ESTABELECIMENTO DE PROCEDIMENTO PARA DETERMINAÇÃO DE VANÁDIO EM MEXILHÕES PELO MÉTODO DE ANÁLISE POR ATIVAÇÃO COM NÊUTRONS

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1 2009 International Nuclear Atlantic Conference - INAC 2009 Rio de Janeiro,RJ, Brazil, September27 to October 2, 2009 ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE ENERGIA NUCLEAR - ABEN ISBN: ESTABELECIMENTO DE PROCEDIMENTO PARA DETERMINAÇÃO DE VANÁDIO EM MEXILHÕES PELO MÉTODO DE ANÁLISE POR ATIVAÇÃO COM NÊUTRONS Daniele Seo 1,2, Marina B. A. Vasconcellos 2, Mitiko Saiki 2, Marília G. M. Catharino 2, Edson G. Moreira 2, Eduinetty C. P. M. de Sousa 3 e Camilo D. S. Pereira 3 1 Centro de Ciências Biológicas e da Saúde Universidade Presbiteriana Mackenzie Rua da Consolação, Consolação, SP 2 Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN - CNEN / SP) Av. Professor Lineu Prestes São Paulo, SP 3 Laboratório de Ecotoxicologia Marinha Instituto Oceanográfico da Universidade de São Paulo - IOUSP Praça do Oceanográfico, São Paulo, SP RESUMO O objetivo do presente trabalho foi estabelecer um procedimento adequado para a obtenção de resultados confiáveis na determinação de vanádio em mexilhões Perna perna pelo método de análise por ativação com nêutrons (NAA), visando sua posterior aplicação no biomonitoramento da poluição litorânea, sobretudo próximo aos terminais petrolíferos. Para avaliar a qualidade dos resultados de V quanto à precisão e exatidão analisou-se o material de referência certificado NIST SRM 1566b Oyster Tissue. A precisão dos resultados também foi avaliada pela análise em replicatas de amostras de mexilhão coletadas no litoral norte paulista. Estas amostras foram limpas, trituradas, homogeneizadas e liofilizadas. O procedimento de NAA consistiu na irradiação de 200 mg de amostra e um padrão sintético de V por um período de 8 s e sob fluxo de nêutrons térmicos de 6,6 x n cm -2 s -1 na Estação Pneumática n o 4 do reator nuclear IEA-R1 do IPEN-CNEN/SP. Após 3 min de decaimento, as medições das atividades gama da amostra e do padrão foram feitas utilizando um detector semi condutor de Ge hiperpuro ligado a um multianalisador de raios gama. O vanádio foi determinado pela medição da atividade gama do 52 V pelo pico 1434,08 kev e tempo de meia-vida de 3,75 min. As concentrações de V foram calculadas pelo método comparativo. Os resultados obtidos indicaram a viabilidade do procedimento de NAA estabelecido para a determinação de vanádio em mexilhões. 1. INTRODUÇÃO O vanádio é um elemento tóxico a saúde humana. Este elemento a níveis de ppb é um micronutriente que possui funções fisiológicas específicas, mas pode ser tóxico quando presente em concentrações a níveis de ppm [1]. O vanádio pode se apresentar em diferentes

2 estados de oxidação, desde -1 a +5, sendo que as valências mais freqüentes são +4 e +5 e a sua toxicidade aumenta com a valência [2]. Os efeitos tóxicos mais freqüentes dos compostos de vanádio resultam da ação irritativa local dos olhos e do trato respiratório superior (ao invés de toxicidade sistêmica), caracterizada por rinite, sibilância, hemorragia nasal, conjuntivite, bronquite, tosse e dor torácica, pois os pulmões absorvem bem os óxidos que são as formas solúveis de vanádio [3]. O vanádio na natureza pode ser encontrado em vários tipos de minerais, no carvão mineral, no óleo combustível e no óleo bruto como, por exemplo, no petróleo [4 5], que são as fontes mais difundidas de descarga de vanádio no meio ambiente [6]. A emissão de elementos tóxicos provenientes da queima de combustíveis fósseis é um assunto de grande preocupação. O vanádio está entre os elementos nocivos liberados na queima de combustíveis, podendo escoar em sistemas de combustão, por vaporização de seus compostos orgânicos voláteis ou por meio de partículas. No petróleo e no carvão, o vanádio existe predominantemente como íon vanadila (VO 2- ), como complexos porfirínicos e não porfirínicos muito estáveis, porém este elemento é emitido como óxido em qualquer tipo de matriz. Uma vez emitido, pode ser transportado a longas distâncias, resultando em efeitos adversos à saúde humana e ao meio ambiente [7]. Nos últimos anos, face ao crescente aumento das emissões de vanádio, pesquisas vêm sendo realizadas a fim de avaliar exposição da população, a toxicidade e a identificação de emissão. As determinações de vanádio em amostras de mexilhões são de grande interesse para verificar se estes organismos são acumuladores deste elemento bem como para avaliar a contaminação do ambiente marinho, principalmente aquela ocasionada pelas atividades petrolíferas. Várias técnicas analíticas são utilizadas para determinação de vanádio tais como a espectrometria de emissão atômica, cromatografia, espectrofotometria UV - visível, espectrofotometria de fluorescência de raios X, métodos eletroquímicos (voltametria e polarografia) e espectrometria de absorção atômica em chama ou em forno de grafite por atomização eletrotérmica [8-13]. Por outro lado, como o vanádio está presente usualmente em concentrações muito baixas na maioria das amostras de interesse ambiental e nutricional, a sua determinação com exatidão pode ser realizada apenas por técnicas muito sensíveis e seletivas. O objetivo do presente trabalho foi estabelecer um procedimento adequado para a obtenção de resultados confiáveis na determinação de vanádio em mexilhões Perna perna pelo método de análise por ativação com nêutrons (NAA), visando sua posterior aplicação no biomonitoramento da poluição litorânea, sobretudo próximo aos terminais petrolíferos.

3 2. PARTE EXPERIMENTAL 2.1. Obtenção de Amostras de Mexilhão Perna perna Para o estabelecimento do procedimento apropriado para determinação de V em mexilhões foram utilizados mexilhões expostos em diferentes pontos do litoral paulista por três meses. Para isso amostras de mexilhão Perna perna adquiridas em um cultivo situado na Praia da Cocanha em Caraguatatuba, considerada área de controle, foram transplantadas ao longo do litoral norte paulista, em regiões que sofrem impacto ambiental significativo de atividades antrópicas, como Santos,São Sebastião e Ilhabela. Foram assim obtidas as amostras codificadas de A1, A2 e A Coleta e Tratamento das Amostras de Mexilhão Perna perna Decorrido o tempo de exposição de três meses, foram coletados os mexilhões que estavam presos na corda de cultivo. Nesta coleta das amostras de mexilhão Perna perna foram selecionados 90 mexilhões de tamanhos distintos, sendo 30 de tamanhos pequenos, 30 médios e 30 grandes. Em seguida, retiraram-se algas e outros organismos que ficam impregnados nas conchas dos mexilhões utilizando uma faca de lâmina de titânio. Após a remoção das cracas, cada organismo foi lavado com água do mar e os comprimentos e larguras das conchas foram medidas. Os tecidos dos mexilhões retirados das conchas foram triturados e homogeneizados em liquidificador com lâminas de titânio. Ao término da homogeneização, estas amostras contidas em potes de plástico foram pesadas, armazenadas e congeladas em freezer para posterior secagem usando um liofilizador de marca Thermo Electron Corporation, modelo Modulyo D - 115, por um período de 48 horas, à temperatura de -52 o C e pressão de 74 µbar. As amostras secas foram moídas em almofariz de ágata e peneiradas utilizando uma peneira de poliéster de 100 mesh. Finalmente, as amostras na forma de pó foram armazenadas em frascos plásticos, etiquetadas e guardadas em freezer para posteriores análises. Na ocasião da pesagem destas amostras de mexilhão para análise, foram novamente feitas as determinações de umidade residual, secando alíquota de cada amostra numa estufa por 24 horas a 85 o C. As percentagens médias da perda de água, na liofilização e na secagem na estufa foram de 83,4% e 7,1%, respectivamente Análise de Material de Referência Certificado Para avaliar a qualidade dos resultados analíticos, foi analisado o material de referência certificado NIST SRM 1566b Oyster Tissue [14] procedente do National Institute of Standards and Technology, EUA. Para expressar os resultados destas análises na base seca foi feita a determinação de perda de umidade, secando uma alíquota do material a 85 o C por 24 horas. Nesta determinação, foi obtida uma porcentagem de perda de umidade de 3,7% Preparação do Padrão Sintético de Vanádio Para a preparação do padrão sintético de vanádio, utilizou - se uma solução padrão de vanádio certificado adquirida da Spex CertiPrep EUA, pipetador automático da marca Eppendorf e balão volumétrico previamente verificados quanto a sua calibração. A partir

4 desta solução padrão estoque, foi preparada uma solução mais diluída. Pipetou se 50µL desta solução padrão sobre tiras de papel de filtro Whatman n o. 40. As tiras de papel contendo alíquotas da solução pipetada foram colocadas no dessecador para a secagem à temperatura ambiente, tomando - se o cuidado para que não ocorresse contaminação. Posteriormente estas tiras foram dobradas e colocadas em invólucros de polietileno, os quais foram selados com ferro elétrico para solda. Os plásticos para a preparação dos invólucros eram previamente lavados com solução diluída de ácido nítrico p.a. e água purificada. A massa do elemento V neste padrão sintético foi 30,06 µg Procedimento para Análise por Ativação com Nêutrons (NAA) Cerca de 180 mg de cada amostra de mexilhão ou do material de referência foram pesados em invólucro de polietileno. A amostra (ou material de referência) e o padrão sintético de V foram colocados em um novo invólucro de polietileno, o qual foi inserido em um dispositivo de polietileno, chamado de coelho. Este conjunto foi submetido a uma irradiação curta na Estação Pneumática n o 4 do reator de pesquisa IEA R1 do IPEN CNEN/SP sob um fluxo de nêutrons térmicos de 6,6x10 12 n cm -2 s -1 por um período de 8 segundos. Para as medições a amostra e o padrão irradiados foram montados individualmente em suportes de aço inoxidável, usando fita adesiva. Após cerca de 5 minutos de decaimento, as medições das atividades gama foram feitas utilizando um detector semi condutor de Ge hiperpuro modelo GC2018 da Canberra ligado ao analisador de espectro digital DAS 1000 também da Canberra e sistema eletrônico associado. O tempo de contagem da amostra e do padrão foi de 300s. Para a aquisição dos dados espectrais utilizou-se o programa Genie 2000 da Canberra. Posteriormente, a análise dos espectros gama foi feita usando um programa de computação Gamma Acquisition Analysis, onde foram obtidos as taxas de contagens e o valor da energia dos raios gama do radioisótopo formado. Por meio da energia dos raios gama e meia - vida foi feita a identificação do radioisótopo formado. O radioisótopo medido foi o 52 V que emite raios gama com energia 1434,08 kev e meia vida de 3,75 min. Conhecendo - se a meia - vida do radioisótopo, tempos de decaimento, taxas de contagens e massa total da amostra e do V presente do padrão, foi calculada a concentração do elemento presente na amostra pelo método comparativo, aplicando se a seguinte relação [15]: C a = [m p. A a. e 0,693(tda-tdp)/t1/2 ] / [M a. A p ] (1) Onde: A é a taxa de contagem do radioisótopo considerado. Os índices a e p indicam amostra e padrão respectivamente; M a é a massa total da amostra; t 1/2 é a meia-vida do radioisótopo; m p é a massa do elemento no padrão; C a é a concentração do elemento na amostra; tda e tdp são os tempos de decaimento da amostra e padrão, respectivamente. Os tempos de decaimento foram calculados considerando o decaimento durante o tempo de medição. 3. RESULTADOS E DISCUSSÃO A principal dificuldade em estabelecer um procedimento adequado para determinação de V em mexilhões foi definir o tempo de irradiação no reator. Os ensaios preliminares indicaram

5 que a escolha deste tempo é crítica para detecção do radioisótopo 52 V. Com tempos de irradiação superiores a 10 s, os elementos Cl e Na presentes em altos teores em organismos marinhos interferem na análise. A alta atividade do 38 Cl e 24 Na impediram nesse caso a realização das contagens devido à saturação do equipamento de medição. A Tabela 1 mostra a média aritmética das concentrações de V obtido na análise do material de referência certificado NIST SRM 1566b Oyster Tissue juntamente com o valor do certificado. Tabela 1. Concentração de V, em µg g -1, no Material de Referência Certificado NIST SRM 1566b Oyster Tissue. Média ± DP a DPR b, % Er c, % z-score Valor do certificado 0,54 ± 0,04 (8) d 7,4 6,4 0,8 0,577 ± 0,023 a = desvio-padrão; b = desvio-padrão relativo; c = erro relativo; d = número de determinações. A comparação da média dos resultados das concentrações de V obtido com o valor do certificado, mostra uma boa concordância. Foi obtida a porcentagem de erro relativo de 6,4%. Com relação a precisão, o resultado obtido apresentou uma boa reprodutibilidade com desvio padrão relativo de 7,4%. O resultado da concentração de V obtido foi também submetido a um controle estatístico calculando os valores de z - score ou de diferença padronizada [16]. O valor obtido da diferença padronizada ou z-score < 1 indica que o resultado obtido está dentro da faixa do valor do certificado em um nível de confiança de 68%. Para avaliar a reprodutibilidade nos resultados, as amostras de mexilhão foram analisadas em triplicatas e cujos resultados obtidos são apresentados na Tabela 2. Tabela 2. Concentrações de V Obtidas nas Análises em Replicatas de Amostras de Mexilhão. Amostras V, µg kg -1 (base seca) Média ± DP a (n) b DPR c, % A1 6,8 ± 0,3 (3) 4,4 A2 5,9 ± 0,5 (3) 8,5 A3 3,9± 0,2 (3) 5,1 a = média aritmética e desvio padrão de três determinações; b = número de determinações; c = desvio padrão relativo.

6 Os resultados obtidos na Tabela 2 mostram uma boa precisão com desvios padrão relativos variando de 4,4 a 8,5%. Estes resultados indicam também a homogeneidade da amostra com relação ao elemento vanádio. O limite de detecção de V obtido na análise de mexilhão foi de 3,2 µg kg -1. Outros autores, como Myron et al. [17] encontraram, em alimentos como vegetais e frutas frescos, bebidas, óleos e outros, valores de V na faixa de 1 a 5 µg kg -1. Grãos integrais, frutos do mar e carne geralmente apresentaram valores entre 5 a 30 µg kg -1. Os valores encontrados no presente trabalho para o mexilhão Perna perna, entre 3,9 e 6,8 µg kg -1, encontram - se nessa mesma faixa. 4. CONCLUSÃO O procedimento da análise por ativação com nêutrons estabelecido mostrou - se eficaz na determinação de vanádio em mexilhão; A análise do material de referência demonstrou boa exatidão e precisão dos resultados obtidos. Além disso, os resultados das análises de mexilhão indicaram uma boa reprodutibilidade o que o procedimento para preparo do mexilhão permitiu preparar uma amostra homogênea para determinação de V. O limite de detecção obtido na análise de V indica a alta sensibilidade da análise por ativação de mexilhão. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem a CNPq e a FAPESP pelo apoio financeiro concedido em projetos de pesquisa e pela bolsa PIBIC/CNPq, ao Centro do Reator de Pesquisas (CRPq) pela irradiação das amostras, e ao Instituto Oceanográfico da Universidade de São Paulo (IO - USP) pelo apoio na coleta de amostras. REFERÊNCIAS [1] D. G. Barceloux, Vanadium, Journal of Toxicology: Clinical Toxicology, 37, pp (1999). [2] Unep llo Who, Vanadium, Environmental Health Criteria, 81, pp (1988). [3] Parecer relativo ao tratamento de resíduos industriais perigosos, (2000). [4] E. M. A. Peixoto, Vanádio, Química Nova na Escola, 24, pp. 1-1 (2006). [5] E. I. Swain, Power, cement industries shape coke future, Oil & Gas Journal, 89, pp (1991). [6] L. I. Alemany, M. A. Larrubia, J. M. Blasco, Catalytic activity in partial oxidation of methane and physico - chemical characterization of a VPO system obtained from boiler ash, Applied Catalysis B: Environmental, 16, pp (1998).

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