de Goiás (NUPEQUI), à UFU e ao IFG, campus Itumbiara.
Referências
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