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Quim Nova, Vol 33, No 2, 329-336, 2010 Fernanda F Heleno, Aniel C Lima, Robson J C F Afonso e Mauricio X Coutrim* Departamento de Química, Universidade Federal de Ouro Preto, Campus Morro Cruzeiro, s/n, 35400-000 Ouro Preto – MG, Brasil Recebido em 2/3/09; aceito em 18/8/09; publicado na web em 21/1/10 Artigo OTIMIZÃO E VALIDÃO DE MÉTODOS ANALÍTICOS PARA DETERMINAÇÃO DE BTEX EM ÁGUA UTILIZANDO EXTRAÇÃO POR HEADSPACE E MICROEXTRÃO EM FASE SĨLIDA EVALUATION 0F ANALYTICAL METHODS FOR BTEX ANALYSIS IN WATER USING EXTRACTION BY HEADSPACE (HS) AND SOLID PHASE MICROEXTRACTION (SPME) Three analytical methods for the determination of BTEX in water were optimized and validated With the best method the analytes were extracted of 10 mL of sample with 2.50 g of NaCl in headspace vial of 20 mL by HS and SPME to 40 oC for 30 for adsorption and to 250 oC for for desorption and were analyzed by GCMS The recovery was between 97.9% and 104.3%, and the limit of detection was 2.4 ng L-1 for o-xylene This method was using to analyze BTEX in water supply and surface water in Ouro Preto city No sample had concentrations of BTEX above the legislation Keywords: SPME; headspace; BTEX INTRODUÇÃO Os compostos aromáticos, especialmente os hidrocarbonetos monoaromáticos denominados BTEX (benzeno, tolueno, etilbenzeno e os isômeros de xileno), estão entre os principais contaminantes das ỏguas A presenỗa destes compostos estỏ comumente associada a deposiỗừes atmosféricas, vazamentos de petróleo e alguns de seus derivados, efluentes químicos industriais, dentre outros, devido alta toxicidade, representa um risco saỳde humana e animal A exposiỗóo humana a estes compostos pode levar ao desenvolvimento de problemas de saúde, desde irritaỗóo de olhos, mucosas e pele, passando por enfraquecimento sistema nervoso central, depressão da medula óssea, até o desenvolvimento de câncer, no caso benzeno, um composto classificado pela Organizaỗóo Mundial de Saỳde como potente agente carcinogờnico.1 No Brasil, o Ministério da Saúde, através da Portaria 518/04, determina que os valores máximos permitidos (VMP) para benzeno, tolueno, etilbenzeno e xilenos em água para consumo humano são de 5, 170, 200 e 300 mg L-1, respectivamente.2 Devido necessidade de se analisar esses compostos em baixas concentraỗừes, os mesmos são isolados da matriz ambiental e analisados por cromatografia a gỏs (CG) e detecỗóo por ionizaỗóo em chama (DIC) ou espectrometria de massas (EM), porém, os métodos analíticos mais sensíveis recorrem a processos de prộ-concentraỗóo ẫ muito raro se encontrar uma pesquisa publicada para a determinaỗóo de BTEX em ỏgua com injeỗóo direta da amostra por causa dos baixos limites de detecỗóo exigidos da anỏlise.3 Dessa forma, muitas tộcnicas de extraỗóo tờm sido empregadas para aumentar o limite de detecỗóo de BTEX em ỏgua e dentre elas destacam-se a utilizaỗóo de headspace estático e dinâmico,4-8 de purga e trapeamento,4,9-13 e de microextraỗóo em fase súlida com imersóo direta da fibra na amostra,14 ou com os analitos extraídos na fase headspace.5,15-23 Novos mộtodos de extraỗóo e concentraỗóo de BTEX e outros compostos orgõnicos volỏteis visando simplicidade e diminuiỗóo dos limites de detecỗóo tờm sido propostos.11,24-27 A extraỗóo de BTEX da amostra por headspace (HS), acoplado ou não a um sistema de microextraỗóo em fase súlida (MEFS), seguida pela anỏlise com cromatografia a gỏs, ộ o modo mais utilizado para avaliaỗóo desses compostos em água.4-8,14-23 Isso se dá principalmente devido aos baixos limites de detecỗóo obtidos com essas tộcnicas, da simplicidade ponto de vista instrumental, além de que os pro*e-mail: mcoutrim@iceb.ufop.br cedimentos dispensam o uso de solventes extratores e manipulaỗóo excessiva de amostra A eficiờncia dos mộtodos de extraỗóo por HS ou MEFS sofre a influência de alguns parâmetros experimentais, tais como salinidade, temperatura, tempo de extraỗóo e proporỗóo entre as fases Com relaỗóo salinidade, o efeito da forỗa iụnica pode aumentar ou diminuir as quantidades extraídas, dependendo composto e da concentraỗóo sal Em geral a forỗa iụnica reduz ou aumenta a solubilidade analito na matriz, de acordo com a polaridade mesmo.28 É recomendado o uso de altas temperaturas em HS devido melhor transferência de massa Em MEFS, a influờncia da temperatura na partiỗóo analito entre a fase estacionária e a amostra pode ser descrita em termos cinéticos e termodinâmicos Teoricamente a quantidade extraída aumenta com a temperatura, devido melhor transferência de massa; contudo, para um processo exotérmico o aumento de temperatura diminui o valor coeficiente de partiỗóo entre a fibra e o analito Portanto, diminuindo-se a temperatura aumenta-se a quantidade de analito extraída Existe assim uma quantidade máxima extraída que depende da temperatura e das caracterớsticas sistema de extraỗóo (amostra/fibra).29 O tempo útimo para a extraỗóo ộ definido como o tempo necessário para que o equilíbrio entre as fases seja estabelecido A quantidade máxima extraída por MEFS, por se tratar de um processo de partiỗóo, ộ obtida quando o equilớbrio entre o analito e a fase estacionária é estabelecido Para compostos que possuem coeficiente de partiỗóo menor, o tempo necessỏrio para estabelecer o equilíbrio é longo e, nesse caso, o tempo útimo ộ definido a partir da otimizaỗóo de vỏrios parõmetros.29 A relaỗóo entre o volume de amostra e o volume de headspace é um parâmetro importante que afeta a eficiờncia da extraỗóo Planejamentos fatoriais sóo extremamente ỳteis para medir os efeitos (ou influências) de uma ou mais variáveis na resposta de um processo O usual é realizar um planejamento com dois níveis, os quais são identificados como nível superior (+) e inferior (-) Em geral, para n níveis fator k, o planejamento torna-se um fatorial nk, onde o número mínimo de experimentos corresponde ao resultado desse fatorial.30 Planejamento experimental multivariado tem sido utilizado para a otimizaỗóo das condiỗừes experimentais de extraỗóo de BTEX de ỏgua.19 Para que um sistema funcione adequadamente dentro das condiỗừes de anỏlise para as quais foi desenvolvido é necessário que seja validado Os parâmetros que necessitam ser calculados durante o processo de validaỗóo podem variar de acordo com o tipo de ensaio.31 Os parâmetros analớticos normalmente encontrados para validaỗóo 330 Heleno et al de mộtodos cromatogrỏficos sóo: seletividade, linearidade e faixa de aplicaỗóo, precisóo, exatidóo, limite de detecỗóo, limite de quantificaỗóo e robustez.32 Trờs mộtodos para anỏlise de BTEX em ỏgua utilizando extraỗóo por headspace e microextraỗóo em fase súlida headspace seguidas de cromatografia a gỏs com detecỗóo por ionizaỗóo em chama (CG-DIC) e espectrometria de massas (CG-EM) foram avaliados Os métodos foram validados nas condiỗừes otimizadas pelo planejamento experimental multivariado BTEX em amostras ambientais de águas superficiais e de abastecimento coletadas em Ouro Preto, MG, foram extraídos por MEFS HS e analisados por CG-EM, um dos métodos avaliados PARTE EXPERIMENTAL Reagentes Os reagentes benzeno, 99,7%, benzoato de etila, orto-, meta- e para-xileno e etilbenzeno, todos 99%, foram obtidos da SigmaAldrich®; o cloreto de sódio, 99%, e metanol, 99,8%, da J.T.Baker®; e o tolueno, 99,5%, da Vetec Quớmica Fina Ltda As soluỗừes contendo os padrões de BTEX foram preparadas todos os dias, em ỏgua ultrapura, Milli-Qđ, a partir da diluiỗóo de uma soluỗóo metanúlica estoque padróo, contendo benzeno, tolueno, orto-, meta-, para-xilenos e etilbenzeno nas concentraỗừes de 880,0; 920,0; 140,0; 900,0; 660,0 e 230,0 mg L-1, respectivamente Essa soluỗóo foi armazenada sob refrigeraỗóo a oC por um perớodo nóo superior a 30 dias A soluỗóo aquosa de benzoato de etila (padróo interno) na concentraỗóo de 20,0 mg L-1 foi preparada a partir de uma diluiỗóo de cem vezes da soluỗóo estoque desse padróo em metanol Em todas as determinaỗừes de BTEX, tanto nas otimizaỗừes quanto nas amostras coletadas, um branco com ỏgua Milli Q foi analisado nas mesmas condiỗừes analớticas, nóo sendo encontradas concentraỗừes de BTEX acima limite de detecỗóo nesses brancos Amostragem Amostras de água foram coletadas em triplicatas em locais na cidade de Ouro Preto, MG (20º23’S, 43º30’W), durante o mês de janeiro de 2009 Amostras de água superficiais foram coletadas em locais no Ribeirão Tripuí, que atravessa uma fábrica de alumínio e recebe parte esgoto da cidade Foram coletadas amostras ribeirão antes dele atravessar a fábrica de alumínio (S1), antes de receber esgoto (S2) e após esse recebimento (S3) Amostras de água também foram coletadas em poỗos artesianos (P1 e P2) situados na parte mais baixa da cidade (1500 m nível mar) e distantes não mais que 50 m um outro Também foram coletadas amostras em reservatórios de água potável que abastecem a Universidade Federal de Ouro Preto (UFOP) Um dos reservatórios é subterrâneo e situa-se a cerca de 100 m dos poỗos artesianos (R1) e os outros dois estão situados no campus da UFOP, na parte alta da cidade (1650 m nível mar), sendo um subterrâneo (R2) e o outro elevado a m nível solo (R3) Um posto de gasolina desativado há mais de anos situava-se a cerca de 300 m dos poỗos artesianos e reservatúrio R1 Frascos headspace em vidro borossilicato de 20 mL e pipeta volumétrica de 10 mL depois de lavados foram deixados em uma soluỗóo aquosa de ácido nítrico, 2,5%, m/v, por 24 h Em seguida, foram rinsados com água Milli-Q®, secos e isolados adequadamente até a amostragem Antes da amostragem foram adicionados 2,50 g de cloreto de sódio em cada frasco headspace Para a amostragem de ỏgua dos poỗos artesianos, dos reservatúrios e Ribeiróo Tripuí, um volume de 10,00 mL de amostra foi coletado diretamente para frascos Quim Nova de 20 mL de capacidade contendo o sal Em seguida, foram adicionados 100 µL de uma soluỗóo aquosa de benzoato de etila (padróo interno) na concentraỗóo de 20,0 mg L-1 em cada frasco e os mesmos foram lacrados com tampas de alumínio e septo de silicone/teflon Após a coleta os frascos foram armazenados a cerca de °C em recipientes apropriados até a chegada ao laboratório, onde foram transferidos para um refrigerador e permaneceram a C atộ anỏlise Determinaỗóo por headspace estỏtico Para a determinaỗóo de BTEX por headspace, 10,00 mL da soluỗóo a ser analisada foram acondicionados em frascos de vidro de 20 mL contendo 2,50 g de cloreto de sódio e 100 àL de benzoato de etila na concentraỗóo de 20,0 mg/L Em seguida, o frasco, próprio para headspace, foi lacrado com tampa de alumínio contendo septo de silicone faceado com teflon e agitado vigorosamente por Após esse período, o frasco foi mantido envolto em um bloco de alumínio aquecido a 80 °C por 30 Por meio de uma seringa gastight, 1,00 mL da fase vapor (headspace) foi recolhido meia altura entre a tampa frasco e a superfície líquido e injetado no cromatógrafo A seringa era previamente lavada com metanol e aquecida a 80 °C por A fase vapor era imediatamente amostrada e injetada com a seringa ainda aquecida para evitar condensaỗóo vapor no seu interior Extraỗóo por MEFS no headspace Um volume de 10,00 mL de soluỗóo contendo BTEX foi acondicionado em frascos de 20 mL contendo 2,50 g de cloreto de sódio e 100 µL de benzoato de etila na concentraỗóo de 20,0 mg/L Em seguida, o frasco foi vedado e agitado vigorosamente por Inseriu-se a agulha dispositivo de MEFS no frasco, expondo a fibra na fase headspace Utilizou-se a fibra SPME Carboxen/Polydimethysiloxane, 24 ga, 75 mm (Supelco™), previamente condicionada a 300 oC por 60 O frasco com a fibra foi mantido envolto em um bloco de alumínio, aquecido a 40 °C, por 15 Após o tempo de extraỗóo, a fibra foi reposicionada dentro da agulha e o dispositivo foi imediatamente levado ao injetor cromatúgrafo para dessorỗóo dos analitos, sendo aớ deixada por a 250 C Anỏlises cromatogrỏficas As melhores condiỗừes cromatogrỏficas foram obtidas visando a melhor resoluỗóo dos picos dos analitos no cromatograma com base em testes univariados As análises por cromatografia gasosa com detecỗóo por ionizaỗóo em chama (CG-DIC) foram realizadas em um cromatógrafo a gás, Varian, modelo CP-3380, utilizando-se uma coluna Rtx®-5MS (5% fenil, 95% dimetilpolissiloxano), da Restek® (30 m x 0,25 mm x 0,25 mm) O injetor foi mantido a 250 °C, sem divisão de fluxo (modo splitless) por 0,5 e, após esse tempo, com divisão de fluxo (split) na razão de 1:30 Durante as análises o forno da coluna foi mantido a 35 °C por 10 min, depois a 225 °C por min, com rampa de aquecimento de 20 °C min-1 O detector foi mantido a 280 °C O volume injetado de amostra foi de 1000 µL Foi empregado hidrogênio como gás de arraste a uma vazão de 1,8 mL min-1 e nitrogênio como gás make-up, com a chegada de ambos ao detector a uma vazão de 30 mL min-1 A chama detector foi mantida com ar sintético a 300 mL min-1 e hidrogênio a 30 mL min1 Os cromatogramas foram obtidos e tratados pelo software Varian Star Workstation® Para as análises por cromatografia gasosa com detecỗóo por espectrometria de massas (CG-EM) utilizou-se um equipamento GC-MS Shimadzu, modelo GC-2010, com uma coluna Rtx®-5MS, Vol 33, No Otimizaỗóo e validaỗóo de mộtodos analớticos para determinaỗóo de BTEX em ỏgua (5% fenil, 95% dimetilpolissiloxano), da Restek® (30 m x 0,25 mm x 0,25 mm) Utilizou-se um liner com diâmetro interno de 0,75 mm, especial para MEFS O injetor foi mantido a 200 °C para o procedimento utilizando somente HS e 250 °C para HS e MEFS, com divisão de fluxo (split) na razão de 1:15 A temperatura forno da coluna foi mantida a 40 °C por min, em seguida foi elevada a 70 °C, com taxa de aquecimento de °C min-1 e, finalmente, foi a 220 °C, com alta taxa de aquecimento de 60 °C min-1, e mantida assim por 0,5 Hélio foi utilizado como gás de arraste com velocidade linear de 50,9 cm s-1 Um volume de 1000 µL de amostra contida no headspace foi injetado no cromatógrafo com uma seringa gastight Para a detecỗóo por espectrometria de massas utilizou-se um detector contendo uma fonte de ionizaỗóo por elộtrons (EI-70 eV) e um analisador de massas quadrupolo, operado no modo varredura (SCAN) para identificaỗóo e ớons selecionados (SIM - selected ion monitoring) para quantificaỗóo dos compostos Foram monitorados o íon principal benzeno com razão m/z 78 e o íon principal dos demais compostos com razão m/z 91 Também foram monitorados os íons secundários com m/z 77 e 52 benzeno e m/z 92 e 65 tolueno Para os demais compostos foram monitorados os íons secundários com m/z 106 e 77 A interface foi mantida a 250 °C e a fonte de íons a 200 °C Planejamento fatorial As condiỗừes analớticas para extraỗóo de BTEX de ỏgua por headspace estático foram otimizadas pelo planejamento fatorial completo com quatro fatores e triplicata no ponto central (24-0) Os parâmetros otimizados foram: massa de cloreto de sódio utilizada na amostra devido ao efeito salting out, volume de amostra dentro frasco headspace, tempo e temperatura de extraỗóo Foram realizados 19 experimentos Para a extraỗóo de BTEX por microextraỗóo em fase súlida headspace utilizou-se o planejamento fatorial fracionỏrio (26-1) com determinaỗóo ponto central em triplicata Os parâmetros otimizados foram: massa de cloreto de súdio, tempos e temperaturas de adsorỗóo de BTEX fibra e de dessorỗóo da mesma, e volume de amostra dentro frasco headspace Foram realizados 35 experimentos 331 serem avaliados para verificaỗóo da robustez utilizaram-se os resultados planejamento experimental multivariado realizado anteriormente Para o método por headspace foram avaliados os efeitos nas variaỗừes da quantidade de cloreto de sódio (2,00-2,50 g) e da temperatura (70-80 °C) e para o método de MEFS foram avaliados os efeitos nas variaỗừes da quantidade de cloreto de súdio (2,00-2,50 g) e da temperatura de adsorỗóo fibra (30-40 C) RESULTADOS E DISCUSSO Na otimizaỗóo das condiỗừes analớticas dos mộtodos para avaliaỗóo de compostos BTEX em ỏgua foram escolhidos os trờs mộtodos analớticos mais comumente utilizados para esse fim: extraỗóo dos analitos por headspace com determinaỗóo por CG-DIC e por CGEM e extraỗóo destes por headspace e MFES com determinaỗóo por CG-EM Devido aos diversos parâmetros analíticos a serem otimizados simultaneamente, tais como, tempo e temperatura de extraỗóo, quantidade de sal na soluỗóo, relaỗóo entre as fases lớquida e vapor, alộm controle de temperatura e tempo para a extraỗóo por MEFS, optou-se pela otimizaỗóo das condiỗừes utilizando a tộcnica de planejamento experimental multivariado.5 Antes da realizaỗóo dos experimentos envolvendo as extraỗừes definidas pelo planejamento fatorial, as condiỗừes cromatogrỏficas foram otimizadas visando a melhor resoluỗóo dos analitos no menor tempo, sem interferências de outros compostos presentes nas matrizes avaliadas Em nenhuma condiỗóo foi possớvel obter os isụmeros m,p-xilenos separados no cromatograma Na Figura é apresentado o cromatograma de uma amostra de água Ribeirão Tripuí coletada antes mesmo receber carga de poluentes, a qual foi contaminada com BTEX na concentraỗóo de 100 mg L-1 e, apús extraỗóo por HS, foi analisada por CG-DIC Validaỗóo A seletividade, a linearidade, a detectabilidade, a precisão, a exatidão e a robustez foram determinadas para validar os métodos avaliados A seletividade foi determinada através da análise de uma matriz de água superficial pouco contaminada Ribeiróo Tripuớ, onde a presenỗa dos analitos foi verificada por CG-EM A linearidade foi determinada pelos coeficientes de correlaỗóo das curvas analớticas construớdas com seis diferentes concentraỗừes de cada BTEX adicionadas a uma matriz pouco contaminada Ribeirão Tripuí para o mộtodo com detecỗóo por ionizaỗóo em chama Para os outros dois mộtodos utilizaram-se sete concentraỗừes para a construỗóo da curva analớtica A detectabilidade foi avaliada pela determinaỗóo dos limites de detecỗóo e quantificaỗóo pelo mộtodo da relaỗóo sinal/ruớdo dos compostos nos cromatogramas das soluỗừes com as menores concentraỗừes de BTEX utilizadas nas curvas analíticas A precisão foi determinada pelas variõncias nas concentraỗừes obtidas da anỏlise em sete replicatas de uma soluỗóo padróo de BTEX Para a detecỗóo pelo DIC utilizou-se uma soluỗóo com concentraỗóo de 100 mg L-1 e, para os mộtodos com detecỗóo por espectrometria de massas, de 50 mg L-1 A exatidóo foi determinada pela recuperaỗóo das concentraỗừes de BTEX adicionadas em amostras coletadas no Ribeiróo Tripuớ Fizeram-se adiỗừes de BTEX em trờs concentraỗừes diferentes relativas a valores próximos ao menor, maior e central da curva analớtica e, para cada nớvel de adiỗóo, as determinaỗừes foram realizadas em nove replicatas Para a escolha dos parâmetros a Figura Cromatograma extrato de HS de uma amostra de água Ribeirão Tripuí contaminada com 100 mg L-1 de BTEX analisada por CG-DIC Otimizaỗóo dos parõmetros de extraỗóo Utilizou-se o planejamento fatorial completo para a otimizaỗóo das condiỗừes analớticas mộtodo de extraỗóo de BTEX da ỏgua com headspace e determinaỗóo dos mesmos por CG-DIC e CG-EM Os experimentos relativos ao ponto central foram realizados em triplicata e os valores das variáveis ensaiadas foram definidos com base em estudos semelhantes.5,7,8,15-17,22 A matriz dos experimentos e os vetores de resposta (áreas dos picos cromatográficos) obtidos pelo planejamento fatorial tipo 24 (quatro fatores em dois níveis) são apresentados na Tabela Para o mộtodo que utilizou a extraỗóo dos analitos por HS e MEFS e determinaỗóo por CG-EM, devido ao número elevado de parâmetros a serem otimizados, realizou-se um planejamento fatorial fracionário tipo 26-1 para verificar a significância dos fatores dentro dos seus respectivos domínios, incluindo ponto central em triplicata 332 Heleno et al Quim Nova Tabela Matriz para o planejamento fatorial com quatro fatores em dois níveis (24-0) e as áreas dos picos dos cromatogramas obtidos para os mộtodos de extraỗóo de BTEX por HS e análise com CG-DIC e com CG-EM Ensaio 10 11 12 13 14 15 16 17(C) 18(C) 19(C) Sal (g) 0,00 2,50 0,00 2,50 0,00 2,50 0,00 2,50 0,00 2,50 0,00 2,50 0,00 2,50 0,00 2,50 1,25 1,25 1,25 Tempo (min) 10 10 30 30 10 10 30 30 10 10 30 30 10 10 30 30 20 20 20 Fatores Temperatura ( °C) 40 40 40 40 80 80 80 80 40 40 40 40 80 80 80 80 60 60 60 rea dos picos cromatogrỏficos Fraỗóo de fase (%) 50 50 50 50 50 50 50 50 75 75 75 75 75 75 75 75 62,5 62,5 62,5 Benzeno Tolueno Etilbenzeno m,p-xilenos o-xileno 2095 3490 4791 12147 7611 13955 3598 6161 1722 7778 3558 23409 12623 20314 6879 9564 9353 2095 3490 1601 2614 4854 13857 15818 3335 5095 1106 7592 3187 28228 13601 24646 7366 11051 10710 1601 2614 266 364 1039 3140 3338 629 788 126 1478 559 6466 2758 5755 1560 2603 2460 266 364 1961 3543 8163 25524 6634 5000 6696 1025 12380 4357 53208 22610 48235 12873 21220 19925 1961 3543 160 299 855 2498 2878 392 462 1005 380 4899 2182 4464 1048 3402 1926 160 299 A matriz dos experimentos e os vetores de resposta (áreas dos picos cromatográficos) obtidos são apresentados na Tabela Em ambas as situaỗừes, as soluỗừes com concentraỗóo de BTEX em torno de 100 µg L-1 foram agitadas manualmente por antes da extraỗóo Com os resultados obtidos, utilizando o programa Statistica 7.0 (StatSoft, Inc USA, 2004) foram gerados os diagramas de pareto Os gráficos de pareto planejamento fatorial para os métodos de HS com CG-DIC e CG-EM indicaram que a influência fator temperatura é muito superior aos demais fatores para todos os compostos analisados O efeito fator fraỗóo de fase foi negativo para todos os analitos com exceỗóo dos isụmeros m,p-xilenos, indicando que com uma relaỗóo de volume de água/headspace igual a 3:1 (nível alto desse fator, igual a 75%) obtém-se um menor percentual de compostos extraídos Um volume de amostra muito maior que o espaỗo ocupado pela fase de vapor acima dele é desfavorável para a extraỗóo por headspace estỏtico da maioria dos compostos avaliados por esses métodos Esse comportamento pode ser observado no diagrama de pareto etilbenzeno apresentado na Figura 2, que foi muito semelhante aos demais analitos A condiỗóo que proporcionou a resposta mais satisfatória para esses dois métodos foi: temperatura de 80 C, tempo de extraỗóo de 30 min, 2,50 g de cloreto de súdio e fraỗóo de fase de 50%, ou seja, 10,0 mL de soluỗóo e 10,0 mL de headspace Nos diagramas de pareto planejamento fatorial para o método HS e MEFS com CG-EM pode ser observado que o uso de cloreto de sódio é o fator mais significativo para os BTEX, com um efeito positivo sobre a extraỗóo, aumentando a quantidade extraída, como pode ser observado na Figura para o etilbenzeno As temperaturas de adsorỗóo e de dessorỗóo apresentaram efeitos significativos para benzeno, tolueno e o-xileno Para a temperatura de dessorỗóo o efeito foi negativo e a temperatura de adsorỗóo apresentou efeito positivo sobre a extraỗóo Os tempos de adsorỗóo e de dessorỗóo apresentaram efeitos significativos positivos apenas para benzeno e tolueno Nessa condiỗóo, o aumento tempo de extraỗóo proporcionou maior rendimento na extraỗóo, resultado esse que pode ser corroborado com dados da Figura Diagrama de pareto planejamento fatorial para etilbenzeno extraído por HS Figura Diagrama de pareto planejamento fatorial para etilbenzeno extraớdo por MEFS Otimizaỗóo e validaỗóo de mộtodos analớticos para determinaỗóo de BTEX em ỏgua Vol 33, No 333 Tabela Matriz para o planejamento fatorial fracionário com cinco fatores em dois níveis (26-1) e as áreas dos picos dos cromatogramas obtidos para os mộtodos de extraỗóo de BTEX por HS e determinaỗóo por CG-EM Ensaio Sal Tempo * (g) (min) 0,00 10 2,50 10 0,00 30 2,50 30 0,00 10 2,50 10 0,00 30 2,50 30 0,00 10 10 2,50 10 11 0,00 30 12 2,50 30 13 0,00 10 14 2,50 10 15 0,00 30 16 2,50 30 17 0,00 10 18 2,50 10 19 0,00 30 20 2,50 30 21 0,00 10 22 2,50 10 23 0,00 30 24 2,50 30 25 0,00 10 26 2,50 10 27 0,00 30 28 2,50 30 29 0,00 10 30 2,50 10 31 0,00 30 32 2,50 30 33(C) 1,25 20 34(C) 1,25 20 35(C) 1,25 20 * Adsorỗóo ** Dessorỗóo Tempo** (min) 20 20 20 20 40 40 40 40 20 20 20 20 40 40 40 40 20 20 20 20 40 40 40 40 20 20 20 20 40 40 40 40 30 30 30 Fatores Temp.* ( °C) 26 26 26 26 26 26 26 26 40 40 40 40 40 40 40 40 26 26 26 26 26 26 26 26 40 40 40 40 40 40 40 40 33 33 33 Áreas dos picos cromatogrỏficos Temp.** Fraỗóo de fase ( C) 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 280 280 280 280 280 280 280 280 280 280 280 280 280 280 280 280 265 265 265 (%) 50 75 75 50 75 50 50 75 75 50 50 75 50 75 75 50 75 50 50 75 50 75 75 50 50 75 50 50 75 50 50 75 62,50 62,50 62,50 literatura, pois a MEFS se baseia na partiỗóo analito entre duas fases requerendo, portanto, tempo necessỏrio para que haja sorỗóo analito na fibra.29 Como observado com headspace, também com MEFS o efeito fator fraỗóo de fase foi negativo para todos os BTEX, indicando que uma relaỗóo de volume ỏgua/headspace muito maior que nóo favorece a adsorỗóo desses na fibra Deste modo, a condiỗóo que proporcionou a resposta mais satisfatória para o método HS e MEFS com CG-EM foi: temperatura de adsorỗóo de 40 C, temperatura de dessorỗóo de 250 C, tempo de adsorỗóo de 30 min, tempo de dessorỗóo de min, 2,50 g de cloreto de súdio e fraỗóo de fase de 50%, ou seja, volume de 10,0 mL de amostra com 10,0 mL de headspace Validaỗóo Para garantir que os trờs mộtodos fornecessem informaỗừes confiỏveis e interpretáveis sobre a amostra, os métodos foram submetidos Benzeno Tolueno Etilbenze-no m,p-xilenos o-xileno 63468 134397 80724 201761 62370 182729 91377 145532 73933 177033 98761 169559 72742 108114 81691 140906 48335 127008 36778 107925 54383 91262 54590 113837 77801 91104 73492 105082 31232 296912 136319 211645 186840 180646 174046 63051 158260 77705 221915 59722 208031 79418 165302 73066 196703 86239 191022 64724 125554 70028 150545 50218 137228 20676 128302 54354 111605 51446 119424 35726 110372 54114 104303 23226 332188 93522 265669 223935 219432 210817 11015 33207 13444 41410 10715 39947 12614 32354 13664 37666 13443 36515 10808 25566 11104 27765 10315 26259 2468 29129 11349 25899 10248 24265 5079 24659 8253 18484 3385 67257 11398 57920 46393 44322 41358 97593 293618 117590 393420 95545 372790 108497 287777 119277 355606 120733 338619 96075 233634 103262 266490 85154 242799 20308 247227 92230 219714 83986 211103 42763 211740 69069 174873 29560 600066 103862 513118 424341 410330 374500 7421 23881 9431 50263 7051 33557 9234 20735 8861 38130 10535 29275 8051 17192 9006 28775 6393 20994 2260 19352 7506 16858 7160 19547 4202 16909 6993 15792 2689 62716 10863 42785 31939 29794 27955 validaỗóo Foram determinados os limites de detecỗóo e quantificaỗóo, a linearidade, a precisóo, a seletividade, a robustez e a recuperaỗóo de cada método Os métodos foram seletivos porque nos cromatogramas dos extratos obtidos, os espectros de massas apresentaram somente os analitos eluớdos nos tempos de retenỗóo dos mesmos Na Figura é apresentado um cromatograma de água superficial analisada por headspace com CG-EM, onde podem ser visto os espectros de massa benzeno e tolueno Para a escolha dos parâmetros a serem testados para avaliaỗóo da robustez dos mộtodos utilizaram-se os resultados planejamento experimental multivariado Tempo e fraỗóo de fase mostraram-se não significativos já no primeiro planejamento realizado durante a otimizaỗóo mộtodo de headspace, tanto com CG-DIC quanto com CG-EM Portanto, os mộtodos sóo seguramente robustos em relaỗóo a estes fatores Dessa forma, para determinaỗóo da robustez dos mộtodos foram avaliados os efeitos nas variaỗừes da resposta com relaỗóo quantidade de cloreto de sódio (2,00 e 2,50 g para HS e MEFS) e 334 Heleno et al Figura Cromatograma com os espectros de massas de dois componentes de uma amostra de água Ribeirão Tripuí adicionada de benzoato de etila (PI) e extraída por HS e analisada por CG-EM temperatura (70 e 80 °C para HS e 30 e 40 C para a adsorỗóo por MEFS) Os ensaios foram realizados mantendo-se os demais fatores constantes nos valores otimizados anteriormente Os grỏficos de pareto obtidos dessa avaliaỗóo mostraram que as estimativas dos efeitos para todos os analitos extraídos, tanto por headspace e analisados por CG-DIC e CG-EM quanto por MEFS e analisados por CG-EM, se encontram abaixo limite delimitado por p (0,05), como pode ser observado para o benzeno na Figura Portanto, nenhum dos fatores avaliados dentro destes domínios modifica significativamente o sinal analítico gerado (a ỏrea dos picos cromatogrỏficos) nesse nớvel de confianỗa, mostrando que os métodos são robustos Quim Nova Os resultados obtidos demonstram que a linearidade dos três métodos é muito boa para todos os compostos avaliados, pois não foi encontrado valor de r2 inferior a 0,99 Os melhores resultados de precisão foram obtidos com o mộtodo de extraỗóo por MEFS e análise com CG-EM, pois nenhum composto apresentou variância maior que 5%, enquanto que o mộtodo de extraỗóo por HS e análise com CG-EM apresentou valores de variância acima de 20% para todos os compostos avaliados As recuperaỗừes dos trờs mộtodos foram determinadas através da análise de nove replicatas de amostras fortificadas de BTEX em trờs concentraỗừes diferentes e os resultados encontrados foram bastante satisfatúrios Com exceỗóo dos isụmeros m,p-xilenos extraớdos por HS e analisados com CG-EM, que apresentaram pior resultado de recuperaỗóo, todos os demais resultados encontrados estiveram entre 80 e 110% Os menores limites de detecỗóo de BTEX foram obtidos nos extratos de HS analisados com CG-EM, sendo que esses resultados variaram entre 0,002 e 0,007 µg L-1 Apesar desse mộtodo ter sido muito sensớvel para a detecỗóo dos BTEX, não foi possível obter com ele os melhores resultados de variõncia e recuperaỗóo Os limites de detecỗóo para todos os compostos avaliados com esse método foram inferiores aos encontrados por outros autores empregando a mesma técnica.1,7,8 Com o método de extraỗóo por HS e anỏlise com CG-DIC as concentraỗừes limites de BTEX detectadas estiveram entre 0,088 e 0,702 µg L-1, sendo que para alguns dos BTEX avaliados esses resultados são inferiores aos obtidos em outras pesquisas semelhantes utilizando a mesma técnica analítica.4,5,33 A análise dos extratos de MEFS com CG-EM, além de apresentar os melhores resultados de precisão e exatidóo, tambộm apresentou baixos limites de detecỗóo para os BTEX, entre 0,024 e 0,310 àg L-1 Essas concentraỗừes sóo inferiores s encontradas por Wang et al com relaỗóo a todos os BTEX.8 Concentraỗừes abaixo de 0,5 ng L-1 para todos os compostos avaliados foram obtidas por Lee et al.,22 porém, esses pesquisadores empregaram a tộcnica de prộ-concentraỗóo por criogenia acoplada extraỗóo por MEFS na fase HS e anỏlise com CG-EM BTEX em água em Ouro Preto, MG Figura Diagrama de pareto para avaliaỗóo da variaỗóo da temperatura e da massa de cloreto de súdio na extraỗóo de benzeno de água por MEFS e analisado por CG-MS Para a avaliaỗóo da linearidade dos mộtodos foram utilizadas soluỗừes oriundas de uma amostra de água Ribeirão Tripuí fortificada com seis concentraỗừes diferentes de BTEX para o mộtodo de extraỗóo por HS e análise com CG-DIC e com sete para os métodos utilizando HS com CG-EM e MEFS com CG-EM Cada uma das soluỗừes das curvas analớticas obtidas foi analisada em sete replicatas no mesmo dia e, pelos resultados obtidos com a soluỗóo fortificada com 100 àg L-1 de BTEX, determinou-se a precisóo mộtodo com detecỗóo por DIC e a precisóo mộtodo com detecỗóo por EM foi determinada com a soluỗóo fortificada com 50 àg L-1 de BTEX O limite de detecỗóo foi considerado como a concentraỗóo correspondente a três vezes o valor da área média ruído dos cromatogramas das soluỗừes mais diluớdas e para o limite de quantificaỗóo considerouse a ỏrea equivalente a dez vezes aquela ruớdo Alguns resultados de validaỗóo dos mộtodos estudados, como a linearidade obtida dos parâmetros da curva analítica, os limites de detecỗóo e quantificaỗóo relacionados detectabilidade, precisóo e s recuperaỗừes dos analitos mostrando a exatidóo, estóo apresentados na Tabela A presenỗa de BTEX em amostras de ỏgua de abastecimento da Universidade Federal de Ouro Preto (UFOP) e Ribeirão Tripuí, que passa pela região urbana de Ouro Preto, foi determinada por MEFS na fase HS e análise com CG-EM Esse método analítico foi escolhido porque com ele foram obtidos os melhores resultados para os parõmetros de validaỗóo (Tabela 3) Para a quantificaỗóo de BTEX nas amostras coletadas em triplicata utilizou-se benzoato de etila como padrão interno O benzeno não foi encontrado em qualquer amostra analisada O tolueno foi encontrado em algumas amostras, porém, em apenas uma amostra de um dos poỗos artesianos a concentraỗóo encontrada foi quantificỏvel (329 ng L-1) As demais amostras onde se constatou tolueno foram coletadas nos reservatórios de água Na amostra de água mesmo poỗo artesiano onde se quantificou tolueno tambộm foram encontrados os isụmeros meta- e/ou para-xilenos em concentraỗừes quantificỏveis (283 ng L-1) O isụmero o-xileno encontrado nesse poỗo nóo foi quantificỏvel Esses resultados indicam a necessidade de uma avaliaỗóo mais profunda das ỏguas desse poỗo artesiano porque, embora tenha sido perfurado a menos de anos e ainda não esteja fornecendo água para o abastecimento humano, está situado numa região relativamente próxima a um local onde funcionou um posto de abastecimento de combustível até cerca de anos atrás Os isơmeros de xileno também foram encontrados nas amostras coletadas no Ribeirão Trip e em um dos reservatórios de água da UFOP, no entanto, apenas nesse ỳltimo a concentraỗóo de meta- e/ou para-xilenos foi quantificável (0,234 mg L-1) Vol 33, No Otimizaỗóo e validaỗóo de mộtodos analớticos para determinaỗóo de BTEX em água 335 Tabela Valores para os parâmetros de validaỗóo dos mộtodos de extraỗóo avaliados: linearidade (A, B e r2), detectabilidade (LD e LQ), precisóo e recuperaỗóo (exatidóo) Mộtodo por HS com CG-DIC Etilbenzeno m,p-xilenos Coeficiente angular (A) 0,0094 0,0087 Coeficiente linear (B) 0,0327 0,0084 r2 0,9985 0,9980 LD (µg L-1) 0,702 0,617 LQ (µg L-1) 2,340 2,057 Precisão (%) 12,26 8,89 Exatidão (%) 92,35 107,67 Método por HS com CG-EM Benzeno Tolueno Etilbenzeno m,p-xilenos Coeficiente angular 0,0072 0,0075 0,0071 0,0068 Coeficiente linear 0,0023 0,0072 0,0013 0,0041 r2 0,9978 0,9961 0,9967 0,9973 LD (µg L-1) 0,0023 0,0042 0,0027 0,0061 LQ (µg L-1) 0,0078 0,0140 0,0089 0,0203 Precisão (%) 28,77 22,50 21,74 22,34 Exatidão (%) 106,90 97,58 81,36 59,38 Método por HS e MEFS com CG-EM Benzeno Tolueno Etilbenzeno m,p-xilenos Coeficiente angular 0,1699 0,1091 0,0852 0,0924 Coeficiente linear 0,0666 0,0858 0,0055 0,0943 r2 0,9992 0,9990 0,9995 0,9991 LD (µg L-1) 0,097 0,089 0,310 0,052 LQ (µg L-1) 0,325 0,297 1,032 0,173 Precisão (%) 4,70 3,77 2,82 2,28 Exatidão (%) 104,30 97,95 99,54 102,76 LD = Limite de Detecỗóo, LD = Limite de Quantificaỗóo e r2 = coeficiente de correlaỗóo linear Benzeno 0,0074 0,0074 0,9995 0,088 0,293 13,39 101,49 Tolueno 0,0081 0,0073 0,9992 0,092 0,306 10,82 104,74 Vale ressaltar que na única amostra onde foi possível se quantificar tolueno o valor encontrado foi mais de 500 vezes inferior concentraỗóo limite legal para potabilidade da ỏgua.2 A legislaỗóo estipula um limite para a soma das concentraỗừes dos isụmeros orto-, meta- e para-xilenos igual a 300 mg L-1 em água potável,2 porém, as concentraỗừes encontradas foram cerca de mil vezes menores ẫ importante realỗar que os resultados de concentraỗừes de BTEX encontrados neste trabalho sóo importantes para despertar outras avaliaỗừes mais amplas, porque a ỏgua poỗo artesiano e dos trờs reservatúrios na UFOP ộ consumida sem qualquer prộ-tratamento Tabela Concentraỗóo de BTEX nas amostras de águas coletadas na superfície Ribeiróo Tripuớ (S) em Ouro Preto, nos poỗos de abastecimento (P) e reservatórios (R) da UFOP, amostrados conforme descrito na Parte Experimental Concentraỗóo (àg L-1) Benzeno Tolueno Etilbenzeno m,p-xilenos o-xileno S1
Ngày đăng: 04/12/2022, 15:59
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