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UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE ESCOLA DE ENGENHARIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA E DE PETRÓLEO JULIA OLIVEIRA FERNANDES “DETERMINAÇÃO VOLTAMÉTRICA DE CHUMBO EM AMOSTRAS DE CREME CAPILAR TONALIZANTE POR MEIO DE ELETRODOS COMPÓSITOS” P a r a Niterói 1/2016 r e 0 m o v JULIA OLIVEIRA FERNANDES “DETERMINAÇÃO VOLTAMÉTRICA DE CHUMBO EM AMOSTRAS DE CREME CAPILAR TONALIZANTE POR MEIO DE ELETRODOS COMPÓSITOS” Projeto Final apresentado ao Curso de Graduação em Engenharia Química, oferecido pelo departamento de Engenharia Química e de Petróleo da Escola de Engenharia da Universidade Federal Fluminense, como requisito parcial para obtenção do Grau de Engenheiro Químico. ORIENTADOR Profº. Drº. Felipe Silva Semaan Niterói 1/2016 1 2 JULIA OLIVEIRA FERNANDES “DETERMINAÇÃO VOLTAMÉTRICA DE CHUMBO EM AMOSTRAS DE CREME CAPILAR TONALIZANTE POR MEIO DE ELETRODOS COMPÓSITOS” Projeto Final apresentado ao Curso de Graduação em Engenharia Química, oferecido pelo departamento de Engenharia Química e de Petróleo da Escola de Engenharia da Universidade Federal Fluminense, como requisito parcial para obtenção do Grau de Engenheiro Químico. Aprovado em 26 de julho de 2016. BANCA EXAMINADORA Niterói 1/2016 3 Se você quer ser bem sucedido, precisa ter dedicação total, buscar seu último limite e dar o melhor de si. Ayrton Senna 4 Agradecimentos Agradeço a Deus porque me amou primeiro e me abençoou para que eu tivesse condições de perseguir os meus sonhos. Ao meu marido, Wesley Pintor, que durante toda a graduação esteve ao meu lado me dando todo o apoio e me fazendo acreditar no meu potencial. Aos meus pais, Juvenil Fernandes e Joana Oliveira e ao meu irmão Jonas Fernandes, pelo apoio, confiança, carinho e dedicação à minha educação. Aos meus amigos e familiares que contribuíram para a minha formação, em especial à amiga Deisilaine Neves. Ao meu professor orientador, Felipe Semaan pela oportunidade de aplicar os meus conhecimentos teóricos em uma pesquisa tão interessante e importante para a sociedade. Aos professores e funcionários da Universidade Federal Fluminense que contribuíram para a minha graduação. A toda a equipe do Laboratório de Eletroanalítica da UFF, principalmente ao mestrando Leonardo Furtado por todo o suporte e aprendizado uma vez que este trabalho é derivado da sua dissertação de mestrado. 5 Resumo Os metais tóxicos são muito nocivos à saúde humana, pois alteram atividades bioquímicas no organismo provocando diversas doenças. Neste contexto, detectá-los de forma fácil, rápida, barata e reprodutível nos diversos produtos utilizados pelo homem é muito importante. Alguns cosméticos contêm quantidades consideráveis de metais tóxicos e essas precisam ser determinadas e monitoradas para que a sua absorção pelo organismo possa ser controlada. No presente trabalho determinou-se chumbo (um metal tóxico) em amostras reais de um creme capilar tonalizante, o Grecin 2000®, por meio da voltametria de onda quadrada (SWV). A análise voltamétrica pode ser dividida em três etapas: um pré-tratamento aplicando um potencial de -1,4 V durante 120 segundos, SWV de -1,5 V a +0,1 V em condições otimizadas (frequência 25 Hz, amplitude 50 mV e degrau 10 mV) e um pós-tratamento de +0,3 V durante 60 segundos, para limpeza. O eletrodo de trabalho utilizado na determinação consiste em um eletrodo compósito de grafite-epóxi (65% m/m) modificado por um filme de bismuto formado in situ, um eletrodo de referência de Ag|AgCl e um contra-eletrodo de fio fino de prata. Obteve-se uma média de (0,505 ± 0,025) % de acetato de chumbo (%m/m) na amostra de Grecin® com uma média de recuperação de (98,75 ± 6,58)%. Os limites de detecção, quantificação e região linear foram respectivamente 0,07 µmol L-1, 0,21 µmol L-1 e 0,98 – 1,92 µmol L-1 para o Pb, 0,36 µmol L-1, 1,09 µmol L-1 e 2,99 – 14,5 µmol L-1 para o Zn e 0,05 µmol L-1, 0,15 µmol L-1 e 0,50 – 2,47 µmol L-1 para o Cd. Como procedimento de comparação realizou-se a espectrometria de absorção atômica em chama (F AAS). Os resultados obtidos foram satisfatórios e compatíveis com a porcentagem divulgada pelo fabricante e abaixo da permitida pela ANVISA, sendo também compatíveis ao método de comparação. Palavras-Chave: eletroquímica; eletrodos compósitos; metais; detecção de chumbo; cosméticos; voltametria 6 Abstract Toxic metals are very harmful to human health since they can change biochemical activity in the body causing various diseases. In this context, their easy and fast detection, in a cheap and reproducible way in different products used by humans is very important. Some cosmetics contain considerable amounts of toxic metals conducting this to the need to determining and monitoring allowing in such sense human exposure. In this study lead was determined (a toxic metal) in real samples of a hair cream tint, the Grecin 2000®, by square wave voltammetry (SWV). Voltammetric analysis can be divided into three steps: a pretreatment by applying a potential of -1.4 V for 120 seconds, SWV -1.5 V to +0.1 V under optimized conditions (frequency 25 Hz, amplitude of 50 mV and the step 10 mV), and a post-treatment of +0.3 V for 60 seconds for cleaning. The working electrode consisted of a graphite-epoxy composite electrode (65% m/m) modified by a film of bismuth formed in situ, the reference electrode was Ag|AgCl and a thin silver wire counter electrode. It was obtained as a weighted average (0.505 ± 0.025)% lead acetate (% m/m) in the sample Grecin® with an average recovery (98.75 ± 6.58)%. The limits of detection, quantification and linear region were respectively 0.07 µmol L-1, 0.21 µmol L-1and from 0.98 to 1.92 µmol L-1for Pb, 0.36 µmol L-1, 1.09 µmol L-1 and from 2.99 to 14.5 µmol L-1 for Zn and 0.05 µmol L-1, 0.15 µmol L-1 and from 0.50 to 2.47 µmol L-1 for Cd. As a comparison procedure was held on Atomic Absorption Spectrometry in Flame (F AAS).Results found were satisfactory and consistent with the percentage reported by the manufacturer and below the permitted by ANVISA, being also compatible to those found by a comparison method. Keywords: electrochemistry; composite electrodes; metals; lead determination; cosmetics; voltammetry 7 SUMÁRIO Agradecimentos ....................................................................................................................... 5 Resumo ..................................................................................................................................... 6 Abstract .................................................................................................................................... 7 SUMÁRIO ................................................................................................................................ 7 Lista de tabelas ...................................................................................................................... 10 CAPÍTULO 1 INTRODUÇÃO E OBJETIVOS ............................................................ 11 1.1 Introdução .................................................................................................................... 11 1.2 Objetivo geral .............................................................................................................. 12 1.3 Objetivos específicos ................................................................................................... 12 1.4 Organização do Texto .................................................................................................. 12 CAPÍTULO 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ................................................................ 14 2.1 Cosméticos ................................................................................................................... 14 2.1.1 Tipos de cosméticos capilares.................................................................. 16 2.2 Metais e seus malefícios .............................................................................................. 17 2.2.1 Chumbo em tinturas ................................................................................. 19 2.2.2 Técnicas para determinação de chumbo .................................................. 20 2.3 Eletrodos Compósitos .................................................................................................. 26 2.3.1 Eletrodos de grafite-epóxi ........................................................................ 28 2.3.2 Modificações in situ pelo uso de filmes de bismuto ................................ 29 CAPÍTULO 3 METODOLOGIA .................................................................................... 30 3.1 Reagentes e Materiais .................................................................................................. 30 3.2 Preparo de Soluções ..................................................................................................... 30 3.2.1 Solução Tampão ...................................................................................... 30 7 3.2.2 Peróxido de hidrogênio ............................................................................ 31 3.2.3 Padrão de zinco, cádmio e chumbo ......................................................... 31 3.2.4 Padrão de chumbo .................................................................................... 31 3.3 Instrumentação ............................................................................................................. 31 3.4 Eletrodo compósito de carbono-epóxi ......................................................................... 32 3.5 Preparo do filme de bismuto ........................................................................................ 33 3.6 Preparo da amostra de Grecin® .................................................................................... 33 3.7 Determinação voltamétrica de chumbo por adição padrão .......................................... 34 3.8 Determinação de chumbo por F AAS .......................................................................... 34 CAPÍTULO 4 RESULTADOS E DISCUSSÕES ........................................................... 35 4.1 Otimização de condições voltamétricas ....................................................................... 35 4.2 Determinação voltamétrica de Pb ................................................................................ 38 4.2.1 Curvas de calibração ................................................................................ 38 4.2.2 Determinação de chumbo em Grecin®..................................................... 40 4.3 Determinação de Pb por F AAS como procedimento de comparação ........................ 43 CAPÍTULO 5 CONCLUSÕES E PERSPECTIVAS ..................................................... 44 CAPÍTULO 6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................... 45 8 Lista de Figuras Figura 2-1: Receita da indústria cosmética nos últimos 19 anos...... .............. ........ ..................15 Figura 2-2: Embalagem do Grecin 2000® – Loção Cremosa Progressiva.......... ........... ...........19 Figura 2-3: Estrutura cristalina do grafite................ ................... ................ ..............................27 Figura 3-1: Descrição técnica da seringa utilizada...... .................. ................... ............... .........33 Figura 4-1: Voltamograma de otimização das condições voltamétricas da detecção de Zn, Cd e Pb....................................................................................... .....................................................37 Figura 4-2: Curva de adição padrão, voltametria de onda quadrada (SWV) de -1,5 V a +0,1 V, frequência 25 Hz, amplitude 50 mV, degrau 10 mV.................... . .......... .................................38 . Figura 4-3: Relação de linearidade entre as correntes de pico e a concentração de cada metal.................................................................................................................. ........................39 Figura 4-4: Voltamograma da primeira amostra da triplicada de Grecin®....... ....... ..... ............41 Figura 4-5: Voltamograma da segunda amostra da triplicada de Grecin®................. ...............42 Figura 4-6: Voltamograma da terceira amostra da triplicada de Grecin®..................... ............42 9 Lista de tabelas Tabela 2-1: Resumo dos trabalhos citados de detecção de metais com diferentes técnicas e amostras.....................................................................................................................................25 Tabela 4-1: Combinações analisadas na otimização de condições voltamétricas.....................35 Tabela 4-2: Concentração de cada metal em solução por adição..............................................39 Tabela 4-3: Resultados da curva de calibração.............. ...................................... .....................40 Tabela 4-4: Concentração do analito em solução a cada adição..................... .... ......................40 . Tabela 4-5: Curvas Corrente de pico (µA) vs Concentração do analito em solução (µmol L-1) em cada amostra................................................................................................. .......................41 Tabela 4-6: Resultados da determinação de chumbo no Grecin®......... ......... ...........................43 10 CAPÍTULO 1 INTRODUÇÃO E OBJETIVOS 1.1 Introdução A indústria que abrange o setor de cosméticos vem apresentando nos últimos anos franco crescimento se comparado ao Produto Interno Bruto e ao crescimento médio das indústrias de outros setores. No Brasil, existem muitas indústrias deste tipo instaladas, dado o grande potencial do seu mercado consumidor. Daí a grande relevância de se estudar produtos advindos deste segmento (ABIHPEC, 2015). Esta indústria abrange diversos tipos de produtos de uso pessoal e de beleza, inclusive produtos cosméticos capilares. Dentre esses produtos estão os cremes que têm o objetivo de conferir cor ao cabelo. Para alcançar este objetivo, alguns tipos de produtos capilares utilizam o acetato de chumbo como agente, pois o mesmo reage com o sulfeto formando sulfeto de chumbo que confere a cor negra ao fio de cabelo (LOPES et al., 2013). O chumbo é um metal encontrado na natureza de forma livre muito conhecido e estudado. Possui número atômico 82 e massa atômica igual a 207,2 u, encontra-se sólido a temperatura e pressão ambientes. Assim como outros metais que podem estar presentes nos cosméticos, o chumbo é um metal tóxico à saúde humana, pois, além de não ter nenhuma função fisiológica, se acumulada no organismo trazendo diversas doenças afetando praticamente todos os órgãos e sistemas do corpo humano (MOREIRA, 2004a). Portanto, é de suma importância quantificar este metal em produtos consumidos pelo homem. Este trabalho pretende determinar o chumbo em amostras de um creme capilar tonalizante comercializado livremente: o Grecin 2000®. Para tanto, será testado um método mais simples, barato, rápido e reprodutível do que métodos comumente usados. O método consiste na utilização de um eletrodo compósito de grafite com resina epóxi na proporção de 65% (m/m) preparado artesanalmente em laboratório utilizado como eletrodo de trabalho modificado in situ com filme de bismuto para a realização da técnica de voltametria de onda quadrada (SWV – Square Wave Voltammetry). 11 1.2 Objetivo geral Determinar, por meio da técnica voltamétrica de onda quadrada (SWV), com eletrodos compósitos com filme de bismuto formado in situ o metal tóxico chumbo em amostras reais de um creme capilar tonalizante Grecin 2000®. 1.3 Objetivos específicos a) Preparar eletrodos compósitos a base de grafite e resina epóxi a 65%; b) Modificar tais eletrodos pela eletrodeposição in situ de filmes de bismuto; c) Otimizar os parâmetros voltamétricos de análise; d) Avaliar a aplicabilidade do método para determinação de metais pesados; e) Mineralizar as amostras de Grecin 2000®; f) Aplicar o procedimento voltamétrico otimizado empregando eletrodos compósitos modificados na determinação de chumbo em amostras reais de Grecin 2000® mineralizadas. 1.4 Organização do Texto Este trabalho foi organizado da seguinte forma: no capítulo 1 está apresentada uma visão geral do trabalho, das motivações de realização do mesmo e os objetivos a serem cumpridos durante o seu desenvolvimento. No segundo capítulo estão descritas as referências bibliográficas presentes na literatura que basearam a pesquisa e os estudos dos metais tóxicos em cosméticos. Já no terceiro capítulo são descritas a preparação das soluções e dos instrumentos utilizados. No capítulo 4 estão apresentados os resultados obtidos na pesquisa, desde a análise e otimização dos parâmetros voltamétricos, passando pela curva de adição padrão até a determinação de chumbo na amostra real de Grecin 2000®, além de sua comparação com a técnica de espectrometria de absorção atômica em chama. Por fim, no capítulo 5 foram 12 expostas as conclusões e perspectivas referentes a esta linha de pesquisa e no sexto e último capítulo estão dispostos por ordem alfabética os artigos, livros e estudos utilizados como fonte para a realização deste trabalho de conclusão de curso. 13 CAPÍTULO 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 2.1 Cosméticos Segundo a ANVISA (Agência Nacional de Vigilância Sanitária), responsável por regulamentar a distribuição e fabricação de cosméticos, sendo tais produtos de uso corporal externo fabricados a partir de substâncias sintéticas ou naturais que têm como objetivos principais limpar, perfumar ou proteger determinada parte do corpo. Os cosméticos são classificados de acordo com o grau de risco que oferecem em dois grandes grupos: produtos de graus 1 e 2. Os de grau 1 são produtos que apresentam propriedades básicas ou elementares, não sendo necessária a comprovação de informações detalhadas sobre seu modo de uso. Já os produtos de grau 2 apresentam maior grau de risco e é necessária comprovação de segurança e/ou eficácia, além de informações sobre o modo de uso. São exemplos de cosméticos de grau 1 os esmaltes, os batons labiais (sem finalidade protetora) os xampus e os condicionadores (exceto os com ação antiqueda, anticaspa e/ou outros benefícios específicos). Já dentre os cosméticos de grau 2, destacam-se os bronzeadores, os repelentes, as tinturas capilares temporárias/progressivas/permanentes, xampus e condicionadores antiqueda ou anticaspa. A despeito da classificação simplista da ANVISA, de acordo com Chorilli (2007), um produto cosmético deve ser considerado seguro independente de qual seja seu grau de risco, ou seja, não deve existir risco de lesão considerável e que possa ser prevista visto não existir garantia total de segurança em nenhuma substância química já que tal segurança se relaciona sobretudo ao uso adequado do produto. Segundo o Statista (2016), um portal mundial de estatísticas e estudos, o mercado de beleza é divido em cinco segmentos: cuidados com a pele, cuidados capilares, maquiagem, fragrâncias e higiene pessoal. Os produtos cosméticos abrangem todos esses segmentos, de modo que a comercialização e aceitação dos mesmos no mercado dependem diretamente do perfil étnico e cultural da população. Dessa forma, para o sucesso de determinada empresa é imprescindível a variedade e diversificação dos produtos. A L’Oreal® é a líder no mercado de beleza brasileiro, apresentando uma receita em 2014 de aproximadamente 29,94 bilhões de 14 dólares. Na sequência está a Unilever® com uma receita no mesmo ano de 21,66 bilhões de dólares. De acordo com um documento publicado pela ABIHPEC (Associação Brasileira da Indústria de Higiene Pessoal, Perfumaria e Cosméticos), a indústria brasileira de Higiene Pessoal, Perfumaria e Cosméticos (HPPC) apresentou ao longo dos últimos 19 anos um crescimento anual médio em torno de 10%, passando de R$ 4,9 Bilhões em 1996 para R$ 43,2 bilhões em 2014 (Figura 2-1). Podemos observar que este setor apresentou um crescimento mais vigoroso nos últimos anos do que o restante da indústria comparando o crescimento médio anual do setor de quase 10% contra 2,8% ao ano do PIB (Produto Interno Bruto) total e 1,9% ao ano da indústria em geral. Os principais fatores para o crescimento acentuado foram o aumento da renda das classes D e E brasileiras (possibilitando assim o acesso aos produtos), o aumento da participação da mulher no mercado de trabalho, o aumento da expectativa de vida da população, a adequação de novos produtos às necessidades do consumidor, aumentos menores dos preços dos produtos do setor se comparados aos outros setores da indústria (o aumento do preço dos produtos de Higiene e Beleza nos últimos cinco anos foi menor do que a inflação) e aumento da produtividade nas indústrias devido à incorporação de tecnologia. Figura 2-1: Receita da indústria cosmética nos últimos 19 anos Fonte: ABIHPEC, 2015 15 No Brasil há 2540 empresas instaladas atuando no setor. Destas, apenas 0,8% são de grande porte, porém representam 73,0% do faturamento líquido total de impostos. Em 2015 destacou-se o estado de São Paulo com o maior número de empresas instaladas (1058), aproximadamente 41,6% delas, e o Rio de Janeiro em segundo lugar com 234 empresas, o que corresponde a 9,2% (ABIHPEC, 2015). Ainda segundo este panorama do setor publicado pela ABIHPEC, dados da Euromonitor de 2014, mostram que o Brasil ocupa a terceira posição no mercado mundial de HPPC atrás apenas dos Estados Unidos e China, representando 9,4% do consumo mundial. Em 2014 o setor criou mais de 5600 empregos representando um crescimento médio anual nos últimos vinte anos de 8,4%, muito acima do percentual de crescimento de empregos de todos os setores no país. Os produtos cosméticos capilares compõem grande parte da indústria cosmética voltada para a beleza. Alguns tipos de cosméticos capilares são: xampus, condicionadores, tinturas e emulsões. 2.1.1 Tipos de cosméticos capilares 2.1.1.1 Xampus Xampu é uma solução ou suspensão que tem como objetivo higienizar os fios capilares e o couro cabeludo, além de conferir aos mesmos, propriedades físicas importantes. É importante ressaltar que a limpeza precisa ser seletiva, ou seja, retirar apenas o necessário: parte do sebo, microrganismos, resíduos ambientais, entre outros (WILKINSON, 1990). Nesta solução são empregados tensoativos aniônicos, sobreengordurantes, doadores de viscosidade, estabilizantes de espuma, conservadores, corretivos do pH, perfumes, corantes e agentes perolizantes (LEONARDI, 2004; SIMMONS, 2000). 2.1.1.2 Condicionadores Os condicionadores são definidos como uma emulsão que contém tensoativos catiônicos que agem de forma a neutralizar as cargas negativas deixadas pelo xampu na 16 superfície do fio, tornando-os mais lisos e com menos volume. Os condicionadores normalmente possuem em sua composição espessante, essência, água e agente sobreengordurante, além dos tensoativos catiônicos, conferindo pH ácido ao mesmo (LEONARDI, 2004). 2.1.1.3 Tinturas Os primeiros registros de uso de tinturas capilares foram encontrados em múmias egípcias, que há quatro mil anos atrás coloriam seus cabelos com henna. Ao longo dos séculos as técnicas usadas para colorir o cabelo foram aprimoradas e muita literatura e pesquisa foram produzidas, até chegarmos aos produtos e técnicas diversificados disponíveis atualmente. As tinturas capilares são classificadas de acordo com a sua composição e o tempo que permanecem no cabelo em permanente, semipermanentes, temporárias e naturais (KIRKLAND et al., 2005). 2.1.1.4 Emulsões As emulsões, comumente conhecidas como cremes ou loções, são definidas como sistemas heterogêneos compostos de fase dispersa, meio dispersante e tensoativo. O tensoativo tem o objetivo de dispersar duas fases imiscíveis. Geralmente a fase dispersa é um óleo e o meio dispersante é aquoso. As loções possuem baixa e os cremes alta viscosidade (LEONARDI, 2004). 2.2 Metais e seus malefícios De acordo com Moreira et al. (2004b), os metais tóxicos são agentes que podem comprometer direta ou indiretamente as atividades bioquímicas e, consequentemente biológicas nos organismos, ou seja, podem causar grandes malefícios à saúde humana. Já os metais pesados, são definidos como o grupo de elementos que se apresentam em baixas concentrações e com densidade igual ou acima de 5 g cm-3. Além disso, também podem ser 17 chamados de “elementos traço” ou “microelementos” (ADRIANO, 1986; POVINELLI, 1987; EGREJA FILHO, 1993). Comumente refere-se aos elementos metálicos que causam malefícios à saúde humana como metais pesados, porém existem metais com alta densidade que não apresentam toxicidade à saúde humana. Por isso, neste trabalho, referir-se-á aos metais como chumbo, mercúrio, cádmio, zinco e cromo como “metais tóxicos”. Os cosméticos frequentemente contêm metais em sua formulação, sendo tais componentes carreados a partir de impurezas de matérias primas contendo metais como chumbo, mercúrio, cádmio, cromo, antimônio, arsênio e níquel. Tais metais e seus compostos podem ser absorvidos pela pele caso estejam dissolvidos na matriz de um cosmético pastoso ou líquido, principalmente (GOLDHABER, 2003). Muitos estudos de diferentes autores têm mostrado que o uso de cosméticos é o principal caminho de entrada dos metais tóxicos e cumulativos no corpo humano (KALICANIN et al., 2016). Produtos cosméticos podem conter mais de 10000 ingredientes cujas características podem estar ligadas a doenças, pois mudam diversos processos bioquímicos alterando a estrutura de algumas células, competindo contra metais essenciais e inibindo enzimas vitais (GOLDHABER, 2003; ULLAH et al., 2013). Devido a isso a Food and Drug Administration – FDA proibiu alguns ingredientes de estarem presentes em cosméticos, tais como: formaldeído, glicol éteres, chumbo, mercúrio, parabenos e fenilenodiamina (ULLAH et al., 2013). O chumbo é considerado um metal pesado tóxico cumulativo e não essencial para o organismo humano que, se absorvido pelo organismo, afeta praticamente todos os órgãos do corpo. Por isso é considerado pela Organização Mundial da Saúde (OMS) um dos elementos químicos mais nocivos à saúde, uma vez que a intoxicação por chumbo ou compostos de chumbo, dependendo da magnitude, pode causar até mesmo a morte (MOREIRA, 2004a). Este metal pode ser introduzido no organismo humano através de inalação, ingestão ou absorção cutânea (NORDBERG et al., 2007). É comum haver no organismo humano entre 100 e 400 mg de chumbo de acordo com a idade. No sangue, o nível normal de chumbo precisa ser inferior a 400 ng mL-1 (CAMPOS et al., 2009). Apesar da gravidade na toxicidade deste metal, é estimado que sejam absorvidos pelo organismo humano 300 a 460 µg de chumbo diariamente (LARINI et al., 1997). Entre os principais malefícios do chumbo no organismo estão a inibição da ação do cálcio por competição e a interação com as proteínas, alterando o funcionamento das membranas celulares e enzimas e formando complexos estáveis com ligantes doadores de elétrons. Como consequências da intoxicação por chumbo 18 estão anemia, encefalopatia, cefaleia, convulsões, hepatotoxicidade e neoplasias, além de estar associada à redução de fertilidade e abortos espontâneos (SHRIVAS et al., 2010). 2.2.1 Chumbo em tinturas Geralmente presente nas tinturas capilares classificadas como progressivas, o acetato de chumbo é facilmente sorvido pelo fio de cabelo, pois reage com o enxofre disperso e com o enxofre presente nas proteínas capilares formando o sulfeto de chumbo que confere a cor preta ao fio. Portanto, gradualmente, a cor natural do cabelo é substituída pela cor mais escura. Um exemplo de cosmético que o contém é o Grecin® (Figura 2-2) (LOPES et al., 2013). Figura 2-2: Embalagem do Grecin 2000® - Loção Cremosa Progressiva Fonte: PANVEL, 2016 A ANVISA, órgão responsável pelo controle sanitário de produtos e serviços no Brasil, autorizou e regulamentou em 27 de março de 2013 o uso de acetato de chumbo na composição de cosméticos, especialmente de tinturas de cabelo limitando para 0,6% a concentração máxima expressa no produto final por meio da RDC nº15/2013. O acetato de chumbo estava proibido desde 2006 pela agência. Além disso, a resolução estabelece que deva constar no rótulo do produto cuja composição contiver acetato de chumbo informações sobre condições de uso e advertências, como manter fora do alcance de crianças, evitar 19 contato com os olhos, não utilizar durante a gravidez, lavar bem as mãos após o uso e não usar para tingir os cílios, sobrancelhas e bigodes. 2.2.2 Técnicas para determinação de chumbo Devido à alta toxidade deste metal, são necessárias técnicas de determinação eficazes para doseamento de tal analito nas mais diversas matrizes. Dentre as técnicas utilizadas para determinar chumbo em cosméticos estão as espectrometrias de absorção atômica (Atomic Absorption Spectrometry – AAS), em chama (Flame Atomic Absorption Spectrometry – F AAS), e em forno de grafite (Graphite Furnace Atomic Absorption Spectrometry – GF AAS), voltametria de pulso diferencial de redissolução anódica (Diferential Pulse Anodic Stripping Voltammetry - DPASV), espectrometria de massas com plasma acoplado indutivamente (Inductively Coupled Plasma – Mass Spectrometry – ICP-MS), espectrometria óptica com plasma acoplado indutivamente (Inductively Coupled Plasma – Optical Emission Spectrometry – ICP-OES). Técnicas potenciométricas e voltamétricas têm se mostrado alternativas bastante viáveis para determinar concentração de metais-traço em variadas matrizes, tais como ligas, alimentos, matérias biológicas e ambientais (LAPERA et al., 2003). 2.2.2.1 Espectrometria de Absorção Atômica A espectrometria de absorção atômica consiste em uma técnica espectroanalítica que tem como objetivo determinar quantitativamente os elementos de determinada amostra por meio da absorção da radiação incidida em átomos livres no estado gasoso (WELZ et al., 1999). Como princípios para realizar a técnica, têm-se: a geração de uma “nuvem” no estado fundamental, a incidência de radiação de comprimento de onda adequado nesta “nuvem” gerada, e a medida diferenciada do sinal de absorção dos átomos do sinal de absorção de fundo (SCHIAVO, 2013). A diferença entre a espectrometria de absorção atômica em chama (F AAS) e a em forno de grafite (GF AAS) está na forma em que será realizada a atomização (SCHIAVO, 2013). A F AAS é uma das técnicas mais utilizadas. O primeiro espectrômetro de absorção 20 atômica comercial chegou ao mercado em 1959 e a partir de então esta técnica tem sido muito difundida para fins de determinação de metais (SKOOG et al., 2006). Já a GF AAS tornou-se conhecida dois anos depois (1961) surgindo no mercado apenas na década de 70. Comparando-se o método de atomização em chama com o em forno de grafite tem-se que este último apresenta maior sensibilidade devido ao menor intervalo de tempo em que a amostra é atomizada, ao maior tempo médio de residência do átomo no caminho óptico e à menor diluição da amostra. De forma que os limites de detecção na GF AAS normalmente são melhores do que na F AAS (WELZ et al., 1999). Serão apresentadas a seguir algumas metodologias de determinação de chumbo e outros metais tóxicos em amostras. Odukudu F. B. et al. (2014) determinaram cádmio, cromo, cobre, zinco, ferro, chumbo e níquel em 82 diferentes amostras de 6 classes de produtos de consumo do mercado local nigeriano, entre eles cosméticos, inseticidas e desinfetantes. O limite de detecção encontrado para o chumbo foi de 4 µg L-1 por meio da técnica F AAS. Foram encontrados níveis inferiores ao permitido pela Health Canada (2009) em todas as amostras. Islam F. et al (2015) realizaram a determinação de metais pesados e elementos traço em xampus vendidos no mercado local de Bangladesh por meio da técnica de AAS. Os metais tóxicos avaliados foram cádmio, chumbo e mercúrio, enquanto os elementos traço foram alumínio, magnésio, ferro, cobre, manganês, arsênio, cobalto, zinco, cromo e níquel. Eles concluíram que a concentração de mercúrio de xampus sintéticos (41 amostras) e a base de plantas (8 amostras) estava acima do limite permitido pela OMS (Organização Mundial da Saúde) e o teor de alumínio em xampus sintéticos foi quase o triplo do existente em xampus a base de plantas. Batista E. F. et al (2015) determinaram Pb, Cd, Co, Cr, Cu e Ni em amostras de sombras de olho produzidas em diferentes países através de espectrometria de absorção atômica em forno de grafite (GF AAS) e espectrometria óptica com plasma acoplado indutivamente (ICP OES). O chumbo foi determinado através da absorção atômica e os demais metais através da espectrometria ótica. Foram analisadas 14 amostras de sombra de olho para crianças e em cinco delas havia concentrações de metal acima da legislação sendo 2 de chumbo. Já entre as 21 amostras de sombra de olho para adultos, 9 apresentaram concentrações de cromo acima do permitido e 6 de níquel. Os limites de detecção e quantificação para o chumbo foram 226 e 678 µg L-1 respectivamente e a região linear foi 5120 µg L-1. 21 Unsal Y. E. et al. (2015) determinaram Pb, Cu e Fe em cosméticos, água, solo e alimentos usando pré-concentração de poliidroxibutirato-B-polidimetilsiloxano e AAS. Chegando a um limite de detecção para o Pb2+ de 2,5 µgL-1. Barros A. I. et al. (2015) estudaram a quantificação de chumbo em sombras de olho e blush através da espectrometria de absorção atômica em forno de grafite de alta resolução com fonte contínua (HR-CS GF AAS) aplicando diretamente a amostra sólida ao método e comparando com a espectrometria de absorção atômica em forno de grafite com fonte de linhas (LS GF AAS). Observou-se resultados próximos entre as duas técnicas com limite de quantificação de 226 µg L-1, limite de detecção de 67,8 µg L-1 e região linear de 250-2500 µg. Yildiz E. et al.(2016) estudaram um novo reagente quelante (QAN) e aplicação para coprecipitação de alguns metais em amostras de alimentos por FAAS. O objetivo era separar e pré-concentrar traços de cobalto, cobre, ferro, chumbo e manganês em diferentes amostras antes da sua determinação por FAAS. O limite de detecção encontrado para esta técnica foi de 0,03 µg L-1. 2.2.2.2 Técnicas Voltamétricas As técnicas voltamétricas nasceram com análises realizadas com célula eletroquímica contendo apenas dois eletrodos, sendo o eletrodo de trabalho um eletrodo de mercúrio gotejante, e o eletrodo de referência um eletrodo de calomelano saturado, esta técnica chamou-se polarografia e a sua descoberta e desenvolvimento concedeu o prêmio Nobel em 1959 ao seu criador (HEYROVSKÝ, 2012). A polarografia surgiu em 1922, estudada por J. Heyrovský como "eletrólise com catodo de mercúrio gotejante". As curvas corrente-potencial medidas com este eletrodo foram bastante reprodutíveis e melhores do que com quaisquer outros eletrodos. Mais tarde, após diversos testes descobriu-se que o eletrodo de mercúrio gotejante podia ser usado tanto como catodo como anodo e assim a polarografia passou a ser definida como "eletrólise com eletrodo de mercúrio gotejante" (HEYROVSKÝ, 2012). Durante os anos de 1938 e 1945, período entre o qual ocorreu a segunda guerra mundial, o número de publicações utilizando a polarografia no mundo aumentou cerca de 170%, o que se deve principalmente à utilização desta análise na indústria de guerra. Uma 22 empresa checa realizou a primeira versão comercial do polarógrafo de Heyrovský em 1929 (BORMAN, 2005). O sucesso rápido da polarografia pode ser atribuído à simplicidade na realização da técnica e às propriedades únicas do eletrodo de mercúrio. Dentre as vantagens deste eletrodo estão a superfície renovável, lisa e uniforme, a alta reprodutibilidade e a alta purificabilidade do mercúrio. Porém, o mercúrio apresenta limitações para ser usado como anodo, uma vez que em potenciais acima de +0,4 V ocorre a sua oxidação que produz sinais que inviabilizam a visualização dos sinais de interesse, além de requerer bastantes cuidados na sua manipulação, uma vez que apresenta alta toxicidade e preço. O limite de detecção da polarografia clássica é cerca de 2070 µg L-1 para o chumbo (10-5 mol L-1), considerado alto se comparado às demais técnicas voltamétricas (MMA, 2013; SKOOG et al., 2006). Devido aos ótimos resultados obtidos na pesquisa eletroquímica com a polarografia, muitos cientistas se dedicaram a estudar modificações do método original desenvolvendo assim a polarografia de corrente alternada, a tensametria, a polarografia de onda quadrada e a polarografia de pulso, por exemplo. Portanto, a voltametria pode ser definida como uma técnica eletroanalítica que permite quantificar qualitativa e quantitativamente determinado composto de interesse por meio da medição de corrente de acordo com o potencial aplicado, ou seja, são geradas curvas correntepotencial, os voltamogramas, que possibilitam o estudo do composto de interesse (SKOOG et al., 2006). As técnicas voltamétricas perderam espaço para as técnicas espectrométricas na década de 50 devido à fácil automação, fácil operação e avanços eletrônicos que foram aplicados à eletroanálise posteriormente (WELZ et al., 2003). Porém, hoje, estas técnicas se complementam, principalmente, em função da complexidade e variedade das amostras. A seguir serão apresentados alguns trabalhos realizados recentemente aplicando técnicas voltamétricas em geral. Shahbazi et al.(2016) estudaram a determinação de chumbo, cádmio, zinco, cobre e selênio em amostras de leite e produtos lácteos coletados no Irã. Foram usadas duas técnicas voltamétricas: voltametria de pulso diferencial de redissolução anódica (DPASV) e catódica (DPCSV). Para a determinação do zinco, do cádmio e do chumbo utilizou-se DPASV e para os demais metais DPCSV. Constatou-se que na maioria dos casos a concentração de metal foi inferior aos limites permitidos internacionalmente. Os limites de detecção e quantificação de chumbo foram respectivamente 0,25 e 0,5 µg L-1 e a região linear foi de 0,5-200 µg L-1. 23 Zhou et al. (2016) determinaram simultaneamente traços de cádmio e chumbo por meio de eletrodos de carbono vítreo modificados com I-cysteine/grafeno-CS/GCE. As técnicas utilizadas para caracterizar o eletrodo modificado foram a voltametria cíclica (CV) e a impedância eletroquímica de corrente alternada. Já na determinação dos metais em questão foi utilizada a técnica de voltametria pulso diferencial de redissolução anódica (DPASV). O limite de detecção nesta técnica para o chumbo foi de 0,12 µg L-1 apresentando uma região linear no intervalo 1,04-62,1 µg L-1. O sensor foi aplicado na detecção de metais de amostras reais – Mel Laosham e Arroz Wuxi – e os resultados foram comparados com os resultados obtidos através da técnica ICP-AES de forma que a diferença na quantificação dos dois métodos foi em torno de 5% considerando o sensor desenvolvido aplicável para este método. Maria-Hormigos et al. (2016) estudaram a determinação de cádmio e chumbo por meio de eletrodos compósitos SPCEs (screen-printed carbon electrode) com bismuto incorporado e modificado com poliestireno sulfonado (PPS) e carbono nanopowder (CnP) compósitos. A técnica utilizada foi a DPASV, porém foram testados dois métodos de incorporação do bismuto: “método da gota” (colocando a solução teste na superfície do SPCE) e o procedimento de imersão (imergindo a célula numa solução teste agitada). Os limites de detecção e quantificação para o chumbo no primeiro método foi de 0,27 e 0,91 µg L-1 respectivamente, já para o método de imersão foi de 0,029 e 0,098 µg L-1. 2.2.2.3 Espectrometria com plasma acoplado indutivamente A espectrometria com plasma acoplado indutivamente (ICP) é uma técnica de análise química instrumental que usa um plasma de argônio com o objetivo de excitar a amostra atomizando-a a alta temperatura (7000 a 15000 K) e alta densidade eletrônica (1 a 3 x 1015 eletrons cm-3) concedendo energia suficiente para gerar os átomos e íons necessários. Quando a amostra é ionizada no plasma os íons emitem luzes de diferentes extensões que são medidas e permitem quantificar os elementos presentes na amostra de acordo com a absorção da radiação pelos mesmos (AIR PRODUCTS, 2016; LIMA, 2014). Chen et al. (2015), determinaram chumbo em amostras de batom por injeção de fluxo de vapor químico diluído isotopicamente por espectrometria de massa com plasma indutivamente acoplado (ICP-MS). A maior vantagem desta técnica é que não é necessária 24 digestão da amostra. O limite de detecção encontrado para as amostras de batom analisadas foi de 1,243 µg L-1. Zainy (2015) determinou metais tóxicos em 16 cremes clareadores e 3 misturas de cremes clareadores do mercado local de Jeddah. As amostras foram digeridas com técnicas de micro-ondas de alta pressão seguidas de injeção no ICP-OES. Foram encontradas concentrações de mercúrio e bismuto acima do limite permitido. Os limites de detecção encontrados variaram de 282 a 5650 µg L-1. Na Tabela 2-1 estão resumidas as técnicas, amostras, seus limites de detecção, quantificação e região linear relacionados a cada referência citada. Tabela 2-1 – Resumo dos trabalhos citados de detecção de metais com diferentes técnicas e amostras Amostra Cosméticos, Técnicas F AAS Limite de Limite de Região Detecção Quantificação Linear (µg L-1) (µg L-1) (µg L-1) 4 - - inseticidas e Referências ODUKUDU et al., 2014 desinfetantes Xampus de AAS - - - Bangladesh Sombras de al., 2015 GF AAS 226 678 5-120 olho Água, solo e ISLAM et BATISTA et al., 2015 AAS 2,5 - - alimentos UNSAL et al., 2015 Sombras de HR-CS GF olho e blush AAS 67,8 226 250-2500 BARROS et al., 2015 LS GF AAS Alimentos F AAS 0,03 - - YILDIZ et al., 2015 Leite e produtos DPASV 0,25 0,5 0,5-200 SHAHBAZI et al., 2016 lácteos do Irã 25 Tabela 2-1 – Resumo dos trabalhos citados de detecção de metais com diferentes técnicas e amostras (continuação) Mel e arroz DPASV 0,12 - 1,04–62,1 ZHOUet al., 2016 DPASV “Método - 0,27 0,91 - da gota” MARIAHORMINGOS et al., 2016 - DPASV 0,029 0,098 - MARIA- “Procedimento de HORMINGOS imersão” et al., 2016 Batom ICP-MS 1,243 - - CHEN et al., 2015 Cremes ICP-OES 282 - - ZAINY, 2015 clareadores 2.3 Eletrodos Compósitos Os primeiros eletrodos de carbono foram estudados e aplicados em 1838 por Sir Humphrey Davy. Em 1958, Adams propõe uma releitura de tal descoberta em uma época na qual a polarografia se difundia e os eletrodos de mercúrio eram largamente utilizados como eletrodos de trabalho a fim de determinar diversos analitos redutíveis como íons metálicos (ADAMS, 1958). Adams observou, no entanto, que os eletrodos de pasta de carbono apresentavam diversas vantagens se comparados ao eletrodo comumente usados na época, o eletrodo de mercúrio gotejante. São elas: alta reprodutibilidade, fácil preparo e manipulação, maior aplicabilidade devido a maior região de potencial (inclusive em potenciais acima de +0,4 V), menor custo e ausência de toxidade. Inicialmente os eletrodos de pasta de carbono foram preparados agitando o carbono e um líquido orgânico até alcançar a uniformidade na mistura. Foram utilizados um grama de carbono e 7 mL de bromofórmio formando uma pasta espessa. O eletrodo foi fabricado com 0,5 cm de altura e 3 mm de diâmetro e um fio de platina foi colocado através da haste até 26 entrar em contato com o compósito. Com este procedimento foram encontrados resultados reprodutíveis (ADAMS, 1958). Os compósitos são materiais híbridos compostos de uma fase condutora e uma fase isolante misturados em proporções adequadas (ADAMS, 1958). A fase condutora normalmente é composta de pó de grafite, pois o mesmo apresenta baixo custo e é encontrado facilmente na natureza. O grafite é um dos alótropos do carbono que apresenta arranjo lamelar de átomos de carbono (chamadas de folhas de grafeno) em organização hexagonal atraídas por ligações fracas (Figura 2-3) conferindo ao mesmo, propriedades como capacidade de lubrificação, condução de calor e eletricidade. (CHUNG, 2002; ZARBIN et al., 2013). Figura 2-3: Estrutura cristalina do grafite Fonte: adaptado de PIERSON, 1993 As características mecânicas deste material são determinadas pela fase isolante quando a fase condutora é o pó de grafite. A fase isolante precisa ser quimicamente inerte com relação ao grafite, imiscível em soluções aquosas, ter alta viscosidade, ter baixa volatilidade e alta pureza. (CERVINI et al., 2002; FRANZOI et al., 2011; GRANGER, 2015). Os materiais isolantes usados podem ser solventes orgânicos (ADAMS, 1958), óleo mineral (KALCHER, 1990), parafina (MATSON, 1974), poli(4-vinil-piridina) (GENO et al., 1985), resina epóxi (ALEGRET et al., 1993) e resina de poliuretana (TOLEDO et al., 2005). A fase isolante que será usada neste trabalho será a resina epóxi. 27 Esses eletrodos podem ter diversas aplicações como a determinação de metais (LY et al., 2007), análises bioquímicas e farmacêuticas como a determinação simultânea de dopamina e ácido ascórbico (ILINOIU et al., 2013), melanina (ZHU et al., 2011), atenolol (CALIXTO et al., 2011) e ureia (ALEGRET, 1993). Os eletrodos compósitos têm sido muito utilizados devido a sua alta aplicabilidade, baixo custo, versatilidade, facilidade de preparo e regeneração da superfície. Esses eletrodos podem ser utilizados em eletroanálise, eletrocatálise, fotoeletroquímica, biosensores, entre outras técnicas. O mesmo possui vantagens consideráveis uma vez que podem ser preparados de forma padronizada na quantidade necessária, com baixo gasto de recursos e de tempo. E, além disso, é possível, através do polimento remover o filme depositado e alterar a área eletroativa do mesmo. Sensores eletroquímicos são bastante aplicáveis ao rastreamento de metais em soluções aquosas devido a sua sensibilidade, compactação, baixo custo e facilidade de aplicação. 2.3.1 Eletrodos de grafite-epóxi Os eletrodos de carbono-epóxi podem ser caracterizados usando métodos eletroquímicos como microscopia eletrônica de varredura e microscopia eletroquímica de varredura. Ramírez-García et al. realizaram em 2002 a caracterização desses eletrodos e concluíram que os mesmos são bastante rígidos e apresentam alta condutividade elétrica e estabilidade em solventes orgânicos por longo período de tempo. Além disso, apresentam baixa resistência (até 200 Ω) se comparados a eletrodos de silicone (em torno de 1500 Ω), por exemplo, dado principalmente pela alta porosidade do material compósito. Mostraram também que a constante ko para este eletrodo compósito é maior se comparada a um eletrodo de fibra de carbono sugerindo que o eletrodo compósito apresenta uma superfície mais pura. Azevedo et al. (2014) estudaram estes eletrodos e concluíram que o material cujos eletrodos são fabricados possui estabilidade térmica até 150oC, além disso, não foi observada interação relevante entre o grafite e a resina epóxi. Os eletrodos compósitos também apresentaram dependência linear entre as correntes catódica e anódica quando submetidas à voltametria cíclica com diferentes velocidades de varredura e os melhores resultados com 28 relação à estabilidade e às propriedades mecânicas e elétricas foram encontrados para a proporção entre grafite e epóxi de 65% (m/m). 2.3.2 Modificações in situ pelo uso de filmes de bismuto A aplicação de filmes de bismuto na superfície de eletrodos de carbono resulta em um melhor desempenho na detecção de metais, como zinco, cádmio e chumbo. Se comparados com eletrodos de mercúrio, Wang J. et al. (2000) concluíram que os eletrodos de carbono modificados com filmes de bismuto são alternativas que apresentam comportamento muito próximo ao do mercúrio com características sustentáveis. Os filmes de bismuto formados in situ são preparados simultaneamente à detecção dos metais e consistem em adicionar determinada quantidade de Bi3+ à solução na qual será realizada a determinação. Os eletrodos com filme de bismuto oferecem uma alta resolução e definição de pico. Os filmes de bismuto apresentam este comportamento, pois formam ligas multicomponentes de baixa temperatura de fusão com os metais a serem detectados como o chumbo, o cádmio, o tálio, antimônio, índio e gálio. Tal formação de ligas de baixa temperatura facilita o processo de nucleação durante a deposição de metais pesados (WANG, 2005). A seguir serão apresentados alguns trabalhos que estudaram filmes de bismuto. Wang J. et al. (2000) utilizaram solução tampão acetato pH 4,5 contendo 50 µg L-1 de chumbo, cádmio e zinco juntamente com 400 µg L-1 de bismuto. Foi aplicado um potencial de deposição de -1,4 V durante 120 segundos e um pós-tratamento para limpeza de +0.3 V durante 30 segundos. A técnica voltamétrica foi a Voltametria de Onda Quadrada (SWV) com frequência de 20 Hz, degrau de 5 mV e amplitude de 25 mV. Wu Y. et al. (2008) determinaram simultaneamente chumbo, cádmio e zinco usando voltametria de pulso diferencial de redissolução anódica em um filme de bismuto e poli(ácidop-aminobenzeno). Os limites de detecção de Pb, Cd e Zn foram de 0,80, 0,63 e 0,62 µg L-1, respectivamente. As condições foram: solução tampão acetato pH 5,3, concentração de chumbo, cádmio e zinco de 50 µg L-1, concentração de bismuto de 0,15 µg L-1, potencial de deposição −1.40 V durante 240 s, velocidade de 50 mV s-1 amplitude igual a 100 mV. 29 CAPÍTULO 3 METODOLOGIA 3.1 Reagentes e Materiais Acetato de sódio (Sigma Aldrich®) Ácido acético glacial (99,8% v/v - Sigma Aldrich®) Ácido nítrico (Sigma Aldrich®) Cloreto de potássio (Vetec® Química) Epóxi (SILAEX® SQ 3024) Fio de cobre 1mm Grafite em pó (tamanho de partícula entre 2-20 µm – Sigma Aldrich®) Nitrato de bismuto (Vetec® Química) Padrão de cádmio 997 ppm (Spectrum Chemical®) Padrão de chumbo 995 ppm (Fluka Chemical®) Padrão de zinco 1000 ppm (Spectrum Chemical®) Peróxido de hidrogênio (Vetec® Química) Seringa 1 mL (BD Ultra-fine®) Todas as soluções foram preparadas em água destilada. Com objetivo de se certificar de que os componentes presentes na água destilada não influenciariam nas medidas por meio do método utilizada, realizou-se teste branco antes de todas as medidas. 3.2 Preparo de Soluções 3.2.1 Solução Tampão Foram preparados 500,0 mL de solução tampão acetato pH 6,0 pela adição e solubilização direta de 3,8874 g acetato de sódio e 0,149 mL ácido acético, sendo o volume 30 ajustado com água destilada. O pH da solução foi medido com o auxílio de um pHmetro (marca Radiometer Copenhagen modelo PHM 250 Ion Analyzer). 3.2.2 Peróxido de hidrogênio Uma solução de peróxido de hidrogênio 10% (v/v) foi utilizada para a digestão da amostra de Grecin®. A solução foi preparada adicionando-se 1,000 mL de peróxido de hidrogênio 50% (v/v) PA em um balão volumétrico de 10,0 mL e completando o mesmo. 3.2.3 Padrão de zinco, cádmio e chumbo Diferentes soluções foram preparadas visando calibração, estoques de 25,0 mL de padrão contendo 3,77 x 10-4 mol L-1 de zinco, 1,26 x 10-4 mol L-1 de cádmio e 5 x 10-5 mol L-1 de chumbo foram empregados. Para tanto foram adicionados 615 µL de zinco 1000 ppm, 353 µL de cádmio 997 ppm e 260 µL de chumbo 995 ppm a um balão volumétrico e o mesmo foi completado com água destilada. 3.2.4 Padrão de chumbo Foram preparados 25,0 mL de padrão de chumbo 5 x 10-5 mol L-1. Para tanto foram adicionados 260 µL de chumbo 995 ppm a um balão volumétrico e o mesmo foi completado com água destilada. 3.3 Instrumentação Foi utilizado um potenciostato e galvanostato Autolab PGSTAT204 Metrohm® por meio do qual foi realizado o procedimento de voltametria de onda quadrada, técnica usada para detectar o chumbo na amostra. 31 3.4 Eletrodo compósito de carbono-epóxi Os eletrodos de trabalho utilizados foram preparados em proporção 65% (m/m) de grafite e 35% (m/m) de resina epóxi. A resina epóxi utilizada é da marca SILAEX SQ 3024, composta por uma resina base (produto líquido, resultante da reação da epicloridrina com o Bisfenol A modificada) e um endurecedor (poliamina). Misturou-se 1500 mg de resina epóxi a cinco gotas do endurecedor, o que resultou em aproximadamente 1,7609 g, que correspondem a 35% em massa da composição do compósito. Calculou-se a massa de grafite correspondente a 65% em massa da composição do compósito, nesse caso, 3,2702 g. Adicionou-se lentamente o grafite à mistura entre resina e endurecedor contida em um bécher misturando continuamente com um bastão de vidro garantindo a máxima homogeneidade. Uma seringa de insulina foi utilizada como molde (Figura 3-1). A mistura homogênea entre o compósito e a resina foi introduzida na seringa e logo após o êmbolo da mesma com um fio acoplado foi introduzido no corpo da seringa até que o fio de cobre estivesse em contato. O sistema foi, então, submetido à pressão para a cura por no mínimo 24 horas. Após este período o sistema foi isolado com a resina e a parte inferior da seringa foi polida de maneira mais perpendicular possível, primeiramente com uma lixa de granulometria alta com o objetivo de expor o compósito. A partir daí a superfície do compósito foi polida com lixas progressivamente mais finas com o auxílio de uma politriz até a obtenção de uma superfície lisa e espelhada. 32 Figura 3-1: Descrição técnica da seringa utilizada Fonte: Adaptado de AZEVEDO, 2014; MELLO, 2014 3.5 Preparo do filme de bismuto A deposição de bismuto foi realizada adicionando 1,0 mg de nitrato de Bi3+ diretamente à solução de forma que o filme de bismuto é formado na superfície do eletrodo compósito simultaneamente à detecção dos metais. As condições voltamétricas de deposição foram: potencial de -1,4 V durante 120 s, que configura o pré-tratamento realizado a cada varredura. 3.6 Preparo da amostra de Grecin® Para preparo e digestão de amostras de Grecin® foram inicialmente pesados em triplicata aproximadamente 0,100 g de Grecin® que foram adicionados a tubos Falcon de 15 mL. Em cada tubo foi adicionado 10 mL de ácido nítrico 70% e colocado em aquecimento em 33 banho-maria em uma faixa de temperatura de 60 a 70 oC. Após aproximadamente cada duas horas de aquecimento foi adicionado 1,000 mL de água oxigenada 10% em cada tubo sucessivamente durante quatro vezes, totalizando um tempo total de digestão em torno de 8 horas. Além disso, foi realizada em triplicata a abertura da amostra fortificada e ensaios de branco. Feito isso, a amostra já digerida foi diluída 1:250 para que fossem realizadas as determinações. O procedimento de diluição consistiu em avolumar a amostra digerida para 10 mL e retirar uma alíquota de 1 mL da amostra avolumada diluindo-a até 25,0 mL. 3.7 Determinação voltamétrica de chumbo por adição padrão A determinação de chumbo na amostra de Grecin® foi realizada por meio da técnica voltametria de onda quadrada utilizando o aparelho Autolab PGSTAT204. A técnica consistiu em adicionar em um bécher 25 mL de solução tampão acetato/ácido acético pH 6, 0,1 mg de nitrato de bismuto III e 1mL da amostra diluída 250 vezes. Foi aplicado um potencial de -1,4 V durante 120 segundos como pré-tratamento e depois realizada efetivamente a voltametria de onda quadrada com frequência de 25 Hz, amplitude de 50mV e degrau de 10mV numa janela potencial de -1,4 a 0,1V, logo após, com o objetivo de limpar a superfície do eletrodo foi aplicado um potencial positivo de 0,3 V durante 60 segundos. O mesmo procedimento foi repetido mais quatro vezes. Porém, agora, ao invés de adicionar 1 mL de amostra foram adicionados 0,1 mL de padrão de chumbo 50 µmol L-1. 3.8 Determinação de chumbo por F AAS Com o objetivo de comparar com a técnica voltamétrica, a mesma amostra foi analisada por meio da espectrometria de absorção atômica em chama (F AAS) utilizando um equipamento da marca Varian AA 240FS, taxa de aspiração 7,7 mL min-1, comprimento de onda do chumbo de 217 nm, corrente de 10,0 mA e um gás composto por uma mistura de ar e acetileno com vazão de 13,50 L min-1 e 2,00 L min-1, respectivamente. 34 CAPÍTULO 4 RESULTADOS E DISCUSSÕES 4.1 Otimização de condições voltamétricas A otimização das condições voltamétricas para detecção de metais empregando eletrodos compósitos modificados in situ por deposição de bismuto foi realizada utilizando 3,000 mL de uma solução padrão contendo Zn, Cd e Pb, cujo preparo e concentrações foram detalhados no capítulo anterior. A otimização foi realizada num volume de 25,0 mL de solução tampão acetato pH 6,0 contendo os analitos em diferentes concentrações, a saber: 4,04 x 10-5 mol L-1 de zinco, 1,35 x 10-5 mol L-1 de cádmio e 5,36 x 10-6 mol L-1 de chumbo. Uma vez que a janela de potencial a ser variado foi definida em -1,5 V a +0,4 V utilizando como critérios os potenciais de oxi-redução dos metais a serem estudados, analisou-se combinações dos principais parâmetros da técnica utilizada: a voltametria de onda quadrada (SWV – Square Wave Voltammetry). Os parâmetros analisados foram: frequência, amplitude e degrau por meio da realização de varreduras com diferentes combinações destes parâmetros, que estão explicitadas na Tabela 4-1 e os resultados estão explicitados no respectivo gráfico (Figura 4-1). Estes parâmetros foram analisados devido ao seu impacto no voltamograma. A frequência é definida como o inverso do período e quantifica a duração do pulso, ou seja, em uma curva potencial vs tempo, a frequência mede quanto tempo um pulso demora para terminar, quanto maior a frequência mais rápido o pulso está sendo aplicado. Já a amplitude é a altura do potencial aplicado e o degrau é o incremento de potencial aplicado em determinada freqüência (SOUZA et al., 2003). Tabela 4-1: Combinações analisadas na otimização de condições voltamétricas. Frequência (Hz) Amplitude (mV) Degrau (mV) Figura 15 10 1 IAa 15 10 5 IAb 15 10 10 IAc 35 Tabela 4-1: Combinações analisadas na otimização de condições voltamétricas (continuação). 15 25 1 IBa 15 25 5 IBb 15 25 10 IBc 15 50 1 ICa 15 50 5 ICb 15 50 10 ICc 20 10 1 IIAa 20 10 5 IIAb 20 10 10 IIAc 20 25 1 IIBa 20 25 5 IIBb 20 25 10 IIBc 20 50 1 IICa 20 50 5 IICb 20 50 10 IICc 25 10 1 IIIAa 25 10 5 IIIAb 25 10 10 IIIAc 25 25 1 IIIBa 25 25 5 IIIBb 25 25 10 IIIBc 25 50 1 IIICa 25 50 5 IIICb 25 50 10 IIICc 36 Figura 4-1: Voltamogramas de otimização das condições voltamétricas da detecção de Zn, Cd e Pb em concentrações 4,04 x 10-5 mol L-1, 1,35 x 10-5 mol L-1 e 5,36 x 10-6 mol L-1, respectivamente . Voltametria de onda quadrada em pH 6 numa janela de -1,5 V a +0,4 V com (I) frequência 15 Hz (II) 20 Hz (III) 25 Hz, (A) Amplitude 10 mV (B) 25 mV (C) 50 mV e (a) degrau 1 mV (b) 5 mV (c) 10 mV. (IA) (IIA) (IIIA) (IB) (IC) (IIB) (IIC) (IIIB) (IIIC) 37 A combinação que apresentou melhor qualidade dos picos, ou seja, altura dos mesmos para cada metal, maior nitidez e sensibilidade sem perder simetria ou ocorrer a sobreposição dos picos foi a combinação correspondente à Figura IIICc (frequência 25 Hz, amplitude 50 mV e degrau 10 mV). Desse modo, tais condições voltamétricas serão utilizadas para a obtenção da curva padrão de adição e da análise da amostra de creme capilar. 4.2 Determinação voltamétrica de Pb 4.2.1 Curvas de calibração Curvas de calibração para os analitos foram obtidas através da análise voltamétrica de onda quadrada (SWV) do padrão de Zn, Cd e Pb preparado conforme descrito no capítulo anterior. O método consiste em realizar sucessivas varreduras adicionando quantidades constantes de padrão. As três etapas do método são: aplicar um pré-tratamento de -1,4 V durante 120 segundos, aplicar SWV de -1,5 V a +0,1 V com frequência 25 Hz, amplitude 50 mV e degrau 10 mV e um pós-tratamento de +0,3 V durante 60 segundos para limpeza. As concentrações de metais em solução a cada adição encontram-se na Tabela 4-2. Figura 4-2: Curva de adição padrão, voltametria de onda quadrada (SWV) de -1,5 V a +0,1 V, frequência 25 Hz, amplitude 50 mV, degrau 10 mV. 38 Tabela 4-2: Concentração de cada metal em solução por adição Volume de Concentração de Concentração de Concentração de padrão Zn em solução Cd em solução Pb em solução adicionado (mL) (µmol L-1) (µmol L-1) (µmol L-1) a 0,100 1,502 0,502 0,199 b 0,200 2,992 1,000 0,397 c 0,300 4,470 1,494 0,593 d 0,400 5,937 1,984 0,787 e 0,500 7,392 2,470 0,980 f 0,700 10,27 3,432 1,362 g 0,800 11,69 3,907 1,550 h 0,900 13,10 4,378 1,737 i 1,000 14,50 4,846 1,923 j 1,100 15,89 5,310 2,107 k 1,200 17,27 5,771 2,290 Figura 4-2 Dessa forma, se a concentração em solução for relacionada à corrente de pico, temos retas com coeficientes de correlação satisfatoriamente próximos a 1, como mostra a Figura 43 e a Tabela 4-3. Figura 4-3: Relação de linearidade entre as correntes de pico e a concentração de cada metal. 39 Tabela 4-3: Resultados da curva de calibração Zn2+ Limite de Detecção (µmol L-1) 0,36 Limite de Quantificação (µmol L-1) 1,09 Cd2+ 0,05 Pb2+ 0,07 Analito 4.2.2 Região Linear (µmol L-1) Curva 2,99 – 14,5 Ip=-1,13 + 2,11C (R2 = 0,9932) 0,15 0,50 – 2,47 Ip=-1,88 + 16,05C (R2 = 0,9826) 0,21 0,98 – 1,92 Ip= 3,92 + 13,60C (R2 = 0,9872) Determinação de chumbo em Grecin® A determinação de chumbo em amostras reais de Grecin 2000® foi realizada em triplicata. A curva de determinação foi obtida por meio de diferentes varreduras do eletrólitosuporte (tampão acetato pH 6, branco), após adição de 1,000 mL da amostra tratada conforme descrito no capítulo anterior e quatro adições sucessivas de 0,100 mL de padrão de chumbo 5,0 x 10-5 mol L-1 preparado conforme descrito no capítulo 3 deste trabalho. As três etapas do método foram: aplicar um pré-tratamento de -1,4 V durante 120 segundos, aplicar SWV de -1,5 V a +0,1 V com frequência 25 Hz, amplitude 50 mV e degrau 10 mV e um pós-tratamento de +0,3 V durante 60 segundos para limpeza. As concentrações de metais em solução a cada adição encontram-se na Tabela 4-4. Tabela 4-4: Concentração do analito em solução a cada adição Concentração de Pb2+ em Figuras 4-4, 4-5 e 4-6 Adição de padrão (mL) b 0,100 0,1916 c 0,200 0,3817 d 0,300 0,5703 e 0,400 0,7576 solução (µmol L-1) As correntes de pico foram relacionadas à concentração de chumbo em solução, considerando a concentração de chumbo na amostra como sendo nula, uma vez que a mesma é desconhecida e quer-se determiná-la. Assim, foi possível achar a equação da reta que descreve satisfatoriamente esta relação para as três amostras analisadas (Tabela 4-5) e 40 determinar a concentração de chumbo presente em 1,000 mL de amostra tratada adicionada e posteriormente a concentração de chumbo e percentual de acetato de chumbo (%m/m) presentes no Grecin 2000® (Tabela 4-5) e a respectiva média. Tabela 4-5: Curvas Corrente de pico (µA) vs Concentração do analito em solução (µmol L-1) em cada amostra Amostra Curva 1 Ip=8,22 + 33,5C (R2=0,9973) 2 Ip = 12,5 + 48,0C (R2=0,9953) 3 Ip= 5,60 + 24,1C (R2=0,9778) Figura 4-6: Voltamograma da primeira amostra da triplicata de Grecin®. (a) adição de 1,000 mL de amostra (b) adição de 0,100 mL de padrão de chumbo (c) adição de 0,100 mL de padrão de chumbo (d) adição de 0,100 mL de padrão de chumbo (e) adição de 0,100 mL de padrão de chumbo. 41 Figura 4-7: Voltamograma da segunda amostra da triplicata de Grecin®. (a) adição de 1,000 mL de amostra (b) adição de 0,100 mL de padrão de chumbo (c) adição de 0,100 mL de padrão de chumbo (d) adição de 0,100 mL de padrão de chumbo (e) adição de 0,100 mL de padrão de chumbo Figura 4-8: Voltamograma da terceira amostra da triplicata de Grecin®. (a) adição de 1,000 mL de amostra (b) adição de 0,100 mL de padrão de chumbo (c) adição de 0,100 mL de padrão de chumbo (d) adição de 0,100 mL de padrão de chumbo (e) adição de 0,100 mL de padrão de chumbo 42 Tabela 4-6: Resultados da determinação de chumbo no Grecin® Amostra Massa de Grecin Concentração de chumbo Percentual de acetato de (g) (µmol L-1) chumbo (%m/m) 1 0,1022 0,243 0,503 2 0,1039 0,261 0,532 3 0,1022 0,232 0,481 Portanto, obteve-se uma média de (0,505 ± 0,025) % de acetato de chumbo (%m/m) na amostra de Grecin®. Foram realizados também testes de recuperação, no qual foram adicionados à amostra antes do seu tratamento e digestão, 0,108 mL de um padrão de chumbo com concentração de 4800 µmol L-1. Para os testes obteve-se uma média de recuperação de (98,75 ± 6,58)%. 4.3 Determinação de Pb por F AAS como procedimento de comparação Os resultados obtidos pela análise voltamétrica foram comparados aos obtidos pela técnica espectrometria de absorção atômica em chama (F AAS), ambos foram realizados em triplicata. Obteve-se um resultado de (0,494 ± 0,003)% para a porcentagem de acetato de chumbo na amostra e uma recuperação de (96,500 ± 0,002)%. Além disso, os limites de detecção de quantificação foram de 81,51 e 244,5 µg L-1 respectivamente. Comparando pelo teste t de student, o valor do tcal foi de 0,749 e para 95% de confiança e grau de liberdade igual 4, o tcrit foi de 2,776. Concluímos, portanto que, uma vez que tcrit é menor do que o tcalc, os métodos são equivalentes. 43 CAPÍTULO 5 CONCLUSÕES E PERSPECTIVAS O presente trabalho mostrou que é possível determinar satisfatoriamente metais tóxicos em amostras reais por meio da voltametria de onda quadrada utilizando eletrodos compósitos de grafite-epóxi modificados por filmes de bismuto. Estes eletrodos têm sido largamente utilizados para diversas aplicações e a amostra de Grecin® é uma delas. Observou-se que os limites de detecção e quantificação foram compatíveis a técnicas comumente usadas, como a espectrometria de absorção atômica, para este fim e ao realizar a comparação com a detecção realizada por meio desta última técnica observou-se que os resultados são equivalentes. É importante pontuar, porém, que a técnica voltamétrica requer que o preparo da amostra seja feito com bastante cuidado, uma vez que qualquer desvio nesta etapa pode resultar na não reprodutibilidade do método. Vale ressaltar que as otimizações feitas com relação ao Zn e ao Cd permitem inferir que, com base aos LDs e LQs, assim como na resolução observada, tais elementos não se apresentavam em níveis detectáveis nas amostras avaliadas. Recomenda-se para a realização de trabalhos futuros a determinação de outros íons metálicos em outras amostras, pois o método se mostrou bastante aplicável a diversos íons e amostras. Visto o custo, a rapidez, reprodutibilidade e a relativamente baixa necessidade de treinamento do operador, recomenda-se que a técnica voltamétrica possa substituir sem prejuízos outras técnicas com implementação e manutenção mais caras, ou que necessitam grande especialização do operador. 44 CAPÍTULO 6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ABIHPEC, Associação Brasileira da Indústria de Higiene Pessoal, Perfumaria e Cosméticos.Panorama do setor de Higiene Pessoal, Perfumaria e Cosméticos, 2015. 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