Desenvolvimento e validação de metodologia analítica para determinação do teor de triacilgliceróis em biodieseis metílicos por espectrometria de ressonância magnética nuclear de hidrogênio
AUTORES: Kley, K.A. (ULBRA) ; Santos, S.J. (ULBRA) ; Fontoura, L.A.M. (ULBRA)
RESUMO: Os biodieseis, para serem comercializados, necessitam atender a padrões de qualidade determinados por órgãos responsáveis. Um dos teores monitorados pela legislação é o de triacilgliceróis, com teor máximo permitido de 0,2 % (m/m). Neste trabalho, a metodologia analítica de padronização externa e quantificação por curva analítica foi desenvolvida e validada para a determinação do teor de triacilgliceróis em biodiesel metílico de óleo de soja. A curva foi construída na faixa de 0,10 a 0,35 %. Ensaios de recuperação asseguraram a exatidão dos métodos. Os limites de quantificação foram estabelecidos inferiores a 0,2 %, atendendo, portanto, o teor máximo admitido pela legislação.
PALAVRAS CHAVES: biodiesel; triglicerídeos; RMN
INTRODUÇÃO: O biodiesel é um combustível derivado de óleos e gorduras de origem animal ou vegetal, composto por uma mistura de ésteres graxos metílicos ou etílicos e pode ser obtido por transesterificação de triglicerídeos (TG) ou por esterificação de ácidos graxos (Goldemberg, 2009). Para que possa ser comercializado, o biodiesel deve atender a uma lista de propriedades que garantam a sua qualidade. Estas propriedades são descritas na Resolução ANP N° 45 de 2014, que exige a determinação de propriedades físicas ou de performance. Com relação à composição, é exigido os teores de ésteres graxos, mono, di, triacilgliceróis, o glicerol e o álcool residual (Marques, et al. 2008). A Resolução da ANP N° 45 especifica um limite máximo aceitável de 0,2 % em massa de triacilglicerol no biodiesel. Esses teores limites de contaminantes garantem que não seja prejudicada a qualidade das emissões de queima, desempenho, integridade dos motores e segurança ao transportar e manusear o biocombustível (Lôbo, et al. 2009). A utilização de RMN- 1H permite o acompanhamento da reação de transesterificação e a avaliação de glicerídeos remanescentes, ácidos graxos, glicerol e álcoois livres em amostras de biodiesel (Doudin, 2021). No presente trabalho, uma metodologia analítica para determinação de teor de triacilgliceróis contaminantes em biodiesel de óleo de soja em rota metílica por RMN-1H foi desenvolvido e validado.
MATERIAL E MÉTODOS: Obtenção do oleato de metila: Em um balão de 250 mL mergulhado em um banho maria a 70 °C, com condensador de refluxo, foram introduzidos 90 mL de ácido oleico seguidos de 92 mL de metanol e de 0,9 mL de ácido sulfúrico concentrado. A mistura foi agitada vigorosamente por 90 min. A seguir, a mistura foi transferida para um funil de separação. A fase menos densa foi descartada e a fase inferior, lavada e purificada. Obtenção de biodiesel de óleo de soja: em um reator de vidro de 1 L com agitador mecânico, condensador de refluxo e banho termostatizado (70 ºC), foram introduzidos 165 mL do óleo de soja, seguidos de 3 g de gliceróxido de sódio e 85 mL de MeOH. A mistura foi agitada por 1 h na temperatura de refluxo. A seguir, a mistura foi transferida para um funil de separação, onde o glicerol foi descartado e o biodiesel, lavado e purificado. Padronização externa e calibração por curva analítica: duas soluções matrizes de óleo de soja em oleato de metila com concentração aproximada de 0,5 % (A e B) foram preparadas. Para tanto, 50 mg de óleo de soja foram pesados em um béquer, seguidos de quantidade de oleato de metila para a obtenção de uma massa final de 10 g. Seis soluções de trabalho (1- 6) com concentrações de aproximadamente 0,10; 0,15; 0,20; 0,25; 0,30 e 0,35 % foram preparadas por diluição das soluções matrizes. A solução A foi utilizada para a preparação das soluções de trabalho pares e a solução B, para as ímpares. A aquisição dos espectros: 0,2 mL de amostra foram dissolvidos em 0,5 mL de CDCl3. Os espectros de RMN-H foram adquiridos em espectrômetro Varian Oxford 400 MHz com 64 scans e delay de 5 s. Os limites de detecção (LD) e quantificação (LQ) foram calculados como 3,3 e 10 vezes a razão do erro-padrão e da inclinação da curva analítica.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: Tendo sido obtido por esterificação do ácido oleico, o oleato de metila representa uma matriz isenta de TG e, por esta razão, foi usado na preparação das soluções de trabalho. A Figura 1 apresenta o espectro de RMN-1H da solução com 0,35 % de TG em oleato de metila. Os detalhes ampliados correspondem aos sinais cuja área foi monitorada. O dupleto em 4,27 ppm é atribuído a dois hidrogênios carbinólicos primários do triglicerídeo e estima a concentração do óleo contaminante. O tripleto em 2,403 ppm é um dos sinais satélites do tripleto do metileno α-carbonílico e é proporcional à concentração de biodiesel. No RMN, as áreas integradas não possuem valores absolutos e são estimadas a partir de uma área de referência, neste caso, do tripleto satélite. Com esta estratégia, a área do dupleto a 4,27 ppm de cada solução de trabalho foi integrada três vezes e lançadas em função da concentração de TG. Os pontos produziram uma reta com coeficiente angular de 236,88, linear de 18,72 e de determinação de 0,9988. A Tabela 1 apresenta os teores de TG nominais e os obtidos a partir da equação da reta. A partir destes dados, foram determinadas as recuperações encontradas na faixa de 97 a 103 %, usadas como avaliação da exatidão do método. Os desvios- padrão relativos de três determinações foram encontrados entre 0,6 a 6,3 % e expressam a precisão do método em nível de repetitividade. Os limites de detecção e quantificação foram estimados como 0,01 e 0,04 % respectivamente. O teor máximo de TG no biodiesel admitido pelas especificações da ANP é de 0,2 % em massa de biodiesel. Desta forma, o limite de quantificação do método é considerado adequado. Uma amostra de biodiesel metílico de óleo de soja teve o seu teor de TG contaminante determinado a partir da equação da reta e estimado em 0,6 %.
CONCLUSÕES: A abordagem da padronização externa e quantificação por curva analítica usando RMN de Hidrogênio como técnica instrumental foi empregada para a determinação de teor de triacilgliceróis em biodiesel metílico de óleo de soja. A curva analítica foi construída no intervalo de concentrações de 0,10 a 0,35 % em massa, e os resultados mostraram relação linear entre as respostas e as concentrações. Os limites de detecção e quantificação observados foram 0,01 e 0,04 % respectivamente, e são apropriados para a finalidade a que o método se destina. Além disso, o método mostrou repetitividade e exatidão.
AGRADECIMENTOS: Centro de Pesquisa em Produto e Desenvolvimento (CEPPED), Universidade Luterana do Brasil (ULBRA)
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: GOLDEMBERG, J. Biomassa e Energia. Química Nova, Vol 32, N° 3, 582-587, 2009.
MARQUES, M. V.; DA SILVA, C. F. G.; NACIUK, F. F.; FONTOURA, L. A. M. A Química, os processos de obtenção e as especificações do biodiesel. Analytica, N° 33, 72-87, 2008.
AGÊNCIA NACIONAL DO PETRÓLEO, GÁS NATURAL E BIOCOMBUSTÍVEIS. RESOLUÇÃO ANP N° 45, DE 25.8.2014. Brasília, 2014.
LÔBO, I. P.; FERREIRA, S. L. C.; CRUZ, R. S. Biodiesel: parâmetros de qualidade e métodos analíticos. Quím ica Nova, Vol 32, N° 6, 1596-1608, 2009.
DOUDIN, K. I. Quantitative and qualitative analysis of biodiesel by NMR spectroscopic methods. Fuel, 2021.
RIBANI, M.; BOTTOLI, C. B. G.; COLLINS, C. H.; JARDIM, I. C. S. F.; MELO, L. F. C. Validação em métodos cromatográficos e eletroforéticos. Química Nova, Vol 27, N° 5, 771-780, 2004.