apostila metais

apostila metais

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4.1.2 – Material ambiental As matrizes ambientais também podem ser dividas em dois grupos gerais: - amostras ecológicas, como solos, sedimentos, plantas, animais selvagens;

- amostras de origem antropogênica, como alimentos, poeira, esgoto.

Para as primeiras, considera-se tomar os mesmos cuidados aplicados ao material biológico sólido. Além disso, o planejamento da coleta deve ser feito em cooperação entre ecólogos, biólogos, geólogos, etc., de forma a se atingir um padrão de amostragem rico. Devemos lembrar aqui que numerosos fatores ambientais influenciam a seleção do local, o número de sítios a serem amostrados (para que sejam estatisticamente relevantes ao final), a freqüência de coleta, a homogeneização do material, etc. (Stoeppler, 1991).

Para solos e sedimentos o uso de testemunhos é comum, por fornecer informações retrospectivas sobre as influências antropogênicas ou geológicas devido à estratificação da amostra. Os testemunhos são separados em fatias imediatamente após a coleta ou estocados inteiros a baixas temperaturas (criogênicas, de preferência).

As outras matrizes, principalmente os alimentos, tendem a conter quantidades muito baixas de metais-traço ecotóxicos. Então, a coleta desse material deve ser realizada com muito cuidado de forma a evitar a contaminação.

Cuidados devem ainda ser tomados se for necessária estocagem a médio ou longo prazo. O ideal é a realização imediata da análise. Mas isto nem sempre é possível, principalmente se as amostras de referência precisam ser guardadas (casos forênsicos ou mesmo pesquisa básica). A estocagem, geralmente a baixas temperaturas, pode causar mudanças na composição da amostra que acabam influenciando os resultados. Outro perigo é a adsorção dos metais às paredes dos recipientes utilizados na coleta (Stoeppler, 1991).

A estocagem a longo prazo obedece a regras rígidas em alguns países devido a fatores mencionados. Ela deve ser uma estocagem criogênica e a temperatura recomendada na Europa é -80ºC para amostras humanas e -140ºC para todas as amostras nos EUA (Stoeppler, 1991).

4.1.3 – Matrizes aquosas

As matrizes aquosas são as mais difíceis de serem analisadas devido à baixa concentração de metais nela dissolvidos. Desde a coleta deve-se tomar extremos cuidados de forma a minimizar bastante a contaminação.

Para a água do mar ou doce (lagos, etc.) coletada a pequenas profundidades (amostras superficiais), basta que se utilize luvas plásticas e o material seja acondicionado em garrafas de polietileno para todos os metais. Apenas para o Hg, recomenda-se que os frascos de polietileno sejam utilizados por pouco tempo. Se um maior período entre a coleta e a análise for necessário, deve-se dar preferência a frascos de vidro (Stoeppler, 1991).

No momento da coleta recomenda-se estar próximo à proa do barco e contra a direção do vento. Amostragem no oceano a grandes profundidades (abaixo de 200m) são realizadas com sistemas especiais conhecidos como GoFLO (General Oceanics, Miami, FL). Estes amostradores são garrafas plásticas revestidas internamente com TEFLON que possuem tampas herméticas acopladas a sistemas que as abrem e fecham na profundidade desejada, sendo a operação controlada do barco (Paranhos, comunicação pessoal). É importante que não haja nenhuma peça de metal no mostrador.

Para água potável recomenda-se que os primeiros 20 litros coletados sejam descartados para evitar a contaminaçção do cano de cuprimento. As águas de esgoto são menos problemáticas, já que normalmente contém grande quantidade de metais.

4.2 – Análise de metais 4.2.1 – Espectrofotometria de absorção atômica

Entre os métodos mais freqüentemente empregados na análise de metais está a espectrofotometria de absorção atômica (AAS = “atomic absorption spectrometry”). O princípio básico é a geração de átomos livres a partir de energia térmica. Os átomos gerados recebem luz de um comprimento de onda específico para sua absorção. A extensão da absorção de radiação é diretamente proporcional ao número de átomos, ou concentração, do elemento presente na amostra.

Para a análise dos metais nas amostras, é necessário que as mesmas sejam submetidas a tratamentos prévios, em geral, uma digestão ácida. Podemos seguir os passos mais freqüentemente utilizados para diferentes matrizes no diagrama apresentado na figura 9. A digestão ácida permite a liberação dos átomos da matéria orgânica presente na amostra. Os átomos livres estão na verdade em uma solução ácida fraca (HCl 0,1 N) e esta solução é levada à AAS. Na espectrofotometria de chama, a solução é vaporizada após submetida a uma chama de fogo, e o metal livre no vapor é detectado pelo comprimento de onda de sua absorção. Bastará então converter o resultado de absorbância para concentração na matriz (Stoeppler, 1991).

O espectrofotômetro também pode ser de forno de grafite. Estes são aparelhos com maior sensibilidade e que funcionam sem a formação de chama. A geração de vapor deve-se ao aumento da temperatura num tubo de grafite. Comparados com absorções de chama seu limite de detecção é bem maior (muitas ordens de magnitude). Para amostras muito contaminadas, a absorção com forno de grafite é muitas vezes empregada diretamente sem a digestão prévia da amostra (Beveridge et al. 1997).

Atualmente novos sistemas, todos desenvolvidos na tentativa de aumentar cada vez mais o limite de detecção têm sido desenvolvidos. Entre eles estão os FIAS (“flow injection atomic spectrometry”). Estes são sistemas fechados, nos quais a amostra sofre as reduções e oxidações necessárias ao seu preparo, e o metal é diretamente detectado numa absorção atômica de chama. Há ainda o acoplamento de forno de microondas a este sistema, para a digestão prévia da matéria orgânica presente na amostra sem a utilização dos métodos convencionais (digestão ácida), e obviamente, diminuindo cada vez mais, os riscos de contaminação devido à manipulação, assim como o tempo requerido para a detecção do metal (Bastos, 1997).

4.2.2 – Espectroscopia de emissão atômica

Trata-se de um simples fotômetro de chama, utilizado mais especialmente para os metais do grupo 1 da tabela periódica. Uma forma mais sofisticada envolve a formação de plasma nesse sistema (ICPAES = “inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy”). O aparelho permite a análise simultânea ou seqüencial de misturas aquosas de íons metálicos, com limite de detecção na faixa de partes por bilhão. O método tem vantagens como poucos efeitos de interferência da matriz e um mínimo preparo de amostras. A maior vantagem, entretanto, é a precisão (<1%) (Beveridge et al., 1997). Através de ICPAES foi possível avaliar a incorporação de Pb, Fe, Cu, As, Mo, V, Se e Mn por varias cepas numa matriz mista (Mahan et al., 1989).

Figura 9: Tratamento de amostras para análise de metais por absorção atômica.

4.2.3 – Espectrofotometria de fluorescência atômica

Neste tipo de análise, em vez de medir a energia absorvida pelo átomo metálico, é medida a energia de fluorescência que ele emite após receber a energia luminosa em seu comprimento de onda específico. Comparada com absorção atômica, a espectrofotometria de fluorescência oferece a vantagem da medição simultânea de até 12 elementos, pelo fato de poder se arranjar várias fontes de luz ao redor de um plasma ou chama. Se a fonte de luz é de alta intensidade, a sensibilidade da análise aumenta, já que o sinal de fluorescência é proporcional a intensidade da fonte de luz. Infelizmente fontes de luz de alta intensidade não estão disponíveis para todos os metais. Uma longa faixa linear de curvas de calibração é uma outra vantagem do método (Beveridge et al., 1997).

4.2.4 – Espectrometria de massa acoplada a indução de plasma

O método pode ser aplicado a determinação de metais em várias substâncias, incluindo fluidos biológicos. Não é uma técnica totalmente livre de interferentes e também requer alguma preparação de amostra. Entretanto, para soluções de aquosas o limite de detecção varia de 0,01 a 0,1 mg.L-1, ou seja, 10-100 vezes mais sensível que ICPAES. Como utilizase um espectrômetro de massa para preparação e detecção de elementos, obtém-se informação razoavelmente precisa e uma exatidão entre 0,1 e 1% (Shuttleworth & Unz, 1993).

4.2.5 – Voltametria

que o potencial redox do metal é afetado pelos ligantes (Beveridge et al., 1997)

Chama-se voltametria o estudo das relações entre corrente e potencial numa célula de eletrólise, onde a corrente é determinada pela taxa de difusão de uma espécie eletroativa. Uma das técnicas eletroquímicas usadas na determinação da concentração de metais é a polarografia diferencial de pulso. Os limites de detecção dessa técnica estão em torno de 10-7M. a técnica também oferece informações sobre a especiação do metal em solução, já

4.2.6 – Eletrodos seletivos

Eletrodos seletivos para íons (íon-selective electrodes = ISEs) são de larga aplicabilidade pois podem ser usados na determinação de cátions e ânions. Os eletrodos permitem a determinação de metais em solução com um limite de detecção em torno de 10-6 M. comparados a outros métodos de análise instrumental, os eletrodos têm vantagens do tipo: medidas podem ser feitas em volumes pequenos como 10 mL; são simples de usar; geralmente não são afetados pela cor da amostra, turbidez, matéria em suspensão ou viscosidade (Beveridge et al., 1997).

4.2.7 – Cromatografia iônica

As técnicas cromatográficas utilizando gás ou liquido soa excelentes na separação de misturas de espécies metálicas, cujas concentrações são baixas. Cromatografia gasosa, (GC = gás cromatography) tem sido utilizada na análise de vários metais e espécies organometálicas. Como apenas espécies voláteis podem ser separadas, é necessário converter o metal a uma forma volátil. Em estudos de especiação, utiliza-se a alquilação ou a redução a formas híbridas para converter espécies organometálicas a produtos voláteis. Estes podem então ser separados por volatilização seletiva num detetor adequado, como um espectrofotômetro de absorção atômica (Beveridge et al., 1997).

4.3 – Algumas técnicas mais específicas para o estudo das interações dos metais com os organismos

4.3.1 – Deslocamento de corante ou próton

Estas são as técnicas principalmente utilizadas em estudos de incorporação de metais em microrganismos. Um corante catiônico do tipo verde de Janus ou violeta de metila é usado para saturar os sítios aniônicos da superficie celular microbiana (Savvaidis et al., 1990). As células são então encubadas numa solução contendo metal. A quantidade de corante deslocado como resultado da ligação de íons metálicos à célula é medida espectrofotometricamente. Esta técnica aplica-se bem à determinações de íons metálicos ligados a superfícies celulares e pode ser usada na ausência de equipamentos analíticos convencionais (Savvaidis et al., 1990)

A técnica de deslocamento de prótons segue o principio similar. Prótons são deslocados das superfícies celulares pela adição de íons metálicos. Um microeletrodo de pH pode ser utilizado para seguir a saída dos prótons da célula (Guida et al., 1991).

4.3.2 – Ensaios com isótopos radioativos

Radioisótopos de íons metálicos (tóxicos ou não) têm sido utilizados para medidas de entrada e saída desses cátions nas células, o que quase sempre ocorre através de proteínas de membrana. Nestes ensaios, os isótopos são quantificados em contadores de cintilação, contadores de radiação gama ou outros equipamentos específicos (Beveridge et al., 1997)

4.3.3 – Microscopia eletrônica de transmissão e espectroscopia de raio-X de energia dispersiva

A microscopia eletrônica de transmissão (TEM = “transmission electronic microscopy”) é um método excelente de localizar e vizualizar depósitos metálicos associados aos organismos. Quando um feixe de elétrons de alta energia (60-120 KeV) atravessa a matéria, ele interage com os átomos da matéria. Muitas vezes os elétrons de alta energia passam próximos dos elétrons ou do núcleo do átomo de tal forma que eles são desviados de sua trajetória inicial. Isto acontece mais freqüentemente com elementos de elevado número atômico. Como as moléculas das células são principalmente compostas por elementos de número atômico baixo (C, H, O, N), há pouco desvio da trajetória eletrônica e a vizualização é dificultada. Para superar este problema, as células são coradas negativamente com sais de metaispesados. Pode-se também complexar diretamente as células com íons de metais-pesados, corando-os positivamente. Uma vez coradas, estruturas de 0,5-1,0 nm podem ser vizualizadas (Beveridge et al., 1994).

A espectroscopia de raios-X de energia dispersiva fornece informações adicionais. Esta técnica baseia-se na captura de sinais de raios-X que são emitidos da amostra quando um feixe de elétrons interage com as células. Ocasionalmente a interação é tão intensa que o elétron pode ser ejetado de sua órbita. Durante o rearranjo dos elétrons remanescentes, raios-X de energia relativa aos diferentes elementos são gerados. Estes são coletados num detetor acoplado a uma coluna do TEM. Os raios de diferentes energias são separados em um analisador multi-canal e espectros de cada elemento são produzidos. Os espectros têm diferentes energias (eV) sendo registrados com diferentes alturas (concentração). A combinação de raios-X com TEM permite a localização de metais nas células ou outras matrizes.

Referências bibliográficas

avaliação de qualidade analítica. Tese de mestrado, UFRJ, Instituto de Biofísica Carlos
Chagas Filho, 100 p

BASTOS WR. 1997. Métodos de digestão utilizando microondas para determinação automatizada de Hg em amostras ambientais e humanas: implantação de laboratórios e

BEVERIDGE TJ, POPKIN TJ, COLE RM. 1994. Electron microscopy. In: P. Gerhardt (ed.), Methods for general molecular bacteriology. American Society of Microbiology, Washington, DC, p: 42-71.

GUIDA L, SAIDI Z, HUGHES MN, POOLE RK. 1991. Aluminium toxicity and binding to Escherichia coli. Arch. Microbiol., 156: 507-512.

MAHAN CA, MAJIDI V, HOLCOMBE JA. 1989. Evaluation of the metal uptake of several algae strains in a multicomponent matrix utilizing inductively coupled plasma emission spectrometry. Anal. Chem., 61: 624-627.

SAVVAIDIS I, HUGHES MN, POOLE RK. 1990. Displacement of surface bound cationic dyes: a method for the rapid and semi-quantitative assay of metal binding to microbial cells. J. Microbiol. Meth., 1: 95-106.

SHUTTLEWORTH KL, UNZ RF. 1993. Sorption of heavy metals to the filamentous bacterium Thiothrix strain A1. Appl. Environ. Microbiol., 59: 1274-1282.

STOEPPLER M. 1991. Analytical chemistry of metals and metal compounds. In: E. Merian (ed.), Metals and their compounds in the environment. VCH Verlagsesellschaft mbh, p: 105-206.

Capítulo 5- Os metais tóxicos – alguns aspectos na interação com organismos – resistência e detoxificação

Os organismos vivos estiveram sempre expostos aos metais tóxicos. Entretanto, a poluição do ambiente por metais, incluindo radionuclídeos, aumentou consideravelmente nos últimos anos. Tal fato deve-se principalmente ao crescimento da atividade industrial, embora produtos agrícolas e lançamento de esgotos também contribuam (Babich & Stotzky, 1985; Gadd, 1990).

Fatores ambientais como pH, presença de determinados cátions e anions, presença de matéria orgânica solúvel ou particulada, os quais determinam a especiação do metal, podem reduzir ou eliminar sua toxicidade (Gadd & Griffiths, 1978). Alguns fatores que influenciam na toxicidade dos metais em solução podem ser observados na figura 10.

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