1 INTRODUÇÃO ESPECTROMETRIA DE VESSONÂNCIA MAGNÉTICA NUCLEAR EM AMOSTRAS DE ÁCIDOS HÚMICOS RESUMO ABSTRACT

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1 ESPECTROMETRIA DE VESSONÂNCIA MAGNÉTICA NUCLEAR EM AMOSTRAS DE ÁCIDOS HÚMICOS Alessandro Costa da Silva]' RESUMO A caracterização espectrométrica de ácidos húmicos (AR), por meio de RMN I3C, tem-se desenvolvido durante as últimas décadas. Amostras de AR, extraídas de solo (Espodossolo e Latossolo) e adquiridas comercialmente (Aldrich e Fluka), foram caracterizadas por meio de análise elementar e por espectros de RMN I3e. Foi possível obter informações que constataram diferenças entre AH extraídos de diferentes solos e, também, entre AR adquiridos comercialmente. Palavras-chave: ácidos húmicos, caracterização, espectrometria de RMN 13 C. ABSTRACT The 13CNMR spectroscopic characterization of humic acids has been widely used. Humic acids samples were extracted from soil (Spodossol and Oxissol) and commercial acquire (Aldrich and Fluka). They were characterized by elementar analyses and 13CNMR spectra. The results obtained indicated differences between the HA extracted from differing soils, and also between HA commercial acquire. Key-words: humic acids, characterization, 13CNMR spectrometry. 1 INTRODUÇÃO A técnica espectrométrica de ressonância magnética nuclear (RMN) é basicamente uma forma de espectrometria de absorção, como no infravermelho ou no ultravioleta. O princípio é fundamentado na propriedade de uma amostra absorver radiação eletromagnética a uma determinada freqüência, definida pela natureza dos núcleos presentes e pelas características estruturais da molécula (SILVERSTEIN et al., 1994, p.235). Atualmente, esta técnica é a mais utilizada para a caracterização da matéria orgânica do solo (MOS), tanto de amostras sólidas quanto líquidas, sendo que a utilização no estado sólido está cada vez maior porque possibilita o estudo de substâncias que são pouco solúveis ou mesmo insolúveis. A técnica de RMN (para amostras sólidas) não é destruti va, preservando a amostra para Professor Dr. Visitante do Departamento de Tecnologia Química - UFMA 38 Cad. Pesq., São Luís, v. 12, n. 1/2, p ,jan./dez

2 outras análises, economizando solventes e permitindo a avaliação "in situ"da MOS (MARTIN-NETO et al., 1996, p.4). Tem sido utilizada na avaliação da eficiência da decomposição e hurnificação de solos Chen e Pawluk, (1995, p.174), no acompanhamento dos processos de extração e purificação dos AR Piccolo (1990, p.754) e na avaliação de seu efeito sobre as características do material extraído (SCRINITZER et al., 1991, p.105). O desenvolvimento e expansão da técnica de RMN do 13Cem constituintes da MOS como os ácidos húmicos (AR), vem acompanhando os avanços obtidos no campo da instrumentação (NOVOTNY et al., 1999, p.228). Trabalhos que pareciam inviáveis a 20 anos atrás, hoje são executados com certa facilidade. Entretanto, mesmo com o alto grau de refinamento atingido, ainda há grande defasagem no tipo de trabalho utilizando RMN em AR, em comparação com outros campos do conhecimento. Por vezes, o operador domina a técnica mas não tem informação sobre o objeto de análise, no caso AR. Atualmente, para a ciência do solo, a RMN é a técnica espectroscópica mais utilizada e de maior confiabitidade. Entretanto, os custos dos equipamentos a torna inviável em laboratórios de solos, sendo que na maioria dos trabalhos publicados, são estabelecidas parcerias em sistema de "facility" entre departamentos e instituições. No Brasil, as pesquisas sobre RMN em amostras de AR ainda são escassas, talvez pela dificuldade de acesso aos espectrômetros, no que tange ao custo e ao conhecimento do potencial desta ferramenta por parte dos pesquisadores. Assim, há um longo caminho a ser percorrido, sendo fundamental haver um envolvimento de um maior número de especialistas em espectroscopia de RMN para estudos da MOS (MARTIN-NETO et al., 1996, p.4). Neste sentido, este trabalho pretende caracterizar, por meio de RMN l3c, quatro amostras de AR, duas extraídas de solo e duas adquiridas comercialmente. 2 MATERIAL E MÉTODOS Foram utilizadas, em triplicatas, 4 amostras de AR no estado sólido: a) AR-latossolo, amostra de AR extraída e purificada de um Latossolo Vermelho-Amarelo; b) Humato-Na, amostra de AR na forma de humato de sódio adquirida comercialmente da Aldrich S.A; c) AR-espodossolo, amostra de AR extraída e purificada de um Espodossolo e d) AR-comercial, amostra de AR adquirida comercialmente da FlukaAG. O procedimento de extração foi conduzido seguindo as normas da IHSS, Sociedade Internacional de Substâncias Húmicas (SWIFT, 1996, p.430). A purificação foi realizada por meio de lavagens sucessivas com solução de RCl-RF a 0,5%. Para o teste da presença de cloretos (Cl) utilizou-se solução de AgN0 3 0,1 rnol L I. Após teste negativo os AR foram liofilizados. Já as amostras adquiridas comercialmente (Humato-Na e AR-comercial), foram analisadas sem nenhum tratamento prévio. Cad. Pesq., São Luís, v. 12, n. 112, p , jan./dee

3 o conteúdo de carbono, hidrogênio e nitrogênio nas amostras foi determinado via analisador de elementos CNHS (Perkin Elmer, PE-2400). O valor da razão entre as absorbâncias 465 e 665 nm (E/E 6 ), comumente usada como indicati vo do grau de humificação foi realizada segundo CHEN et al. (1977b, p.355), já o teor de cinzas foi determinado por calcinação (PICCOLO, 1988, p.420). Os espectros de RMN I3C das amostras no estado sólido foram obtidos por meio do espectrômetro Varian (Unity 400). 3 RESULTADOS E DISCUSSÃO A análise elementar e o teor de cinzas das amostras de AH são apresentados na Tabela 1. Também são apresentadas as razões atômicas entre o conteúdo de hidrogênio e oxigênio em relação ao carbono (HlC e O/C, respectivamente). As análises de RMN l3c foram realizadas na EMBRAPA Instrumentação Agropecuária (São Carlos-SP), enquanto as demais análises foram realizadas na Universidade Federal de Viçosa (Viçosa-MG). Tabela 1- Características elementares das amostras de AR extraídas de solos e comerciais AMOSTRAS DEAH TEDRDE ANÁIJSEELEMENTAR RAZÃO ATÔMICA CJNZAS (% ) C H N Oa HlC b O/C b Latossolo 18 47,8 5,1 4,9 41,2 1,28 0,64 Espodossolo 14 50,8 3,5 1,7 44 0,83 0,65 Aldrich 5 44,1 4,9 2,5 48,5 1,33 0,97 Fluka 8 43,1 4,9 0,7 51,3 1,36 1 a Obtido por diferença. b Razão atômica. Pela Tabela 1 pode-se observar que o conteúdo de C encontrado nas amostras de AR extraídos de solos foram maiores quando comparados àqueles obtidos para AR adquiridos comercialmente. Explicado pelo enriquecimento de C diante às reações de polimerização e condensação, ocorridas durante a humificação. O baixo teor de N (1,7%) no AH-espodossolo, em comparação ao AH-latossolo (4,9%) é explicado devido ao alto processo de mineralização de restos vegetais nos Espodossolos (CERETTA et al., 1999, p.320). A razão HlC indica o grau de aromaticidade da matéria orgânica, quanto maior este valor menor a aromaticidade nas amostras (BRAVARDeRIGHI, 1991,p.158). Os resultados sugerem que os AH extraídos de solos apresentam maior aromaticidade quando comparados àqueles adquiridos comercialmente. Já a razão atômica O/C permite estimar a 40 Cad. Pesq., São Luís, v. 12, n. 1/2, p , jan.zdez: 2001.

4 abundância de grupos funcionais que contém oxigênio e portanto é um indicador do grau de oxidação (BRAVARD e RIGHI, 1991, p.157). Percebe-se na Tabela 1 uma diferenciação nestes valores para os dois grupos de amostras (solos e comerciais). Os valores da razão EiE6 foram, respectivamente, 3,14; 3,42; 3,60 e 3,37 para AH-latosssolo, Humato-Na (Aldrich), AH-espodossolo e AH-comercial (Fluka). Estes valores estão dentro da faixa de AH, que devem ser menores que 5,0. Quanto menor esta razão, maior será a massa molecular do AH (STEVENSON, 1994, p.320). Com isso, conclui-se que os AH adquiridos comercialmente (AH-aldrich e AH-fluka) apresentaram massas molares mais baixas, quando comparados aos AR extraídos de solo (AR-latossolo e AH-espodossolo). A Tabela 2 apresenta as intensidades relativas (% da área total) obtidas no espectro de RMN l3c das amostras de AH, no estado sólido. Já a Tabela 3 apresenta o grau de aromaticidade e alifaticidade, calculados a partir dos espectros de RMN (preston, 1996, p.150). Percebe-se na Tabela 2 as bandas associadas a C alifáticos (principalmente - 45 ppm) foram mais intensas que aquelas relacionadas aos C aromáticos, confirmando o caráter predominante de grupos alifáticos dos AH, como tem sido mostrado na literatura (STEVENSON, 1994, p.31o; PRESTON, 1996, p.148; MARTIN et ai., 1998, p.351). Embora exista uma predominância de constituintes alifáticos, percebe-se na Tabela 3 que os AH extraídos de solos, são menos alifáticos (mais aromáticos) comparados àqueles adquiridos comercialmente, e que o AHespodossolo é mais aromático que AHlatos solo, possivelmente explicado pelo caráter mais humificado do Espodossolo, que é um tipo de solo orgânico. Os espectros de RMN I3C das amostras de AH extraídos de solos (AH-latossolo e AH-espodossolo) e de AH comerciais (AH-aldrich e AHfluka) estão apresentados nas Figuras la,2a, lb e 2b, respectivamente. Percebe-se, claramente, uma feição bastante constrastante entre aqueles extraídos de solos e aqueles adquiridos comercialmente, explicado devido a origem do material (SCHNlTZER et al., 1991, p.l02). Tabela 2 - Intensidades relativas dos sinais obtidos por espectrometria de RMN I3e dos AH DISTRIBUIÇÃO Espodosolo Aldrich Fluka 25,6 53,4 54,3 DOS SINAIS DE RMN 13 C POR FAIXAS DE ABSORÇÃO 7,5 7,8 11,6 9,6 10,9 Intensidades em % Amostra Latossolo 21,6 8,5 17,3 4,4 5,5 19,3 5,7 8,8 6,2 2,8 4,2 4,9 2,5 2,5 3,6 3,4 21,3 9,2 8,5 3,6 3,3 11,5 4,5 4 Cad. Pesq., São Luís, V. 12, n. 1/2, p , jan.rdez:

5 Tabela 3 - Grau de aromaticidade e alifaticidade das amostras de AH GRAUDEALIFATICIDADE" EAROMATICIDADE"'* (%) Amostras Alifaticidade Aromaticidade Latos s010 56,8 43,2 Espodossolo 52,4 47,6 Aldrich 77,7 22,3 Fluka 79,7 20,3 *Alifaticidade = área de inais, C alifático (0-110 ppm). área de sinais de C (0-164 ppm).loo **A.romaticidade= área de sinais, C alifático (llo-l64ppm). área de sinais de C (0-164 ppm).loo o espectro do Afi-latossolo - Figura Ia - apresentou feição similar àqueles obtidos por outros autores (MARTIN-NETO et al., 1996, p.3). Os sinais de carbono observados são atribuídos aos seguintes grupos: 0-39ppm (alifáticos: alcanos + ácidos graxos) de média intensidade, ppm (proteína e metoxil) de baixa, ppm (carboidratos) de baixa, ppm (aromático) de média, ppm (carboxilíco) de baixa e 21O-230ppm (cetônico) de baixa intensidade. Já o espectro do AR -aldrich - Figura 1b apresentou feição similar aqueles extraídos de carvão (RICCA et al., 1993, p.271). Os sinais revelaram os grupos 0-39ppm (alifáticos: alcanos + ácidos graxos) de altíssima intensidade e ppm (aromático) de baixíssima intensidade (SCHNITZER,1982, p.590). Uma explicação para o AHaldrich - Figura 1b - apresentar um espectro praticamente alifático deve ser devido ao fato desta amostra se enquadrar como função sal (Humato). Materias mais intemperizados (AR extraídos de um Latossolo) tendem a serem mais aromáticos em comparação aqueles sintetizados. A feição do espectro de RMN l3c para AH-espodossolo - Figura 2a - foi similar àquela obtida por outros autores (STEVENSON, 1994, p.321). Apresentando sinais de carbono pertencente aos seguintes grupos: 0-39ppm (alifáticos: alcanos + ácidos graxos) de alta intensidade, ppm (carboidratos) de baixa, ppm (aromático) de alta, ppm (carboxilíco) de baixa e 21O-230ppm (cetônico) de baixíssima intensidade. Comparando este espectro com aquele obtido para Al-l-latossolo, pode-se o eo pp"",, TMS) o PPMITMS} Fig. 1: Espectro de RMN 13C de AHlatossolo (a) e AH-aldrich (b) (o) lb) 42 Cad. Pesq., São Luís, v. 12, n. 112, p , jan.rdez: 2001.

6 Ie} Ibl i I O PPM I TMSI tenha sido de menor intensidade. Os sinais revelaram os seguintes grupos: 0-39ppm (alifáticos: alcanos + ácidos graxos) de alta intensidade e ppm (aromático) de baixíssima intensidade (SCHNITZER, 1990)., Ido PPM(TMS), Fig. 2: Espectro de RMN 13e de AHespodossolo (a) e AH-fluka (b). observar um comportamento espectral diferenciado. Diferente da Figura 2a que apresenta duas bandas típicas, a Figura Ia, por se tratar de um solo bastante intemperizado (Latossolo), apresenta um número maior de bandas. O espectro obtido para a amostra comercial, AH-fluka - Figura 2b, apresentou feição similar ao do AH-aldrich, embora o pico referente a C alifático 4 CONCLUSÃO Medidas espectrométricas de RMN l3c, bem como razão E 4 /E 6 e análise elementar, foram realizadas para caracterizar amostras de AH de diferentes origens. Foi possível obter informações que constataram diferenças entre as matrizes, como grau de humificação e condensação, além de características estruturais. AGRADECIMENTOS O autor agradece a UFV, à CA- PES e à EMBRAPA; e aos professores Eduardo de Sá Mendonça e Ladislau Martin Neto. REFERÊNCIAS BRAVARD, S.; RIGHI, D. Characterization of fulvic and humic acids from an oxisol-spodosol toposequence of Amazônia, Brazil. Geoderma. [S.1.], v.48, p , CERETTA, A.C. et al. Métodos espectroscópicos ( ) In: SAN- TOS, G. A. E CAMARGO, F. A. O. Fundamentos da matéria orgânica do solo: ecossistemas tropicais e subtropicais. Porto Alegre: Genesis, CHEN, Y; SENESI, N. Information provided on humic substances by E41E6 ratios. Soil Sei. Soe. Am. J. [S.l.], v.41, p.3s2-358, CHEN, Z.; PAWLUK, S. Structural variations of humic acids in two soil of Alberta Mollisols. Geoderma, [S.l], v.6s, n.34, p , MARTIN, D. et al. Characteristics of humic substances in cultivated and natural forest soils. Geoderma. [S.l], v.84, p , MARTIN-NETO, L.M. et al. Uso de ressonância magnética nuclear na caracterização de ácidos húmicos de solos sob diferentes manejos. Pesquisa em andamento. [S.l.], n. 8, p.i-5, Cad. Pesq., São Luís, v. 12, n. 1/2, p , jan.rdez

7 NOVOTNY, E.H. et al. Espectroscopia de RPE e RMN em ácidos húmicos extraídos de solos submetidos a diferentes sistemas de manejo ( ). In: EN- CONTRO BRASILEIRO DE SUBS- TÂNCIAS HÚMICAS,3, 1999, Santa Maria, RS. Anais... Santa Maria: UFSM, PICCOLO, A. Characterization of soil hurnic extracts obtained by some organic and inorganic solvents and purified by HCl-HF treatment. Soil Sei. Baltimore, v.146, n.6, p , PlCCOLO, A. et alocarbon 13 nuclear magnetic resonance spectra of soil humic substances extracted by different mechanisms. Soil Sei. Soe. Am. J. [S.1.], v.54, n.3, p , PRESTON, C. Applications of NMR to soil organic matter analysis: history and prospects. Soil Seience. [S.1.], v.161, n.3, p , RICCA, G. et al. Structural investigations of humic acid from leonardite by spectroscopic methods and termal análisis. Geoderma. [S.1.], v.57, p , SCHINlTZER, M. et aloorganic matter extraction from soils with water at high pressure and temperature. Soil Sei. Soe. Am. J. [S.1.],v.55, n.l, p , SCHNlTZER, M. Organic matter caracterization. ln: PAGE, A.L. et al. CEd.)Methods of soil analysis. Part 2. Madison: SSSA, p (Agronomy, 9) SILVERSTEIN, R. et alospectrometric identification of organic compounds. New York: John Wiley & Sons p. STEVENSON, J.F. Humus chemistry: genesis and composition: reactions. 2.ed. New York: John Wiley & Sons, p. SWIFf, R.S. Method for extraction of lhss soil fulvic and hurnic acids. ln: SPARK,K.M.; WELLS, J.D.; JOHNSON, B.B. Methods of soil analysis. Madison, USA: SSSA, p. 44 Cad. Pesq. São Luís, V. 12, n. 1/2, p , jan.rdez: 2001.