degradação da amoxicilina e 17β-estradiol em solução

XXXVI ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUCÃO
Contribuições da Engenharia de Produção para Melhores Práticas de Gestão e Modernização do Brasil
João Pessoa/PB, Brasil, de 03 a 06 de outubro de 2016.
DEGRADAÇÃO DA AMOXICILINA E
17Β-ESTRADIOL EM SOLUÇÃO
AQUOSA UTILIZANDO PROCESSOS
OXIDATIVOS AVANÇADOS.
Ingrid Saiala Cavalcante de Souza Feitosa (UFPE )
[email protected]
Helder Tenorio Cavalcanti (UFPE )
[email protected]
Gilson Lima da Silva (UFPE )
[email protected]
Rogerio Ferreira da Silva (UFPE )
[email protected]
AGILSON NASCIMENTO DE SOUZA (UFPE )
[email protected]
Além dos poluentes comumente encontrados nos corpos hídricos, uma
das grandes preocupações mundiais no âmbito da preservação dos
padrões de qualidade da água, recurso vital e finito, diz respeito a
presença de micropoluentes, contaminantes da ordem de µg L-1 e ng
L-1. O 17β-Estradiol e a Amoxicilina são representantes dessa classe
de substâncias cuja presença, advinda da ação antrópica, foi
identificada em corpos d´água utilizados para abastecimento e
consumo humano e que despertam atenção devido aos efeitos adversos
que podem causar aos seres vivos, destacando-se a interferência
endócrina, e ao ambiente. A pesquisa aqui apresentada se dedicou à
aplicação de procedimentos de degradação destes contaminantes em
solução aquosa e à avaliação da eficiência destes na sua remoção.
Optou-se pela aplicação de Processos Oxidativos Avançados (POAs),
largamente recomendados na literatura para remoção dessa classe de
poluentes, e utilizou-se o método da Cromatografia Líquida de Alta
Eficiência (CLAE) para apresentação e comparação dos resultados.
Os resultados obtidos permitiram confirmar a eficiência do POA FotoFenton na degradação de Amoxicilina e 17β-Estradiol em solução
aquosa e a utilização com precisão considerável da técnica de
Cromatografia Líquida de Alta Eficiência na identificação das
substâncias na solução aquosa e confirmação da degradação destas.
Palavras-chave: Degradação, Amoxicilina, 17β-Estradiol
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1. Introdução
É cada vez mais difícil atingir os objetivos de fornecimento de água para a população em
quantidade suficiente às suas necessidades básicas e com os padrões de qualidade
estabelecidos garantidos. Isso ocorre tanto devido à crescente demanda quanto ao pouco
cuidado com a preservação dos corpos hídricos. Moraes et al. (2007) destaca os principais
efeitos da atividade antrópica, como os lançamentos de efluentes domésticos e industriais e o
uso e ocupação do solo em locais próximos a bacias hidrográficas que alteram as condições
naturais desses ambientes, contaminando os corpos receptores com substâncias nocivas. É
preciso lidar, ainda, com o agravamento, pelas condições climáticas, da escassez de água nos
mananciais para abastecimento, uma realidade que de forma nenhuma é nova para o Nordeste
do Brasil, porém está agora presente numa parcela cada vez maior do país.
Os poluentes hídricos objeto deste trabalho tornaram-se, recentemente, alvo de interesse e
preocupação na comunidade científica, como mais um efeito da atividade antrópica, Trata-se
de micropoluentes, presentes no meio ambiente em concentrações na ordem de µg L-1 e ng L1
, capazes de causar efeitos já reconhecidos nos seres vivos, como a interferência endócrina, e
que não são totalmente removidos pelos processos convencionais de tratamento de água e
efluentes (BILA, 2005).
Segundo Henriques (2008), os efeitos mais documentados na espécie humana dessa classe de
substâncias, a diminuição da qualidade de esperma, a alteração da fertilidade, o aumento do
número de abortos espontâneos, a alteração da razão macho/fêmea, o aumento da frequência
de deficiências do aparelho reprodutor masculino, principalmente o criptorquidismo e as
hipospadias, o aumento de casos de endometriose e puberdade precoce e o aumento de
diversos tipos de neoplasias.
O presente trabalho tem como objetivo a avaliação da eficiência de tratamentos para a
degradação dos micropoluentes 17β-Estradiol e Amoxicilina, identificados em mananciais
hídricos para abastecimento humano e para os quais os métodos convencionais empregados
nas Estações de Tratamento de Água e Esgoto são ineficientes. Optou-se pela aplicação de
Processos Oxidativos Avançados (POAs), classe de métodos indicados na literatura para
remoção dos micropoluentes.
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2. Referencial Teórico
Dentre os poluentes mais comumente encontrados nos corpos hídricos para abastecimento, a
classe dos chamados contaminantes emergentes é alvo de crescente preocupação por todo o
mundo. Esses micropoluentes, presentes em concentrações baixíssimas de µg L-1 e ng L-1,
incluem fármacos, hormônios naturais e sintéticos, subprodutos naturais e drogas ilícitas,
tendo como sua origem principal a descarga de Estações de Tratamento de Efluentes (ETE).
Fármacos, desreguladores, ou interferentes, endócrinos e poluentes orgânicos persistentes
(POP) são classes de micropoluentes muito investigadas devido, principalmente, aos seus
efeitos no meio ambiente e à possibilidade de produção de efeitos adversos aos organismos
expostos a concentrações realmente muito baixas (BILA e DEZOTTI, 2007). Essas
substâncias desreguladoras endócrinas presentes nos corpos hídricos tem origem
principalmente nas descargas de efluentes de Estações de Tratamento de Esgoto (ETEs),
estudos demostram que várias dessas substâncias parecem ser persistentes no meio ambiente e
não são completamente removidas nas ETEs (BILA e DEZOTTI, 2007; CARBALLA; OMIL;
LEMA, 2005).
A presença dessa classe de substâncias já foi detectada em reservatórios de água em diversas
partes do mundo (BENOTTI et al, 2009; SANTOS JUNIOR, 2012 e 2013; NIE et al, 2009;
SODRÉ et al, 2007; GHISELLI & JARDIM, 2007; SILVA et al, 2011; MOLINA et al, 2014;
MEFFE e BUSTAMANTE, 2014), e seus efeitos sobre espécies animais vem sendo relatados
desde a década de 50. Sim et al (2011) e Sumpter e Johnson (2008) destacam que alguns
destes compostos são capazes de causar alterações no sistema endócrino dos seres vivos,
sendo conhecidos como interferentes endócrinos, devido ao fato deles agirem em mecanismos
regulados por hormônios, além de provocarem efeitos em níveis residuais ou em traços.
No estado de Pernambuco, um dos trabalhos pioneiros nessa área de pesquisa publicado por
Santos Junior, Silva e Silva (2014) constituiu na investigação da qualidade da água da Estação
de Tratamento localizada no bairro de Petrópolis em Caruaru, responsável pelo abastecimento
de cerca de três quartos desse município.
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Os estrógenos naturais 17β-estradiol (E2), estriol (E3), estrona (E1) e o sintético 17 alfaetinilestradiol (EE2), desenvolvido para uso médico em terapias de reposição hormonal
feminina e métodos contraceptivos, são os que despertam maiores preocupações pela contínua
introdução no meio ambiente, sendo todos eles hormônios que possuem a melhor
conformação reconhecida pelos receptores que resultam respostas máximas, por isso são
considerados responsáveis pela maioria dos efeitos danosos aos seres vivos causados pela
exposição indevida a estes no meio ambiente (GUIMARÃES, 2008). A amoxicilina é um
antibiótico utilizado no tratamento contra infecções bacterianas, amplamente administrado
através do uso oral, age de forma a inibir a síntese da membrana celular da bactéria, sendo
eliminado principalmente pela urina (SANTOS JUNIOR et al., 2012).
Devido à ineficiência de processos convencionais de tratamento de efluentes na remoção
desses micropoluentes, a literatura tem como proposta a aplicação de Processos Oxidativos
Avançados (POA). Nas pesquisas que se concentram na seleção de métodos para a remoção
desses contaminantes em meio aquático vêm se destacando, como poderosa ferramenta, o uso
de processos oxidativos avançados – POA (CUNHA et al, 2007; NAPOLEÃO, 2011).
O presente trabalho dedicou-se a avaliação de métodos de degradação dos contaminantes
emergentes 17β-estradiol, de comprovada interferência endócrina, e Amoxicilina, fármaco de
efeito antibiótico largamente utilizado pela população, muitas vezes de forma indiscriminada.
Ambos foram anteriormente identificados em mananciais para abastecimento humano na
cidade de Caruaru (SANTOS JUNIOR; SILVA; SILVA, 2014).
3. Metodologia
Os métodos de tratamento de água para degradação dos contaminantes emergentes, exigem
eficácia, robustez e baixo custo, principalmente para países e regiões que não dispõem de
recursos hídricos abundantes, e sem que estes métodos e os produtos destes causem ainda
mais impacto para o meio ambiente ou perigo à saúde humana. Malato et al. (2009) apresenta
que os Processos Oxidativos Avançados (POAs), utilizados para descontaminação de águas
contendo poluentes orgânicos e/ou para a desinfecção e remoção dos atuais patógenos
emergentes, podem representar uma valorosa agregação, e talvez uma alternativa, aos
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métodos convencionais que trazem tratamentos química e operacionalmente intensivos e de
alto gasto energético.
A literatura traz resultados satisfatórios quanto à utilização de Processos Oxidativos
Avançados (POAs) na degradação dos chamados contaminantes emergentes, como a
aplicação do reativo de Fenton (H2O2 + Fe2+) nos processos Fenton e Foto-Fenton
(KLAMERTH et al., 2013; PRIETO-RODRÍGUEZ et al., 2013; LA CRUZ et al., 2013; LA
CRUZ et al., 2012; KLAMERTH et al., 2010).
Nesse trabalho empregou-se o processo Foto-Fenton (UV + H2O2 + Fe2+) para ensaios de
degradação dos contaminantes emergentes 17β – estradiol e Amoxicilina. Utilizou-se reator
de bancada, com luz ultravioleta branca, para realização dos ensaios. A Tabela 1 apresenta o
delineamento estatístico que teve a finalidade de encontrar condições eficientes e econômicas
para a degradação. Um modelo do reator de bancada utilizado, composto de três lâmpadas
fluorescentes com potência 20 W, pode ser visto na Figura 1.
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Tabela 1- Planejamento detalhado dos procedimentos
Fonte: Os Autores
Figura 1 - Modelo de reator de bancada
Fonte: Os autores
Definidos os procedimentos a serem realizados, foi necessário construir uma curva de
calibração das substâncias estudadas, de forma a garantir a eficácia do método de
Cromatografia Líquida de Alta Eficiência (CLAE) na identificação destas. Para esse objetivo
utilizou-se solução de 8 ppm de 17β-estradiol e Amoxicilina preparada pesando-se 1 mg de
cada micropoluente em 125 ml de metanol. Realizou-se então diluições sucessivas para obter,
além de 8 mg/l, as concentrações de 0,4; 1,4; 2,4; 3,4; 4,4; 5,4; 6,4; 8 ppm. Os pontos de
concentração para determinação da curva seguiram metodologia adotada por Yilmaz e
Kadioglu (2013).
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A curva de calibração foi determinada em um CLAE marca Prominence LC - 20AD com
detector PDA Fase móvel - metanol - modo isocrático, fluxo - 0,3 mL/mim, Coluna C18, 100
x 200 mm, 3 micrometros Phenomenex Gemini 110ª Tempo de Análise - 6 min, Scan 200 500 nm.
A etapa seguinte diz respeito à realização dos ensaios de degradação dos micropoluentes
utilizando solução 8 ppm de Amoxicilina e 17β-Estradiol. As amostras, alíquotas de 50 ml da
solução, tratadas conforme detalhado na Tabela 1, foram submetidas a exposição da luz no
reator de bancada nos intervalos de tempo de 30 e 90 minutos. Concluído esse intervalo, a
amostra era transferida para um funil de separação, onde eram acrescentados 8 ml de
diclorometano para separação das fases (processo repetido três vezes). A fase inferior era
coletada em balão volumétrico de fundo redondo, acoplado num rotoevaporador,
permanecendo em banho-maria na temperatura de aproximadamente 50° C, sendo a
rotoevaporação encerrada quando restavam aproximadamente 0,5 ml do produto. Este volume
final era então coletado e transferido para balão volumétrico de 10 ml, que tinha seu volume
completado com metanol. No caso das amostras que continham peróxido de hidrogênio
(H2O2), acrescentou-se 68 mg de Sulfito de sódio, logo após a transferência para o balão de 10
ml, para inibir a continuidade da reação do peróxido. Finalmente, a solução foi transferida
para um vial e levada para análise cromatográfica.
É indispensável ressaltar a importância da completa descontaminação das vidrarias e
equipamentos a serem utilizadas nos procedimentos descritos. Devido às baixíssimas
concentrações dos contaminantes trabalhados, a presença de substâncias indesejadas poderia
ocasionar problemas nas leituras das amostras em cromatógrafo, bem como alterações nos
resultados das degradações. Objetivando garantir a qualidade do trabalho realizado, foram
adotados os procedimentos indicados no Protocolo: Demanda III. 1 Compostos Emergentes
do Instituto Nacional de Ciências e Tecnologias Analíticas Avançadas do Laboratório de
Química Ambiental (INCTAA) da UNICAMP.
As vidrarias utilizadas foram a princípio lavadas exaustivamente com água corrente e
detergente neutro, prosseguindo-se com a purificação adicionando cinco alíquotas de água
destilada e a mesma quantidade de água deionizada (Milli-Q), por fim condicionou-se uma
alíquota de acetona P.A. As vidrarias volumétricas foram deixadas em solução aquosa
contendo Extran (10%) por 12 horas.
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4. Resultados e discussão
Os contaminantes emergentes, Amoxicilina e 17 β-estradiol, foram tratados através do
processo Foto-Fenton com luz artificial com a utilização de reator de bancada como o
apresentado na Figura 1. As curvas analíticas obtidas e utilizadas para quantificar as
degradações da Amoxicilina e do17β-estradiol estão apresentadas nas Figuras 2 e 3.
Figura 2 - Curva Analítica Amoxicilina
Fonte: Os autores
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Figura 3 – Curva Analítica 17 β-estradiol
Fonte: Os autores
As curvas analíticas foram determinadas com base nos dados obtidos por um cromatógrafo
líquido de alta eficiência (Shimadzu), a Figura 4 apresenta um dos cromatogramas obtidos,
onde se observam dois picos, o primeiro, com tempo de retenção de 0, 99 minutos, representa
o fármaco Amoxicilina, e o segundo, com tempo de retenção de 1,22 minutos representa o
hormônio natural 17 β-estradiol.
Figura 4 - Cromatograma da mistura da Amoxicilina e 17 β-estradiol para curva analítica correspondente a
concentração de 0,4 ppm de cada composto
Fonte: Os autores
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A melhor condição experimental obtida no planejamento para Amoxicilina e 17 β-estradiol
está apresentada na Tabela 2, bem como o resultado da degradação.
Tabela 2 - Melhor condição experimental e resultado da degradação para Amoxicilina e 17 β-estradiol
Fonte: Os autores
Pode-se observar na Tabela 2, que de todos os procedimentos analisados onde se obtém os
melhores resultados experimentais de degradação tanto para a amoxicilina quanto para o 17βestradiol, são com o maior volume utilizado de peróxido e com a menor concentração de
sulfato ferroso e com maior tempo em tratamento em luz branca, para estas condições foram
conseguidas taxas de degradações acima de 90%.
Outra perspectiva de análise conjunta dos contaminantes está apresentando na Figura 5, no
novo cromatograma obtido para degradação da mistura de 17 β-estradiol e Amoxicilina. Ao
comparar com o cromatograma apresentado na Figura 4, onde os contaminantes foram
testados de forma separada. Observa-se a formação de novos picos, os quais representam
subprodutos de degradação, o que nos remete a relevância de tais subprodutos serem
identificados em estudos futuros.
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Figura 5 - Cromatograma degradação da mistura de 17beta-estradiol e Amoxicilina
Fonte: Os autores
5. Considerações finais
Os resultados obtidos permitem afirmar que dentre os processos oxidativos avançados
utilizados, o Foto-Fenton foi o mais eficiente na degradação da Amoxicilina e do 17 βestradiol em solução aquosa.
A técnica da cromatografia líquida de alta eficiência utilizada permitiu com precisão
considerável a identificação das substâncias na solução aquosa, além da confirmação da sua
degradação. O cromatograma da degradação das substâncias permitiu a visualização de novos
picos que podem apontar para o aparecimento de novas substâncias secundárias geradas no
processo de degradação.
Não obstante os resultados satisfatórios obtidos nesse trabalho pelo uso de POA em escala de
bancada, se faz mister a realização de novos testes para identificar os subprodutos formados e
sua respectiva toxicidade.
REFERÊNCIAS
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